Problemi ambientali e di salute pubblica

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Problemi ambientali e di salute pubblica

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Industria Panoramica

L'industria elettronica, rispetto ad altre industrie, è considerata "pulita" in termini di impatto ambientale. Nondimeno, le sostanze chimiche utilizzate nella produzione di parti e componenti elettronici e i rifiuti generati creano notevoli problemi ambientali che devono essere affrontati su scala globale a causa delle dimensioni dell'industria elettronica. I rifiuti e i sottoprodotti derivati dalla produzione di circuiti stampati (PWB), circuiti stampati (PCB) e semiconduttori sono aree di interesse che l'industria elettronica ha perseguito con forza in termini di prevenzione dell'inquinamento, tecnologia di trattamento e tecniche di riciclaggio/recupero .

In larga misura, l'incentivo a controllare l'impronta ambientale dei processi elettronici è passato da un impulso ambientale a un dominio finanziario. A causa dei costi e delle responsabilità associati ai rifiuti pericolosi e alle emissioni, l'industria elettronica ha implementato e sviluppato in modo aggressivo controlli ambientali che hanno notevolmente ridotto l'impatto dei suoi sottoprodotti e rifiuti. Inoltre, l'industria elettronica ha adottato un approccio proattivo per incorporare obiettivi, strumenti e tecniche ambientali nelle sue attività attente all'ambiente. Esempi di questo approccio proattivo sono l'eliminazione graduale dei CFC e dei composti perfluorurati e lo sviluppo di alternative "compatibili con l'ambiente", nonché l'emergente approccio di "progettazione per l'ambiente" allo sviluppo del prodotto.

La produzione di PWB, PCB e semiconduttori richiede l'uso di una varietà di prodotti chimici, tecniche di produzione specializzate e attrezzature. A causa dei pericoli associati a questi processi produttivi, la corretta gestione dei sottoprodotti chimici, dei rifiuti e delle emissioni è essenziale per garantire la sicurezza dei dipendenti dell'industria e la protezione dell'ambiente nelle comunità in cui risiedono.

La tabella 1, la tabella 2 e la tabella 3 presentano uno schema dei principali sottoprodotti e rifiuti generati nella produzione di PWB, PCB e semiconduttori. Inoltre, le tabelle presentano le principali tipologie di impatto ambientale e le modalità generalmente accettate di mitigazione e controllo del flusso di rifiuti. In primo luogo, i rifiuti generati colpiscono le acque reflue industriali o l'aria, oppure diventano rifiuti solidi.

Tabella 1. Produzione e controlli dei rifiuti PWB

Fasi del processo	Pericoloso materiali di scarto	Ambiente influenza	Controls¹
Materiali preparazione	Nona	Nona	Nona
Impila e fissa	Metalli pesanti/preziosi Resina epossidica/fibra di vetro	Rifiuti solidi² Rifiuti solidi²	Riciclare/recuperare Riciclare/recuperare
Perforazione	Metalli pesanti/preziosi Resina epossidica/fibra di vetro	Rifiuti solidi² Rifiuti solidi²	Riciclare/recuperare Riciclare/recuperare
sbavare	Metalli pesanti/preziosi Resina epossidica/fibra di vetro	Rifiuti solidi² Rifiuti solidi²	Riciclare/recuperare Riciclare/recuperare
senza elettroni placcatura di rame	Metalli Corrosivi/caustici fluoruri	Delle acque reflue Acque reflue/aria Delle acque reflue	Precipitazione chimica Neutralizzazione del pH/lavaggio dell'aria (assorbimento) Neutralizzazione chimica
Imaging	solventi corrosivi solventi	Aria Aria Rifiuti solidi²	Adsorbimento, condensazione o incenerimento Lavaggio ad aria (assorbimento) Riciclo/recupero/incenerimento
Placcatura a motivo	corrosivi Metalli fluoruri	Acque reflue/aria Delle acque reflue Delle acque reflue	Neutralizzazione del pH/lavaggio dell'aria (assorbimento) Precipitazione chimica Precipitazione chimica
Strappare, incidere, strappare	Ammoniaca Metalli solventi	Aria Delle acque reflue Rifiuti solidi²	Lavaggio ad aria (adsorbimento) Precipitazione chimica Riciclo/recupero/incenerimento
Maschera per saldatura	corrosivi solventi Solventi/inchiostri epossidici	Aria Aria Rifiuti solidi²	Lavaggio ad aria (adsorbimento) Adsorbimento, condensazione o incenerimento Riciclo/recupero/incenerimento
Rivestimento per saldatura	solventi corrosivi Saldatura piombo/stagno, fondente	Aria Aria Rifiuti solidi²	Adsorbimento, condensazione o incenerimento Lavaggio ad aria (adsorbimento) Riciclare/recuperare
Placato in oro	corrosivi corrosivi Metalli Metalli	Aria Delle acque reflue Delle acque reflue Rifiuti solidi²	Lavaggio ad aria (adsorbimento) neutralizzazione del pH Precipitazione chimica Riciclare/recuperare
Componente leggenda	solventi Solventi/inchiostri	Aria Rifiuti solidi²	Condensa ad adsorbimento o incenerimento Riciclo/recupero/incenerimento

