mgr Jakub Szaáatkiewicz
Przemysáowy Instytut Automatyki i Pomiarów
ZROBOTYZOWANY DEMONTAĩ ODPADÓW
ZUĩYTEGO SPRZĉTU ELEKTRYCZNEGO I ELEKTRONICZNEGO
W CELU ODZYSKU SUROWCÓW
W artykule przeanalizowano moĪliwoĞü zastosowania zrobotyzowanego demontaĪu odpadów zuĪytego sprzĊtu elektrycznego i elektronicznego (ZSEE) jako sposobu utylizacji pozwalającej na odzysk surowców z tej grupy odpadów. Opisano skalĊ zjawiska związanego z odpadami ZSEE oraz obecnie stosowane technologie. Opracowano i przedstawiono kryteria wyboru odpadów, pozwalające na znaczące uproszczenie stosowanych rozwiązaĔ robotyzacji, a takĪe umoĪliwiające identyfikacjĊ i analizĊ odpadów ZSEE pod kątem moĪliwoĞci przetwarzania w zrobotyzowanych stanowiskach demontaĪu. Na podstawie wyáonionego wedáug tych kryteriów odpadu przedstawiono parametry komputerowych twardych dysków(HDD) oraz kompletny proces demontaĪu, obejmujący czynnoĞci, porównanie czasów demontaĪu, oraz iloĞci odzyskanych surowców.
ROBOTIZED DISASSEMBLY OF WASTE ELECTRICAL
AND ELECTRONIC EQUIPMENT (WEEE) FOR RESOURCES RECOVERY
In article survived the possibility of robotized dismantling of waste of electrical and electronic equipment (WEEE), as a way allowing recovery of raw materials from this group of waste. Author describes the scale of the WEEE waste problem and currently used technologies for its processing. The paper provides criteria for selection of waste, enabling significant simplification of robotic applied solutions, as well as enabling the identification and analysis of WEEE waste for processing purposes in robotic dismantling workstations. On the basis of these criteria computer hard disk drive was chosen, and closely described, as WEEE waste with parameters, allowing to be processed in robotic dismantling process. Based on this waste example, complete robotized dismantling process, including operations, comparison, and the times of disassembly with recovered materials was described.
1. WSTĉP
Odpady zu Īytego sprz Ċtu elektronicznego i elektrycznego (ZSEE) to problem globalny, o du Īej skali. W 27 krajach UE szacuje si Ċ, Īe masa wytwarzanych odpadów ZSEE wynosi áa 8,3–9,1 mln ton [Mg] w 2005 r., z czego 25 % jest zbierane i przetwarzane, za Ğ pozosta áe 75 % nie jest rejestrowane [1, 2], na c o moĪe mieü wpáyw brak dostosowanych technologii przetwarzania tych odpadów. Problem rosnącej masy odpadów ZSEE [3, 4] dotyczy w najwi Ċkszym stopniu krajów wysokorozwiniĊtych. W Szwecji zbiera si Ċ 16,7 kg/osob Ċ, W ielkiej Brytanii 8,2 kg/osob Ċ, w Austrii 6,5 kg/osobĊ [5]. W Polsce zamierza siĊ zbieraü 4 kg ZSEE/osobĊ. Z raportów Gáównego Inspektora Ochrony ĝrodowiska wynika, Īe w przeliczeniu na osob Ċ w 2008 r. zebrano 1,45 kg/osobĊ, a w 2009 r. í 2,7 kg/osob Ċ, za Ğ m asa zebranego zu Īytego sprz Ċtu elektryczneg o i elektronicznego wynosiáa w 2008 r. 56425,8 Mg, a w 2009 r. í 108792,5 Mg [6]. W idoczne jest, Īe iloĞü zbieranych odpadów ZSEE sukcesywnie ro Ğnie, dlatego wa Īne jest pytanie o sposoby ich przetwarzania i moĪliwe do odzyskania surowce.
2. OBECNIE STOSOWANE TECHNOLOGIE PRZETWARZANIA ODPADÓW ZSEE Gáównymi metodami przetwarzania odpadów ZSEE s ą rĊczny demontaĪ oraz metody mechaniczne polegające na m ieleniu i wielostopniowym r ozdziale rozdrobnionych m ateriaáów. Po wyĪsze powszechnie stosowane podej Ğcia do przetwarzania i recy klingu odpadów z grupy ZSEE m ają swoje wady i zalety. P rzykáadowy stopie Ĕ odzysku surowców ze zu Īytych pralek i kuchenek przedstawia tab. 1.
