European Copper Institute Poland

Recykling i zrównoważony charakter miedzi 3

 

Pojazdy wycofane z eksploatacji (ELV)

Około 2 milionów pojazdów jest złomowanych każdego roku w Wielkiej Brytanii, co powoduje wytwarzanie ogromnej ilości odpadów i jednocześnie jest potencjalnym źródłem materiałów do odzysku na drodze recyklingu. Dyrektywa Unii Europejskiej (2007) może spowodować, że więcej złomowanych pojazdów będzie poddawanych recyklingowi.

Miedź w samochodach osobowych i ciężarowych
Wprowadzenie w samochodach elektroniki i elektrycznie zasilanych akcesoriów wyposażenia, spowodowało wydłużenie miedzianych przewodów instalacji w rodzinnym samochodzie do około jednego kilometra, w porównaniu do około 45 metrów pięćdziesiąt lat temu. Rozrusznik silnika, światła, elektrycznie sterowane szyby, system ABS, poduszki powietrzne, systemy rozrywki i nawigacja satelitarna – wszystkie te urządzenia bazują na wysokiej przewodności elektrycznej miedzi.

(Dzięki uprzejmości Delphi)

Nowoczesny samochód osobowy posiada ponad kilometr miedzianych przewodów łączących czujniki, wyłączniki, systemy bezpieczeństwa, zasilanie lamp, klimatyzację, hamulce oraz zapewniających elektroniczną transmisję danych pomiędzy tymi systemami. Przewody te są trudne do odzyskania ze złomowanego samochodu. Uzwojenia rozrusznika i alternatora są łatwiejsze do usunięcia.

Miedź i stopy miedzi odznaczają się unikatowym połączeniem właściwości, które czynią z nich materiał pierwszego wyboru dla licznych zastosowań w samochodach osobowych i ciężarowych. Ciężar miedzi w pojeździe zawiera się w przedziale od 15 kg w małym samochodzie osobowym, do 28 kg w samochodzie luksusowym. Poniższe zastosowania ilustrują korzyści płynące z użycia miedzi.

Własności i zastosowania

Wysoka przewodność elektryczna
Miedź ma najwyższą przewodność elektryczną spośród wszystkich metali technicznie czystych, dlatego właśnie miedziane samochodowe przewody elektryczne (nazywane wiązką przewodów) służą do doprowadzenia prądu z akumulatora do takich urządzeń, jak światła, centralny zamek, komputery pokładowe, samochodowe systemy rozrywki, nawigacja satelitarna oraz systemy bezpieczeństwa, jak poduszki powietrzne i ABS. W wielu z tych urządzeń stosowane są silniki elektryczne nawinięte drutem z miedzi o wysokiej przewodności. Przeciętny samochód osobowy zawiera około 1 km drutu.

Wysoka przewodność cieplna
W czasie jazdy, silnik samochodu bardzo silnie się rozgrzewa. Ciepło to jest odprowadzane za pośrednictwem płynu chłodniczego przepływającego przez chłodnicę, która musi być wykonana z materiału o wysokiej przewodności cieplnej i dobrej odporności korozyjnej. Miedź i mosiądz są doskonałym wyborem dla tego zastosowania. Po wycofaniu pojazdu z eksploatacji Chłodnice są usuwane z samochodów w celu recyklingu. Przewodność cieplna miedzi jest 30 razy lepsza niż przewodność cieplna stali nierdzewnej.

Dobra odporność korozyjna
Rury ze stopu miedzi i niklu są używane w samochodach, jako przewody układów hamulcowych, będących krytycznymi elementami bezpieczeństwa. Zastosowanie to wynika z wysokiej wytrzymałości i odporności na korozję (szczególnie na sól wysypywaną na drogach w zimie), gdyż każdy wyciek płynu może prowadzić do awarii układu hamulcowego, co mieć katastrofalne skutki. Dzięki plastyczności materiału, przewody hamulcowe są łatwe do dopasowania. Są one standardowym elementem samochodów osobowych, wozów pożarniczych, pojazdów wojskowych, maszyn budowlanych JCB i innych ciężkich pojazdów.

Dobry materiał łożyskowy
W kontakcie z ruchomymi częściami silnika, stopy miedzi zapewniają powierzchnię odporną na zatarcie lub zużycie, a przy tym są wystarczająco wytrzymałe by stanowić podparcie. W omawianym zastosowaniu są wykorzystywane w łożyskach.

Pojazdy wycofane z eksploatacji (ELV)
Pojazd wycofany z eksploatacji (ELV) oznacza każdy pojazd po zakończeniu okresu użyteczności.