1. L'uso dei controlli di mitigazione dipende dai limiti di scarico nella posizione specifica.

2. Un rifiuto solido è qualsiasi materiale di scarto indipendentemente dal suo stato.

Tabella 2. Generazione e controlli dei rifiuti di PCB

Fasi del processo	Pericoloso materiali di scarto	Ambiente influenza	Controls
Pulizia	Metalli (piombo)	Delle acque reflue	Neutralizzazione del pH, chimica precipitazioni, riciclare il piombo
Pasta per saldature	Pasta saldante (piombo/stagno)	Rifiuti solidi	Riciclare/recuperare
Adesivo applicazione	Colle epossidiche	Rifiuti solidi	Incenerimento
Componente inserimento			Nastri, bobine e tubi in plastica vengono riciclati/riutilizzati
Cura adesiva e rifusione della saldatura
Flussaggio	Solvente (flusso IPA)	Rifiuti solidi	Riciclare
Saldatura ad onda	Metallo (bava di saldatura)	Rifiuti solidi	Riciclare/recuperare
Ispezione e ritocco	Metallo (ritagli di filo di piombo)	Rifiuti solidi	Riciclare/recuperare
Testing	Demolito popolato schede	Rifiuti solidi	Riciclare/recuperare (tavole fuse per preziosi recupero del metallo)
Rielaborazione e riparazione	Metallo (bava di saldatura)	Rifiuti solidi	Riciclare/recuperare
Assistenza operazioni-stencil pulizia	Metallo (piombo/stagno/pasta saldante)	Rifiuti solidi	Riciclo/incenerimento

Tabella 3. Produzione e controlli dei rifiuti di produzione di semiconduttori

Fasi del processo	Pericoloso materiali di scarto	Ambiente influenza	Controls
Litografia/acquaforte	solventi Metalli Corrosivi/Caustici corrosivi acido solforico fluoruri	Rifiuti solidi Delle acque reflue Delle acque reflue Aria Rifiuti solidi Delle acque reflue	Riciclo/recupero/incenerimento Precipitazione chimica neutralizzazione del pH Lavaggio ad aria (assorbimento) Riciclare/rielaborare Precipitazione chimica
Ossidazione	solventi corrosivi	Rifiuti solidi Delle acque reflue	Riciclo/recupero/incenerimento neutralizzazione del pH
doping	Gas velenoso (arsina, fosfina, diborano, trifluoruro di boro, tricloruro di boro, ecc.) Metalli (arsenico, fosforo, boro)	Aria Rifiuti solidi	Sostituzione con liquido fonti/incenerimento (postbruciatore) Riciclare/recuperare
Deposizione chimica da vapore	Metalli corrosivi	Rifiuti solidi Delle acque reflue	Incenerimento neutralizzazione del pH
Metallizzazione	solventi Metalli	Rifiuti solidi Rifiuti solidi	Incenerimento Riciclare/recuperare
Assemblaggio e collaudo	solventi Metalli	Rifiuti solidi Rifiuti solidi	Riciclo/recupero/incenerimento Riciclare/recuperare
Pulizia	corrosivi fluoruri	Delle acque reflue Delle acque reflue	neutralizzazione del pH Precipitazione chimica

I seguenti sono mezzi generalmente accettati per mitigare le emissioni nelle industrie PWB, PCB e semiconduttori. I controlli di scelta varieranno in base alle capacità ingegneristiche, ai requisiti delle agenzie di regolamentazione e ai componenti/concentrazioni specifici del flusso di rifiuti.