Tab. 1. StopieĔ odzysku surowców dla mechanicznego i rĊcznego przetwarzania [7]
Pralki Kuchenki
Mielenie 44,1 % 74,9 % RĊczny demontaĪ 95,6 % 90,6 %
Uzupeánieniem tych dwóch g áównych podej Ğü są technologie specjalistyczne nastawione na przetwarzanie zdem ontowanych podzespo áów, np. przetw arzanie obwodów drukowanych przy wykorzystaniu pirolizy [8] lub spalania odpadów.
Najbardziej elas tyczną i pozwalaj ącą na najwy Īszy odzysk surowców jest technologia r Ċcznego demontaĪu, umoĪliwiająca przetwarzanie zróĪnicowanych odpadów zuĪytego sprzĊtu elektrycznego i elektronicznego. Jest to jednak sposób pracoch áonny i wym aga bezpo Ğredniego kontaktu ludzi z odpadami ZSEE za wierającymi substancje niebezpieczne. R Ċczny de montaĪ polega na zdemontowaniu podzespoáów urządzeĔ i ich segregacji na surowce, z których zosta áy wykonane, stosowane s ą równie Ī rozwi ązania autom atyzujące niek tóre powtarzalne czyn noĞci. R Ċczny demontaĪ stanowi czĊsto pierwszy etap przetw arzania odpadów ZSEE w technologii m echanicznej obróbki – mielenia – m ający na celu wyodr Ċbnienie substancji niebezpiecznych oraz cz ĊĞci, które nie mogą byü w ten sposób przetwarzane. Mechaniczna obróbka polega na rozdrobnieniu odpadów w máynie w celu póĨniejszego ich rozdzielenia. Sposób ten pozwala na przetwarzanie du Īych iloĞci odpadów, lecz jego wadam i s ą wysoki nak áad energety czny zwi ązany z m ieleniem i separacj ą surowców, niĪszy poziom odzysku, a takĪe zanieczyszczenie wydzielonych surowców.
W przypadku urządzeĔ zawierających substancje niebezpieczne, np. rtĊü, duĪa partia surowca moĪe ulec zanieczyszczen iu. Mechaniczne przetwarzan ie po zwala na skuteczny odzy sk surowcó w z odpadów przez wzgl ąd na nak áady niezb Ċdne do pozyskania surowców z ich naturalnych z áóĪ, lecz jednocze Ğnie uwid acznia po trzebĊ opracowania nowej technologii um oĪliwiającej odzysk surowców o wysokiej czystoĞci w sposób wysoce efektywny i niewymagający tak duĪych nakáadów energetycznych.
W przypadku niektórych rodzajów odpadów m oĪliwe jest zastosowanie m etod stosowanych w masowej produkcji zwi ązanych z u Īyciem robotów do wykonywania powtarzalnych czynno Ğci. W wyniku, tego stanie si Ċ mo Īliwe przetwarzanie du Īych wolumenów odpadów w ekonom iczny i skuteczny sposób. Ak tualnie na Ğwiecie trwaj ą prace nad roboty zacją procesów przetwarzan ia odpadów zu Īytego sprz Ċtu elek trycznego i elektroniczneg o. Przyk áadami s ą prace polegaj ące na tworzeniu modeli linii do dem ontaĪu m onitorów LCD [9], czy polegaj ące na autom atyzacji demontaĪu podzespo áów z obudów kom puterów stacjonarnych [ 10]. Spotyka si Ċ równie Ī prototypową automatyzacjĊ i zastĊpowanie niektórych czynnoĞci w istniejących przedsiĊbiorstwach przetwarzających zu Īyty sprz Ċt elektryczny i elektroniczny, np. autom atyczne rozkr Ċcanie wymontowanych silników z pralek, przenoszenie podzespo áów przy wykorzystaniu manipulatorów wyposaĪonych w chwytaki i inne [11].
Zrobotyzowany dem ontaĪ jest podej Ğciem alternatywnym do tradycyj nych technologii, m ielenia i rĊcznego przetwarzania. Zrobotyzowany demonta Ī áączy w sobie zalety r Ċcznego dem ontaĪu przez m oĪliwoĞci jego dostosowania do ró Īnych odpadów, z du Īymi m oĪliwoĞciami przerobowymi, którym i charakteryzuje si Ċ m echaniczne przetwarzanie odpadów. Jednocze Ğnie
pozwala na uzyskanie wysokiej czysto Ğci surowców z odpadów przy m inimalnych nak áadach energetycznych i pracy ludzkiej.