Dyrektywa w sprawie pojazdów wycofanych z eksploatacji (Dyrektywa ELV)
Około 2 milionów pojazdów jest złomowanych każdego roku w Wielkiej Brytanii. Dyrektywa Unii Europejskiej, obowiązująca od stycznia 2007 r. ma na celu zminimalizowanie ilości odpadów powstających przy złomowaniu pojazdu wycofanego z eksploatacji. Zakłady demontażu pojazdów wycofanych z eksploatacji będą licencjonowane i będą spełniać wysokie wymagania norm środowiskowych. Typowy zakład demontażu powinien przetwarzać 189 samochodów na godzinę, etapy tego procesu są następujące:

  • Demontaż: usuwanie wszelkich wartościowych części
  • Oczyszczenie z substancji szkodliwych: usuwanie i recykling wszystkich płynów, takich jak oleje i paliwa (benzyna/olej napędowy)
  • Usuwanie kół, opon i akumulatora
  • Strzępienie: w procesie strzępienia karoseria samochodu jest rozdrabniana za pomocą dużych młotów wirujących z szybkością 500 obr/min
  • Usuwanie lekkich zanieczyszczeń przez odsysanie: lekkie materiały niemetaliczne (pianki, tkaniny, drewno) są odsysane i na bieżąco przekazywane na wysypisko
  • Magnetyczna separacja stali
  • Separacja gęstościowa miedzi: wyższa gęstość miedzi (8,9 g/cm3) umożliwia oddzielenie jej od aluminium (2,7 g/cm3) i magnezu (1,7 g/cm3).

Jest to jedyny, ekonomicznie opłacalny, sposób odzysku miedzi (i innych materiałów). Ręczne usuwanie po kawałku takich składników jak wiązka przewodów samochodowych, jest niewykonalne; zajmowałoby to zbyt wiele czasu i byłoby zbyt kosztowne. W tym procesie możliwe jest odzyskanie około 80% miedzi, wartość ta powinna wzrastać wraz z ulepszaniem technologii.

Recykling na przestrzeni dziejów

Brąz jest stopem miedzi i cyny, który jest twardszy i bardziej wytrzymały od cyny. Brąz jest łatwiejszy do odlewania niż miedź i w starożytności wyrabiano z niego przedmioty użytkowe takie, jak siekiery, ostrza noży, miecze i hełmy, a także przedmioty ozdobne, jak dzwonki, zapinki, naczynia do picia i figurki. Najwcześniejsze brązy są datowane na 4000 p.n.e.

Brąz odegrał tak ważną rolę, ten okres historii nazwano epoką brązu. Prawdopodobnie brąz został odkryty niezależnie w kilku obszarach świata, nie można zatem mówić o jednej epoce brązu, która odnosiłaby się do całego świata. Najwcześniejsza epoka brązu mogła się rozwinąć w latach 3500-2000 p.n.e. na obszarze obecnej Turcji, Syrii i Iraku, a w Brytanii w latach 2100 do 700 p.n.e. W tym okresie Kornwalia była silnie uprzemysłowiona, a będąc najważniejszym obszarem wydobycia cyny i miedzi, wkrótce stała się głównym eksporterem tych metali dzięki dobrze rozwiniętym szlakom handlowym do krajów śródziemnomorskich. Obecnie w Kornwalii (ani nigdzie indziej w Wielkiej Brytanii) nie prowadzi się już wydobycia cyny ani miedzi. Pozostały tylko nieliczne ruiny i głębokie dziury w ziemi w wiejskim krajobrazie.

Brąz jest doskonałym materiałem do odlewania dzwonów, a ludwisarstwo było jedną z najwcześniejszych gałęzi przemysłu metalurgicznego w Wielkiej Brytanii.

Odlewnia dzwonów Whitechapel Bell Foundry w Londynie jest wpisana na listę zbytków, jako najstarsza firma produkcyjna, założona w 1570 r. (za panowania Elżbiety I) i działająca nieprzerwanie od tego czasu. Najsłynniejszym dzwonem, wykonanym w Whitechapel jest Big Ben, odlany w 1858 r., ważący 13,76 ton. Do odlania Big Bena użyto brązu z recyklingu pochodzącego z wcześniejszego dzwonu (nie wykonanego w Whitechapel), który pękł w podczas prób. Początkowa podana cena za wykonanie dzwonu, wynosząca 2401 ówczesnych funtów, została skompensowana przez potrącenie wartości złomowanego dzwonu w wysokości 1289 funtów, stąd ostateczny koszt wyniósł zaledwie 572 funtów. Jest to jeden z wcześniejszych przykładów wartości recyklingu i zrównoważonego produktu.