Controllo delle acque reflue

Precipitazione chimica

La precipitazione chimica viene generalmente utilizzata nella rimozione di particelle o metalli solubili dagli effluenti delle acque reflue. Poiché i metalli non si degradano naturalmente e sono tossici a basse concentrazioni, la loro rimozione dalle acque reflue industriali è essenziale. I metalli possono essere rimossi dalle acque reflue con mezzi chimici poiché sono poco solubili in acqua; la loro solubilità dipende dal pH, dalla concentrazione del metallo, dal tipo di metallo e dalla presenza di altri ioni. Tipicamente, il flusso di rifiuti richiede la regolazione del pH al livello appropriato per far precipitare il metallo. È necessaria l'aggiunta di sostanze chimiche alle acque reflue nel tentativo di alterare lo stato fisico dei solidi disciolti e sospesi. Sono comunemente usati agenti di precipitazione a base di calce, caustici e solfuri. Gli agenti precipitanti facilitano la rimozione di metalli disciolti e sospesi mediante coagulazione, sedimentazione o intrappolamento all'interno di un precipitato.

Un risultato della precipitazione chimica delle acque reflue è l'accumulo di fanghi. Sono stati quindi sviluppati processi di disidratazione per ridurre il peso dei fanghi mediante centrifughe, filtropresse, filtri o letti di essiccazione. I fanghi disidratati risultanti possono quindi essere inviati all'incenerimento o alla discarica.

neutralizzazione del pH

Il pH (la concentrazione di ioni idrogeno o acidità) è un importante parametro di qualità nelle acque reflue industriali. A causa degli effetti negativi del pH estremo nelle acque naturali e nelle operazioni di trattamento delle acque reflue, il pH delle acque reflue industriali deve essere regolato prima dello scarico dall'impianto di produzione. Il trattamento avviene in una serie di serbatoi monitorati per la concentrazione di ioni idrogeno dell'effluente delle acque reflue. Tipicamente, l'acido cloridrico o solforico viene utilizzato come corrosivi neutralizzanti e l'idrossido di sodio viene utilizzato come caustico neutralizzante. L'agente neutralizzante viene dosato nell'effluente delle acque reflue per regolare il pH dello scarico al livello desiderato.

La regolazione del pH è spesso richiesta prima dell'applicazione di altri processi di trattamento delle acque reflue. Tali processi includono precipitazione chimica, ossidazione/riduzione, assorbimento di carbone attivo, strippaggio e scambio ionico.

Controllo dei rifiuti solidi

I materiali sono un rifiuto solido se vengono abbandonati o eliminati mediante smaltimento; bruciato o incenerito; o accumulati, immagazzinati o trattati prima o invece di essere abbandonati (Codice del regolamento federale 40 degli Stati Uniti, sezione 261.2). I rifiuti pericolosi presentano generalmente una o più delle seguenti caratteristiche: infiammabilità, corrosività, reattività, tossicità. A seconda delle caratteristiche del materiale/rifiuto pericoloso, vengono utilizzati vari mezzi per controllare la sostanza. L'incenerimento è un'alternativa di trattamento comune per i rifiuti di solventi e metalli generati durante la produzione di PWB, PCB e semiconduttori.

Incenerimento

L'incenerimento (postcombustione) o la distruzione termica è diventata un'opzione popolare nella gestione dei rifiuti infiammabili e tossici. In molti casi, i rifiuti infiammabili (solventi) sono usati come fonte di combustibile (miscela di combustibile) per inceneritori termici e catalitici. Un corretto incenerimento di solventi e rifiuti tossici fornisce la completa ossidazione del combustibile e converte il materiale combustibile in anidride carbonica, acqua e ceneri, senza lasciare alcuna responsabilità associata ai rifiuti pericolosi residui. I tipi comuni di incenerimento sono gli inceneritori termici e catalitici. La selezione del tipo di metodo di incenerimento dipende dalla temperatura di combustione, dalle caratteristiche del combustibile e dal tempo di permanenza. Gli inceneritori termici operano ad alte temperature e sono largamente utilizzati con composti alogenati. I tipi di inceneritori termici includono forno rotante, iniezione di liquido, focolare fisso, letto fluido e altri inceneritori di progettazione avanzata.

Gli inceneritori catalitici ossidano i materiali combustibili (ad es. COV) iniettando un flusso di gas riscaldato attraverso un letto di catalizzatore. Il letto di catalizzatore massimizza l'area superficiale e, iniettando un flusso di gas riscaldato nel letto di catalizzatore, la combustione può avvenire a una temperatura inferiore rispetto all'incenerimento termico.