3. TECHNOLOGIA ZROBOTYZOWANEGO DEMONTAĩU
ZaáoĪenia zrobotyzowanego de montaĪu opieraj ą si Ċ na znanych rozwi ązaniach stosowanych w prze myĞle wykorzystuj ącym zaawansowan ą autom atykĊ i robotyk Ċ. Dzi Ċki szybko Ğci, powtarzalnoĞci i precyzji pozycjonowania stanowisko dem ontaĪu moĪe byü ma áe, a jednocze Ğnie charakteryzowaü si Ċ wysok ą sprawno Ğcią i d uĪym przerobem . W uproszczeniu m oĪna okre Ğliü zrobotyzowany demontaĪ jako proces odwrotny do zrobotyzowanej produkcji lub jako zast ąpienie pracy ludzkiej przy dem ontaĪu przez zastosowanie robo ta. W oparciu o znane procedury r Ċcznego demontaĪu mo Īliwe jes t ich zas tąpienie przez zrobotyzowane narz Ċdzia. Ca áy proces dem ontaĪu moĪe zostaü zorganizowany w postaci linii technologiczn ej ze stanowiskam i robotów, na których nastĊpują po sobie kolejne etapy rozbiórki urządzeĔ i segregacji surowców.
Przewagą zrobotyzowanego dem ontaĪu jest zastosowanie energooszcz Ċdnych m etod rozdzielania poáączonych podzespo áów w odró Īnieniu o d energoch áonnych procesów m ielenia podczas mechanicznej obróbki. Realizowane jest to gáównie w oparciu o narz Ċdzia do rozáączania poáączeĔ gwintowanych zam ocowane na m anipulatorach robotów i przenoszenie rozdzielonych
podzespoáów, które to czynno Ğci są najmniej energocháonnym sposobem przetwarzania odpadów ZSEE.
Proces zrobotyzowanego de montaĪu m oĪe b yü prowadzony na dwa sposoby: w pe áni zaprogramowany, liniowy pod wzgl Ċdem algorytm u post Ċpowania oraz dynam iczny, elastycznie dopasowujący siĊ do danych odczytywanych z system ów pomiarowych i dobierający czynnoĞci na ich podstawie.
Robotyzacja w oparciu o algory tmy rozm yte, dynam iczne, sam oadaptujące s iĊ do danych zbieranych z sensorów jest zagadnieniem sk omplikowanym i wielowym iarowym, wym agającym zaawansowanej senso ryki, analizy obrazu, d anych i m oĪliwoĞci wykonania poszczegó lnych czynnoĞci. Przez wzgl ąd na skom plikowanie tego podej Ğcia nie jest ono rozwa Īane w tej pracy, choü w odniesieniu do przetwarzania odpadów m oĪe w przysz áoĞci okaza ü si Ċ ciekawym i skutecznym narzĊdziem posz erzającym zastosowania zrob otyzowanego przetwarzania zróĪnicowanych odpadów.
Z kolei robotyzacja demonta Īu w oparciu o algorytm y liniowe pozwala na skuteczn ą i m oĪliwie najprostszą aplikacj Ċ zrobotyzowanego de montaĪu. Robotyzacja w oparciu o algorytm y liniow e moĪliwa jest do zastosowania w przypadku powtarzalnych urz ądzeĔ poddawanych procesowi demontaĪu. PodejĞcie to znacznie upraszcza wymagane do obsáugi robotów rozwiązania sterowania i redukuje iloĞü niezbĊdnych sensorów i operacji obliczeniowych, sprowadzaj ąc caáoĞü procesu do powtarzalnej sekwencji czynno Ğci, w wyniku których realizowany jest proces dem ontaĪu. Raz zaprogramowane stano wisko í linia zrobotyzowanego demonta Īu í mo Īe realizowa ü ten sam program na nieograniczonej ilo Ğci jednakowych odpadów. Jednak Īe ze wzgl Ċdu na du Īą róĪnorodnoĞü ZSEE, np. wielo Ğü m odeli, p roducentów etc., niezb Ċdne jest do áączenie modu áu identyfikacji parametrów przetwarzanych odpadów (kod kreskowy, OCR – rozpoznawanie tekstu), dziĊki czemu zostaj ą p oszerzone mo ĪliwoĞci przetwórcze stanowiska. Po rozpoznaniu odpadu nastĊpuje wybór programu de montaĪu z pam iĊci algorytmów i realizow any jest proces dem ontaĪu konkretnego odpadu. Jednak Īe stanowisko demonta Īu ma ograniczenie mo ĪliwoĞci przetwarzania odpadów, wynikaj ące z ró Īnic w budowie o dpadów i k oniecznoĞci stosowania do dem ontaĪu róĪnych narz Ċdzi. Dlatego niem oĪliwa jest u tylizacja na tym sam ym stanowisku znacz ąco róĪniących si Ċ odpadów, np. m onitorów i tw ardych dysków, lecz mo Īliwe jes t przetwarzanie wszystkich twardych d ysków niezale Īnie od modelu czy producenta. Z powy Īszego wynika specyfika technologii zrobotyzow anego dem ontaĪu, kt órej ogr aniczeniem j est mo ĪliwoĞü przetwarzania tylko zaprogramowanych i „podobnych” odpadów, algorytm przetwarzania kaĪdego
nowego modelu urządzenia bĊdzie musiaá zostaü wprowadzony do linii technologicznej, Īeby byáo moĪliwe jego utylizowanie.