“Big Ben” – słynny dzwon na Wieży Zegarowej, należącej do Pałacu Westminsterskiego, jest w całości wykonany z brązu pochodzącego z recyklingu.

Technika ludwisarska została zastosowana do odlewania dział z brązu już w 14. wieku. Działa z brązu często umożliwiają identyfikację stanowisk archeologicznych. Ponieważ brąz koroduje bardzo powoli, działa te często zachowują nazwisko wykonawczy lub właściciela i datę. Henryk VIII posiadał okręt flagowy nazwany The Mary Rose, który zatonął w 1545 r. Wydobyto wiele przedmiotów i dział z brązu, które potwierdziły tożsamość wraku.

Medale i medaliony z brązu mogą wyglądać jak monety, ale nie były używane jako pieniądz. Pierwszym odznaczeniem za zasługi w służbie marynarki był Armada medal upamiętniający pokonanie hiszpańskiej armady przyznany w 1588 r. przez Elżbietę I.

Brązowe tablice na budynkach upamiętniają sławnych ludzi i wydarzenia. W tym przypadku wybrano brąz, ponieważ jest łatwy do odlewania, odwzorowuje drobne szczegóły i jest odporny ba korozję.

Krzyż Wiktorii (Victoria Cross) to najwyższe odznaczenie wojskowe przyznawane za waleczność. Został ustanowiony w 1856 r. przez królową Wiktorię. Medale były początkowo wykonywane z brązu pochodzącego z dwóch armat chińskiej produkcji, zdobytych na Rosjanach w Sewastopolu podczas Wojny Krymskiej (1854-56). Odlewy z brązu armatniego zawierały 19% cyny.

Krzyż Wiktorii – najwyższe odznaczenie wojskowe przyznawane za waleczność – jest wykonany z brązu pochodzącego z recyklingu.

Brąz i recykling
Historycznie, brązy były używane ze względu na ich twardość, wytrzymałość i lejność; od nich też pochodzi nazwa okresu w historii znanego jako epoka brązu. Brąz nie jest jednak tylko stopem przeszłości; jest  bardzo często używany w nowoczesnych zastosowaniach technicznych

Statki
Dawne brązy składały się głównie z miedzi i cyny – noszą one nazwę brązów cynowych. Brązy cynowe są dzisiaj nadal używane, ale opracowane zostały również brązy zawierające aluminium, nikiel, magnez i krzem, dzięki czemu uzyskano większą wytrzymałość i odporność na korozję. Brązy te są używane w zastosowanych w środowisku wody morskiej, a ich badania w pełni potwierdzają, że spełniają one rygorystyczne wymagania organów rządowych.

Przykładem zastosowania brązu w środowisku wody morskiej jest ważąca 95 ton śruba napędowa kontenerowca (na ilustracji), odlana z brązu aluminiowo-niklowego w formie piaskowej. Forma była zalewana płynnym brązem w sposób nieprzerwany przez 24 godziny, gdyż podczas krzepnięcia brąz kurczy się.

(Dzięki uprzejmości Stone Manganese Marine Ltd)

95-tonowa śruba napędowa kontenerowca, odlana z brązu aluminiowo-niklowego

Śruba została wykonana prawie w 100% z własnego złomu poprodukcyjnego pozyskanego z innych projektów, oraz poprzez starannie kontrolowane zakupy złomu z zewnątrz.

Jest przy tym jasne, że na przestrzeni wieków brąz był z dobrym skutkiem poddawany recyklingowi, to jeszcze jeden przykład zrównoważonego charakteru stopów miedzi.

Architektura
Architekci także szeroko stosują brąz dla podkreślenia walorów swoich budynków, wykorzystując jego atrakcyjną barwę odporność na korozję i wysoką wytrzymałość. Dobrym przykładem jest tu Portcullis House, budynek biur parlamentu, pokryty blachą z brązu aluminiowego.

(Creative Commons)

Pokrycie dachu i panele elewacyjne gmachu Portcullis House są wykonane z brązu aluminiowego.

Posągi
Tysiące lat temu brąz był używany do tworzenia klasycznych posągów, takich jak Kolos Rodyjski, który został zniszczony przez trzęsienie ziemi w r. 224 p.n.e., a jego pozostałości zostały sprzedane. Do przetransportowania złomu brązu – w celu jego recyklingu – potrzebnych było 900 wielbłądów.

Brąz nadal jest wykorzystywany jako materiał pierwszego wyboru na nowoczesne pomniki i rzeźby. Najnowszymi przykładami są: postać Bobby Moore’a (przed stadionem Wembley), pomnik Nelsona Mandeli (na Parliament Square) oraz rzeźba Miejsce spotkań (na międzynarodowym dworcu kolejowym St. Pancras w Londynie).

