RoHS-Verordnung nachkommen

Probenvorbereitung von Elektroschrott

Für Schadstoffanalysen müssen elektronische Bauteile so zerkleinert werden, dass eine homogene repräsentative Probe vorliegt. Welche Vorgehensweise und Geräte sich für welche Materialarten eignen, beschreibt Spezialistin Butt von der Firma Retsch.
Nicht ganz einfach: Aus heterogenem Material homogene und repräsentative Proben für die Analytik zu erzeugen. Dies stellt z. B. für Hersteller oder Recycler von elektronischen Komponenten eine Herausforderung dar, da sie wegen der RoHS-Verordnung verpflichtet sind, zum Nachweis Analysen ihrer Materialien vorzulegen.
© Retsch

Im Juli 2006 wurde die EU-Verordnung “Restriction of Hazardous Substances (RoHS)” zur Beschränkung von gefährlichen Inhaltsstoffen wie Blei, Quecksilber, Cadmium und bromierten Flammschutzmitteln in elektrischen und elektronischen Produkten eingeführt. Ein Update erfolgte u. a. im März 2015 (2015/863), bei dem vier neue Substanzen verboten wurden, die hauptsächlich in den Plastikteilen der Komponenten vorhanden sind: Bis(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP); Benzylbutylphthalat (BBP); Dibutylphthalat (DBP); Diisobutylphthalat (DIBP). Im Juli dieses Jahres ist die neue Verordnung in Kraft getreten. 

Die RoHS-Verordnung müssen alle EU-Länder in nationale Gesetzgebung übertragen; betroffen sind zudem alle Länder, die Waren in die EU exportieren. In den USA oder in China zum Beispiel wurde die Verordnung bereits in nationale Gesetze eingebracht. Auf jeden Fall müssen sowohl Hersteller von elektronischen Komponenten als auch Recyclingbetriebe und Müllentsorgungsanlagen analytische Untersuchungen durchführen, um die Einhaltung der aktuellen Richtlinie nachzuweisen.

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Zerkleinerung heterogener Materialgemische

Während die Analytik der regulierten Substanzen weitestgehend standardisiert ist, wird ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses oft vernachlässigt: die korrekte Probenvorbereitung. Elektronische Produkte variieren sehr stark in ihrer Zusammensetzung und reichen von einfachen Spielzeugen bis hin zu hochkomplexen Geräten wie Computern mit vielen einzelnen Bauteilen. Es kann durchaus eine Herausforderung sein, aus dem heterogenen Ausgangsmaterial eine analysenneutrale, homogene und repräsentative Teilprobe für die Analytik zu erzeugen.

In der Regel müssen Einzelkomponenten, Platinen, Plastikgehäuse, Kabel und Computerzubehör getestet werden. In PVC-Isolierungen wird der Gehalt an Blei, Cadmium und DEHP untersucht. Vor dem eigentlichen Probenvorbereitungsprozess müssen zunächst alle Eisen- und Stahlkomponenten entfernt und später gesondert betrachtet werden.

Eine reproduzierbare und repräsentative Analyse kann nur mit einer homogenen Probe erfolgen, die eine Feinheit von 500 µm oder kleiner aufweist. Das ist bei einem Materialgemisch, das Glas, Plastik, Metallreste oder Keramikteile enthält, keine leichte Aufgabe. Zudem haben diese Komponenten unterschiedliche Brucheigenschaften, was die Wahl einer geeigneten Labormühle nicht ganz einfach macht.

Tabelle 1: Applikationsbeispiele der Schneidmühle SM 300. © Retsch

Zur Vorzerkleinerung solcher heterogenen Materialgemische eignet sich eine Schneidmühle wie die SM 300 von Retsch besonders gut. Es können sowohl mittelhart-duktile als auch weiche, elastische Probenstücke bis 80 mm zerkleinert werden (s. auch Tabelle 1). Die Laborprobe kann bis 30 l umfassen, wenn die SM 300 mit einem Zyklon ausgestattet ist. Die Vermahlung auf eine Feinheit von 7 mm oder kleiner erfolgt in einem Schritt. Die SM 300 ist in einer schwermetallfreien Version erhältlich, so dass sie insbesondere zur Aufarbeitung von Proben mit Spuren von hexavalentem Chrom eingesetzt werden kann. Für das typische Probengemisch in Elektroschrott ist der robuste 6-Scheibenrotor besser geeignet als der Parallelschnittrotor, da er mehr wie ein Schredder statt wie eine Axt funktioniert. Mit der SM 300 lassen sich auch elektrische Kabel einfach zerkleinern.

Tabelle 2: Anwendungsbeispiele zur Pulverisierung von Elektroschrott und Plastikmaterialien. © Retsch

Mit Hilfe eines Probenteilers wie dem PT 100 – oder dem PT 600 für große Probenmengen bis 60 l – kann eine repräsentative Teilprobe zur Feinzerkleinerung abgeteilt werden. Die erforderliche Zielgröße von 500 µm oder kleiner lässt sich mit der Ultra-Zentrifugalmühle ZM 200 problemlos erreichen. Das zweistufige Rotor-Sieb-System vermahlt Proben sehr schonend. Ausgestattet mit Wolframcarbid-verstärkten Mahlwerkzeugen ist der Verschleiß durch Abrieb minimiert und das Risiko, Verunreinigungen wie Schwermetalle während der Vermahlung einzutragen, kann umgangen werden. Die effiziente ZM 200 zeichnet sich auch durch besonders kurze Mahldauern und sehr einfache Handhabung aus.

Andere Mühlen von Retsch, die ebenfalls zur Feinzerkleinerung von Elektroschrottproben geeignet sind, sind die Scheibenschwingmühlen RS 200 oder RS 300 (Pulverisierung von Probenmengen bis 2 l in einem Schritt) oder die Schwingmühle MM 400 (für kleinere Probenvolumina bis 2 x 20 ml).

Kälte hilft beim Zerkleinern von Kunststoffen

Schneidmühle SM 300 (links), Ultra-Zentrifugalmühle ZM 200 (Mitte) und die CryoMill mit Flüssigstickstofftank (rechts). © Retsch

Die neue Verordnung umfasst auch Weichmacher für Plastikmaterialien. Die Retsch Cryomill ist für die kryogene Feinzerkleinerung von weichen, elastischen Materialien entwickelt worden, die bei Raumtemperatur nicht zerkleinert, sondern nur deformiert werden (s. auch Tabelle 2). In der Cryomill wird die Probe während der Vermahlung automatisch mit flüssigem Stickstoff versprödet. In der ZM 200 kann die Probe vor der Vermahlung ebenfalls mit flüssigem Stickstoff oder Trockeneisschnee versprödet werden. Trockeneisschnee kann zur Kühlung der Probe während der Vermahlung mit in die Mühle gegeben werden. Das verbessert nicht nur die Brucheigenschaften, sondern bewahrt auch die flüchtigen Bestandteile der Probe.

AUTORIN
Dr. Tanja Butt

Produktmanagerin
RETSCH GmbH, Haan
t.butt@retsch.de
www.retsch.de

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