PowyĪsza specyficzno Ğü zrobotyzowanego demonta Īu sprawia, Īe s taje si Ċ konieczne dok áadne okreĞlenie, które grupy odpadów kwalifikują siĊ do przetwarzania w ramach tej technologii.
4. CECHY ODPADU UàATWIAJĄCE ZROBOTYZOWANY DEMONTAĩ – KRYTERIA WYBORU
Zrobotyzowany demontaĪ realizowany na podstawie powtarzalnych i zaprogramowanych czynnoĞci wykonywanych przez robota, wymaga innego ni Ī standardowe post Ċpowania z odpadam i. Nie wszystkie odpady m ogą zosta ü przetworzone ze wzgl Ċdu na swoje cechy i inne czynniki(np. wartoĞü odzyskanych surowców), st ąd wynika konieczno Ğü ich selekcji i kategory zacji. W celu identyfikacji odpadów ZSEE kwalifikujących siĊ do przetwarzania w technologii zrobotyzowanego demontaĪu opracowano kryteria wy áaniające odpady, których przetwarzanie m oĪe zosta ü przeprowadzone w oparciu o algorytmy liniowe, są to:
– Parametry fizyczne: podobna budowa, standaryzowane wym iary zewnĊtrzne, rozstawy otworów montaĪowych, áatwa do de montaĪu konstrukcja i budowa z niew ielkiej liczby jednorodnych podzespoáów.
– Kryterium surowcowe: odpady zawieraj ą warto Ğciowe surowce, których odzysk jest uzasadniony gospodarczo, ekologicznie i ekonomicznie.
– Czynniki rynkowe: faza cyklu Īycia produktu, iloĞü i m asa odpadu na rynku i w sprzeda Īy, trend wzrostowy sprzedaĪy.
– Dodatkowe kryteria: áatwoĞü wyodr Ċbniania danego odpadu, dobry stan fizyczny – bez defor macji, moĪliwoĞü identyfikacji odpadu, jak równie Ī obecnie stosowane metody recyklingu o m aáej s kutecznoĞci i du Īej energocháonnoĞci, pracocháonnoĞci.
W oparciu o powy Īsze kryteria zidentyfikowano grupy odpadów, a spo Ğród nich do szczegó áowej analizy wybrano komputerowy dysk twardy HDD (fot. 1) jako odpad w pe áni speániający wszystkie powyĪsze kryteria.
5. CHARAKTERYSTYKA TWARDYCH DYSKÓW JAKO ODPADU KWALIFIKUJĄCEGO SIĉ DO PRZETWARZANIA W TECHNOLOGII ZROBOTYZOWANEGO DEMONTAĩU
Komputerowe dyski twarde, znajduj ą siĊ w komputerach i innych urz ądzeniach IT, RTV, a tak Īe czĊsto wyst Ċpują sam odzielnie w Ğród odpadów ZSEE (w sytuacji, gdy s ą one wym ieniane na nowe). Z racji szybkiego starzenia si Ċ rozwiązaĔ IT nast Ċpuje czĊsta wymiana dysków tward ych i caáych komputerów – trend wzrostowy sprzeda Īy prowadz ący do wzrostu m asy odpadów do przetworzenia. W 2007 r. na Ğwiecie sp rzedano áącznie 516 mln [12] dysków twardych. W odniesieniu do Polski szacuje si Ċ Īe roczna sprzeda Ī HDD wynosi oko áo 5,6 m ln sztuk, za Ğ przyszáa masa odpadowych twardych dysków to 2 500 Mg 2 [13]. Bior ąc pod uwagĊ iloĞü dysków twardych sprzedanych na Ğwiecie w 2009 r. [550 m ln sztuk], co roku m asa odpadów HDD w skali Ğwiata jest równa 283 250 Mg (Polska 1 %). Z przytoczonych danych wynika, Īe powstaj ąca co roku masa odpadów HDD jest na tyle znacząca, Īe moĪliwa do odzyskania z niej iloĞü surowców uzasadnia opracowanie nowych technologii przetwarzania tych odpadów.