(Creative Commons)

Brązowa statua Bobby Moore’a przed stadionem Wembley

Brązy te mają skład podobny do starożytnych brązów, będących stopami miedzi, cyny, ołowiu i cynku. Przeznaczone na złom stare odlewy z brązu mogą być przetapiane, a odzyskany w ten sposób materiał użyty do wykonania nowych rzeźb. Odlewy te zwykle zawierają 30% materiału z recyklingu. Brąz nigdy nie jest wyrzucany – zawsze jest ponownie wykorzystywany, już od 224 r. p.n.e.

Studium przypadku okrętu podwodnego z napędem atomowym

Poniższy przykład recyklingu metali na wielką skalę (w tym miedzi i stopów miedzi) dotyczy demontażu wycofanego z eksploatacji rosyjskiego okrętu podwodnego klasy Oscar 1 z pociskami samosterującymi dalekiego zasięgu.

(Dzięki uprzejmości Keel Marine)

Demontaż rosyjskiego okrętu podwodnego.

Dane okrętu Oscar
Okręt podwodny zbudowany w latach 1980–82, w czynnej służbie od 1983 do 1997, zdemontowany między 2003 i 2004. Długość 345 m, szerokość 18 m; posiadał 6 dziobowych wyrzutni torpedowych, przenosił 24 pociski samosterujące dalekiego zasięgu. Wyporność w całkowitym zanurzeniu 17 000 ton, załoga 107 ludzi.

Demontaż
W ramach zawartej międzynarodowej umowy na demontaż okrętu podwodnego, brytyjskie przedsiębiorstwo Keel Marine Ltd, zapewniało fachową wiedzę morską i wsparcie w procesie demontażu.

Demontaż okrętu podwodnego z napędem atomowym jest niezaprzeczalnie złożonym procesem. Chociaż wypalone paliwo jądrowe zostało usunięte jeszcze przed rozpoczęciem demontażu, należało zachować ostrożność przy usuwaniu toksycznych odpadów takich, jak gumowe płytki zmniejszające sygnaturę akustyczną okrętu, smary, oleje, szkło, czynniki chłodnicze, izolacja i azbest. Przy tym temperatury pracy –30⁰C nie były czymś niezwykłym.

Metale i stopy odzyskane do recyklingu

  • Blacha stalowa użyta do budowy kadłuba, o grubości 10 do 40 mm: 6 000 ton.
  • Tytan – w postaci lekkiego i odpornego na korozję stopu: 600 ton.
  • Stopy miedzi – brąz cynowy i brąz aluminiowy: 180 ton.
  • Podzespoły i części okrętu podwodnego, jak pompy, rury, zawory i kurki, które były narażone na korozyjne działanie wody morskiej, były wykonane z tych odpornych na korozję stopów.
  • Drut z miedzi o wysokiej czystości: 72 tony.

Okręt podwodny zawierał wiele kilometrów kabli i przewodów z miedzi o wysokiej czystości, niezbędnych dla oświetlenia, komunikacji, nawigacji oraz systemów uzbrojenia. Tlen i słodka woda były wytwarzane za pomocą urządzeń elektrycznych, instalacji o fundamentalnym znaczeniu dla okrętu podwodnego, który pozostaje w zanurzeniu przez długi czas.

Granulat miedziany
Po usunięciu izolacji z przewodów drut miedziany zostaje pocięty na małe cząstki (w przybliżeniu wielkości granulek kawy rozpuszczalnej). Odzyskano około 72 ton miedzi o wysokiej czystości, która może być przetopiona i przetworzona na nowy drut bez potrzeby rafinacji (oczyszczania). Jest to bez wątpienia bardzo cenny produkt, który raz jeszcze ukazuje zrównoważony charakter miedzi. Warto się zastanowić, gdzie ta miedź z recyklingu mogłaby się następnie pojawić, być może jako część twojego telefonu komórkowego lub komputera?

Granulat miedziany otrzymany przez pocięcie kilometrów miedzianych przewodów.

Pytania i działania

1. Dlaczego na wykresie 2 (poniżej) stosunek tonażu źródeł surowców pierwotnych i wtórnych nie jest taki sam jak źródeł miedzi (59% do 41%)?

Wykres 2: (Dzięki uprzejmości Aurubis)

 

2. Dlaczego do wyrobu śrub napędowych statków używa się brąz? (Weź pod uwagę wytwarzanie śrub i ich eksploatację na morzu).

3. Która forma ekstrakcji miedzi (wykres 1, poniżej)wzrosła od zera w latach 1960-ych do prawie 4 milionów ton w roku 2013?

Wykres 1 (Dzięki uprzejmości ICSG)