Fot. 1. Przykáadowy dysk HDD 3,5”; widok od strony elektroniki
Komputerowy dysk twardy charakteryzuje si Ċ zunifikowanym i wym iarami zewn Ċtrznymi [kilka modeli np. 2,5”, 3,5”], o standardowym rozstawie otworów m ontaĪowych i gabarytach. Jego budowa jest prosta i opiera si Ċ na chassis, w którym zam ontowane s ą podzespo áy dysku. WyodrĊbnianie twardych dysków z kom puterów nie stanowi problem u, jest to standardowa procedura w wielu firmach przetwarzających ZSEE, a ich stan fizyczny jest dobry – bez deformacji. Ponadto na Ğwiecie p rowadzone s ą badania nad autom atycznym dem ontaĪem podzespo áów z komputerów [14], co w przysz áoĞci u moĪliwi poszerzenie dost Ċpnych rozwi ązaĔ zrobotyzowanego demontaĪu na inne odpady i ogóá czynnoĞci z tym związanych.
Istotnym parametrem są równieĪ surowce, które m ogą zostaü odzyskane z odpadu. W przypadku twardych dysków g áównie s ą to: alu minium, m etale ferrom agnetyczne (w tym magnesy), m etale nierdzewne, oraz záom inny (tab. 2).
Tablica 2. ĝredni udziaá masowy surowców w dyskach twardych[15]
Rodzaj materiaáu Masa [g] ĝrednia masa z badanej próby ZawartoĞü % w masie dysku Masa dysku 515 100,0 Aluminium 26 4 51,3 Metale ferromagnetyczne 90 17,5 Metale nierdzewne 53 10,3 Elektronika zewnĊtrzna 41 7,9 Podzespoáy inne 66 12,8
6. DEMONTAĩ CZĉĝCIOWY I PEàNY
Z przeprowadzonych bada Ĕ wynika, Īe demonta Ī odpadów m oĪna podzieli ü na dem ontaĪ czĊĞciowy i demontaĪ peány. Prowadzony proces moĪe dotyczyü wykonania czynnoĞci związanych z usuniĊciem tylko niektórych elementów, np. osáon, Ĩródáa metali ciĊĪkich lub innych substancji niebezpiecznych, etc, lub polega ü na ca ákowitym zdem ontowaniu odpadu, ze wszystkich znajdujących siĊ w nim podzespoáów.
Wybór stopnia szczegó áowoĞci demonta Īu zale Īy od korzy Ğci zwi ązanej z uzyskanym i ilo Ğciami surowców w odniesieniu do poziomu skomplikowania procesu demontaĪu.
Na przyk áadzie odpadowych komputerowych twardych dysków, demonta Ī podzielono na trzy stopnie:
CzĊĞciowy demonta Ī – polega na usuniĊciu zewn Ċtrznych Ğrub i oddzieleniu elektroniki ze-wnĊtrznej, a tak Īe zam kniĊcia dysku, oraz kilku Ğrub wewn Ċtrznych. Jest on m oĪliwy do przeprowadzenia przy u Īyciu dwóch narz Ċdzi – ĞrubokrĊtu i chwytaka. W wyniku prostego czĊĞciowego dem ontaĪu redukcja masy HDD [usuni Ċcie Ğrub, elektroniki, blachy wierzchniej] to okoáo 8 %. Ponadto z dysku usuni Ċte zostaje Ĩródáo m etali ci ĊĪkich (elektronika) i innych zwi ązków, w tym or ganicznych. Sytuacj Ċ tĊ przedstawia fotografia 4.
Peány demontaĪ – polega na usuni Ċciu wszystkich podzespo áów odpadu z chassis. Um oĪliwia on redukcjĊ masy o oko áo 87 % – z racji niep rzetwarzania „podzespo áów innych”, takich jak: elementy plastikowe (2 %), g áowica (3 %), silnik (8 %). W szystkie podzespo áy wyodr Ċbnione z dysku są przedstawione na fotografii 2.
Dodatkowa obróbka – polega na przetwarzaniu zdem ontowanych podzespo áów, które nie s ą czystym surowcem; w przypadku HDD są to: gáowica, silnik, elektronika i plastiki (13 % masy). W przypadku technologii zrobotyzowanego dem ontaĪu czynno Ğci dodatkowej obróbki nie s ą rozwaĪane i traktuje siĊ wymienione powyĪej podzespoáy jako záom mieszany lub (jak w przypadku plastików) odpad.
7. ORGANIZACJA PROCESU ZROBOTYZOWANEGO DEMONTAĩU Linia do demontaĪu twardych dysków
Na przyk áadzie zidentyfikowanego odpadu, jakim s ą kom puterowe twarde dyski, zosta áo przedstawione m odelowe post Ċpowanie i organizacja ca áego procesu utylizacji poprzez zrobotyzowany dem ontaĪ. W poni Īszym przyk áadzie po miniĊto wst Ċpne czynno Ğci zwi ązane z wyodrĊbnianiem HDD ze zbieranych odpadów, realizowanych cz ĊĞciowo w punktach zbiórki i stacjach demontaĪu. Opis procesu jest przedstawiony w oparciu o dysk twardy Western Digital Caviar WD400JB-00ENA0 z 2003 roku o pojemnoĞci 40 GB.
Komputerowe twarde dyski cechuj ą si Ċ powtarzalnoĞcią i pomimo wielu rodzajów, modeli i producentów są standaryzowan e zewn Ċtrznie. UmoĪliwia to prowadzenie procesu dem ontaĪu dostosowanego do ws zystkich dysków twardych, niezaleĪnie od producenta i modelu.
WyodrĊbnione dyski zostaj ą wprowadzone do linii demontaĪu bezpo Ğrednio na przeno Ğnik ta Ğmowy, który je kolejkuje i pozycjonuje w celu pochwycenia go przez przeno Ğnik i unieruchom ienia, umoĪliwiającego m anipulacjĊ przestrzenn ą dysku. Budowa twardych dysków opiera si Ċ na aluminiowym chassis w którym znajduj ą si Ċ zunifikowane gwintow ane otwory s áuĪące do montaĪu dysków. W pr zypadku procesu dem ontaĪu mogą one pos áuĪyü do utrzymywania dysków w przenoĞniku na linii. Rozm ieszczenie o tworów w chassis pokazuje fotografia 3.
NastĊpnie z dysku zostaje odczytany jego m odel i na tej podstawie jest wybi erany program de montaĪu – algorytm liniowy. W przypadku braku programu dla danego dysku lub niem oĪliwoĞci odczyt ania danych dysk jest kierowany do magazynu przejĞciowego.
Unieruchomiony w przeno Ğniku linii dem ontaĪu dysk twardy jest transportowany do stanowiska robotów, na którym nast Ċpuje p ierwszy etap d emontaĪu. Roz áączane s ą po áączenia gwintowane mocujące elektron ikĊ, a przy u Īyciu drugiego m anipulatora p áytka elektroniki jest oddzielana od dysku i przenoszona do pojem nika na elektronik Ċ. W trakcie u suwania Ğrub s ą one odsysane i kierowane pneumatycznie do pojemnika na surowce z m etali nierdzewnych. NastĊpnie dysk jest odwracany o 180 stopni w uchwycie przeno Ğnika i w analogiczny sposób nast Ċpuje usuni Ċcie
Fot. 3. Rozmieszczenie otworów montaĪowych w chassis dysku, wraz z widoczną elektroniką
Fot. 4. Widok podzespoáów dysku po usuniĊciu blachy wierzchniej i elektroniki
poáączeĔ g wintowanych blachy wierzchn iej z chassis i przeniesienie jej do pojem nika na aluminium. Podzespo áy dysku ods áoniĊte po de montaĪu blachy wierzchniej przedstawia fotografia 4.
Kolejnym etapem de montaĪu jest roz áączenie po áączeĔ gwintowych wewn ątrz dysku utrzymuj ących m agnesy, talerze n a silniku, z áącze danych oraz ram iĊ gáowic. W przypadku poáączeĔ talerzy n a wirniku siln ika wymagane jest jego unieruchom ienie, co m oĪe zosta ü zrealizowane przy u Īyciu chwytaka drugiego robota. W przypadku obrotowego elem entu z rozm ieszczonymi na jego obwodzie Ğrubami niezb Ċdne jest zastosowanie metod umo Īliwiających zlokalizow anie ich po áoĪenia, czy to w sposób wizyjny, czy inny np. wykorzystuj ący czujniki zb liĪeniowe. Kolejny elem ent, ram iĊ gáowic, zamocowany jest przy uĪyciu innego rodzaju poáączenia gwintowego, dlatego aby przeprowadzi ü tĊ operacj Ċ niezbĊdna jest wym iana ko Ĕcówki na m anipulatorze.
W trakcie pracy robota usuwaj ącego poáączenia drugi m anipulator moĪe równoczeĞnie wyjmowaü i przenosiü uwolnione podzespoáy, jak magnesy z ekranem, záącze sygnaáowe, elementy mocowania talerzy, ramie g áowic, poch áaniacz wilgoci, talerze. Ka Īdy z tych podzespo áów przenoszony jest do osobnego pojemnika na podzespoáy o danym skáadzie surowcowym.
Na fotografii 5 widoczne są magnesy wystĊpujące w dyskach, które przymocowane są przy pomocy kleju do ekranów magnetycznych. Z punktu widzenia odzysku surowców istotnym jest oddzielenie magnesów od ferrom agnetycznych ekranów, gdy Ī zwarte w nich m etale ziem rzadkich s ą wartoĞciowym surowcem. Mo Īliwe jest ich oddzielenie poprzez u Īycie si áy Ğcinającej lub nagrzewania w celu rozdzielenia magnesu od m etalu, po której to operacji nast ąpi przen iesienie magnesów i ekranów do pojem ników na posz czególne surowce. Nagrzewanie dodatkowo m a t ą zaletĊ, Īe moĪe nastąpiü rozmagnesowanie magnesów, co uáatwi ich przenoszenie.
Po oddzieleniu i przeniesieniu wszystkich podzespo áów z dysku jego puste chassis, wykonane z czystego aluminium, zostaje uwolnione z uchwytu przeno Ğnika nad pojem nikiem na podzespo áy aluminiowe, operacja ta ko Ĕczy proces dem ontaĪu twardego dysku. W idok wszystkich zdemontowanych podzespoáów dysku pokazuje fotografia 2.
W przypadku prezentow anego dysku wszystkie czynno Ğci mogą zostaü zrealizowane przy u Īyciu przenoĞnika, dwóch narzĊdzi i dwóch manipulatorów. Czyni to proces zrobotyzowanego demontaĪu niezwykle efektywnym.
JednakĪe nie wszystkie kom puterowe twarde dyski s ą wykonane w jednakowy sposób, w niektórych wystĊpują podzespoáy záączone na wcisk, lub sklejone blachy z ró Īnych materiaáów, czy uszczelniająca taĞma aluminiowa etc., dlatego stanowisko zrobotyzowanego demonta Īu musi skáadaü si Ċ z co naj mniej 3 m anipulatorów, w tym jednego z wym iennymi narz Ċdziami do prowadzenia dodatkowych czynno Ğci w przypadku nietypowych dysków. Przedstawiony opis procesu zrobotyzowanego dem ontaĪu przedstawia ogó á czynno Ğci zwi ązanych ze standardowymi podzespoáami dysku i prezentu je najcz ĊĞciej wyst Ċpujące w nich rozwi ązania. W przypadku nietypowych i wym agających specjalis tycznych rozwi ązaĔ, a przez to nieekonomicznych, partii dysków mo Īliwe jest przeprowadzenie cz ĊĞciowego demonta Īu i skierowanie pozosta áoĞci nieprzetworzonego dysku do innego procesu, jak np. r Ċczny dem ontaĪ w celu doko Ĕczenia rozbiórki.
Fot. 5. Widok podzespoáów dysku w trakcie demontaĪu – strzaáka wskazuje magnesy
Tablica 3 przedstawia schem at blokowy opisanego powy Īej procesu demonta Īu wraz z udzia áem odzyskanych surowców.
Tab. 3. Blokowe przedstawienie procesu zrobotyzowanego demontaĪu wraz z odzyskanymi surowcami
8. EFEKTYWNOĝû AUTOMATYCZNEGO I RĉCZNEGO DEMONTAĩU TWARDYCH DYSKÓW
Z przeprowadzonych pom iarów czasu r Ċcznego de montaĪu twardych dysków w warunkach laboratoryjnych wynika, Īe na rozáoĪenie jednego dysku potrzeba Ğrednio 370 s. St ąd moĪliwe jest obliczenie, Īe jeden pracownik jest w stanie zdemontowaü maksymalnie w ciągu 8 h pracy 77 sztuk dysków twardych, co w przeliczeniu na masĊ daje 40 kg HDD [1 osoba, 8 h].
Dla stanowiska zrobotyzowanego za áoĪono szacunkowy czas dem ontaĪu jednego twardego dysku, równy 90 s i prac Ċ stanowiska przez 24 h/dob Ċ. Dla powyĪszych zaáoĪeĔ moĪliwe jest osiągniĊcie przerobu 1000 sztuk dysków na dob Ċ, co w przeliczeniu n a masĊ odpowiada przerobowi 515 kg dysków twardych w ci ągu 24 h (tablica 4). Ilo Ğü ta odpow iada pracy wykonanej przez 13 osób w ciągu 8 h.
Tab. 4. Liczba i masa przetworzonych HDD dla 1 stanowiska zrobotyzowanego demontaĪu
Rodzaj materiaáu dobowy miesiPrzerób w [kg] Ċczny rocz ny
1000 sztuk 25 000 sztuk 300 000 sztuk
W ciągu jednego roku w Polsce w prowadzanych jest na rynek oko áo 2 500 Mg nowych twardych dysków. Wynika st ąd, Īe aby przetworzy ü tĊ masĊ odpadów, nale Īaáoby uruchomiü 16 stanowisk zrobotyzowanego demontaĪu.
9. PODSUMOWANIE
Technologia zrobotyzowanego demonta Īu to rozwi ązania nowoczesne i skuteczne. Pozwalaj ące z wysoką skutecznoĞcią przetwarzaü wybrane grupy odpadów, bez koniecznoĞci angaĪowania pracy ludzkiej w kontakcie z ni mi, a surowce z nich odzyskane charakteryzuj ą si Ċ wysok ą czysto Ğcią. W Polsce masa wycofywanych twardych dysków to oko áo 2 500 Mg rocznie. Daje to m oĪliwoĞü odzyskania 1 283 Mg c zystego alum inium, 438 Mg m etali ferrom agnetycznych, 259 Mg m etali nierdzewnych i 321 Mg innego z áomu, a tak Īe 198 Mg obwodów drukowanych. Przy dodatkow ej obróbce wyodr Ċbnionych podzespo áów m oĪliwe b Ċdzie odzyskiwanie surowców ziem rzadkich i pewnej iloĞci metali szlachetnych zawartych w obwodach drukowanych. Pozwala to na niem alĪe 100 % poziom odzysku w przypadku tych odpadów.
Zaprezentowane w artykule pod ejĞcie do identyfikacji odpadów pod k ątem mo ĪliwoĞci ich przetwarzania w technologii zrobotyzowanego demontaĪu wedáug algorytmów liniowych, pozwala na znaczne uproszczenie tej technologii, co zwiĊksza jej dostĊpnoĞü. Ponadto wdroĪenie technologii zrobotyzowanego demonta Īu m oĪe polega ü na wykorzystaniu obecnie istniej ącej w zak áadach demontaĪu infrastruktury, poprzez ich doposa Īenie w m aáe zrobo tyzowane stano wiska, zam iast tworzenia od pocz ątku ca áoĞciowych system ów. Takie post Ċpowanie pozwala zast ąpiü cz ĊĞü z obecnie stosowanych rĊcznych i mechanicznych sposobów odzysku surowców z urz ądzeĔ ZSEE, przez autonomiczne stanowisko demontaĪu, a uwolnione zasoby mogą zostaü skierowane do innych zadaĔ, umoĪliwiając przetwarzanie wiĊkszych iloĞci róĪnorodnych odpadów ZSEE.
Mając na u wadze powyĪsze, autor artykuáu uwaĪa, Īe zastosowanie technologii zrobotyzowanego demontaĪu na skal Ċ przem ysáową jest uzasadnione. Jest to tak Īe przys záoĞü przem ysáu przetwarzania odpadów i wyj ątkowa okazja dla polskich firm oferuj ących rozwi ązania robotyki, aby zaistnieü na rynkach polskim i miĊdzynarodowym w obszarze zrobotyzowanego przetwarzania odpadów.
BIBLIOGRAFIA
1. Huisman J., „2008 Review of Directive 2002/96 on W EEE, Final Report”, United Nations University, 2007.
2. Cobbing M., „Toxic Tech: Not In Our Backyard”, Greenpeace.org, 2008.
3. Lee, J., Song H., Yoo J., „Present status of th e recycling of waste electrical and electronic equipment in Korea”, Resources Conservation & Recycling nr 50, 2007.
4. Kang H., Schoenung J., „Electronic waste recyclin g: A review of U.S. infrastructure and technology options”, Resources Conservation & Recycling nr 45, 2005.
5. Wawrzonek R., „Praktyczne aspekty funkcjonowania system u gospodarowania zu Īytym sprzĊtem elektrycznym i elektronicznym”, Elektro Eco, 2009.
6. „Raport G áównego Inspektora Ochrony ĝrodowiska o funkcjonowaniu system u gospodarki ZSEE w roku 2008 i 2009”.
7. Yuksel T., Baylakoglu I., „Recycling of Electrical and Electronic Equipment, Benchmarking of Disassembly Methods and Cost Analysis”, E lectronics & the Environm ent, Proceedings of the 2007 IEEE International Symposium on, Orlando, 2007.
8. Jie G., Ying-Shun L., Mai-Xi L., „Product characterization of waste printed circuit board by pyrolysis”, J. of Analytical and Applied Pyrolysis, 83, 2008.
9. Kim, H., Kernbaum S., Seliger G., „Emulation-based control of a disassembly system for LCD monitors”, Int. J. Adv. Manufacturing Technologies 40, 2009.
10. Torres F., Gil P., Puente S., Pomares J., Aracil R., „Autom atic PC disassembly for component recovery”, Int. J. Adv. Manufacturing Technologies 23, 2004.
11. Basdere B., Seliger G., „Disassembly Factorie s for Electrical and Electronic Products To Recover Resources in P roduct and Material Cy cles”, Environmental Science & Technologies, vol. 37, no. 23, 2003.
12. „Ponad pó á m iliarda dysków twardych sprzedanych w 2007 roku”, www.wirtualnemedia.pl, 2008.
13. Szaáatkiewicz J., „Odzysk surowców z komputerowych dysków t wardych”, In Īynieria Ekologiczna, nr 23, 2010.
14. Ching-Hwa L., Chang-Tang C., Kuo-Shuh F., Tien-Chin C., „An ove rview of recycling and treatment of scrap computers”, Journal of Hazardous Material B114, 2004.