Emissioni in aria

L'incenerimento è utilizzato anche per il controllo delle emissioni in atmosfera. Vengono utilizzati anche l'assorbimento e l'adsorbimento.

Assorbimento

L'assorbimento d'aria viene tipicamente utilizzato per abbattere le emissioni corrosive dell'aria, facendo passare il contaminante e dissolvendolo in un liquido non volatile (ad es. acqua). L'effluente dal processo di assorbimento viene tipicamente scaricato in un sistema di trattamento delle acque reflue, dove subisce la regolazione del pH.

adsorbimento

L'adsorbimento è l'adesione (mediante forze fisiche o chimiche) di una molecola di gas alla superficie di un'altra sostanza, chiamata adsorbente. Tipicamente, l'adsorbimento viene utilizzato per estrarre solventi da una fonte di emissioni nell'aria. Carbone attivo, allumina attivata o gel di silice sono adsorbenti comunemente usati.

Riciclaggio

I materiali riciclabili vengono utilizzati, riutilizzati o recuperati come ingredienti in un processo industriale per realizzare un prodotto. Il riciclaggio di materiali e rifiuti fornisce mezzi ambientali ed economici per affrontare efficacemente tipi specifici di flussi di rifiuti, come metalli e solventi. I materiali e i rifiuti possono essere riciclati internamente oppure i mercati secondari possono accettare materiali riciclabili. La selezione del riciclaggio come alternativa per i rifiuti deve essere valutata in base a considerazioni finanziarie, al quadro normativo e alla tecnologia disponibile per riciclare i materiali.

Direzione futura

Poiché la domanda di prevenzione dell'inquinamento aumenta e l'industria cerca mezzi convenienti per affrontare l'uso e i rifiuti chimici, l'industria elettronica deve valutare nuove tecniche e tecnologie per migliorare i metodi per la gestione dei materiali pericolosi e la generazione dei rifiuti. L'approccio end-of-pipe è stato sostituito dalle tecniche di progettazione per l'ambiente, in cui le questioni ambientali sono affrontate durante l'intero ciclo di vita di un prodotto, tra cui: conservazione dei materiali; operazioni di produzione efficienti; l'uso di materiali più rispettosi dell'ambiente; riciclaggio, rigenerazione e recupero di prodotti di scarto; e una miriade di altre tecniche che garantiranno un minore impatto ambientale per l'industria manifatturiera dell'elettronica. Un esempio è la grande quantità di acqua utilizzata nei numerosi risciacqui e in altre fasi di lavorazione nell'industria microelettronica. Nelle aree povere d'acqua, questo sta costringendo l'industria a trovare alternative. Tuttavia, è essenziale assicurarsi che l'alternativa (ad esempio i solventi) non crei ulteriori problemi ambientali.

Come esempio di direzioni future nel processo PWB e PCB, la tabella 4 presenta varie alternative per creare pratiche più rispettose dell'ambiente e prevenire l'inquinamento. Sono stati individuati i bisogni e gli approcci prioritari.

Tabella 4. Matrice dei bisogni prioritari

Bisogno prioritario (decrescente ordine di priorità)	Approccio	Attività selezionate
Uso più efficiente, rigenerazione e riciclaggio di sostanze chimiche umide pericolose	Prolunga la vita dell'elettrolitico e bagni di placcatura chimica. Sviluppare chimica e processi per consentire il riciclaggio o rigenerazione interna. Elimina la formaldeide da materiali e chimiche. Promuovere il riciclaggio in loco e bonifica/rigenerazione.	Ricerca per estendere i bagni. Ricerca in linea purificazione/rigenerazione. Alternativa di ricerca chimica. Modificare i regolamenti governativi per promuovere il riciclo. Educare la produzione in linea problemi di trascinamento in entrata/uscita.
Ridurre i rifiuti solidi generati da rottami PWB, lead e componenti nei rifiuti ruscello.	Sviluppare e promuovere riciclaggio di PWB di scarto, cavi e componenti. Sviluppare un nuovo controllo di processo e strumenti di prestazione. Migliora la saldabilità di PWB.	Sviluppare l'infrastruttura per maneggiare materiale riciclato. Stabilire migliorato controllo e valutazione del processo strumenti utilizzabili da piccoli e medie imprese. Consegna sempre pulita, schede saldabili.
Stabilire un fornitore migliore relazioni per migliorare la sviluppo e accettazione di rispettoso dell'ambiente materiali.	Promuovere fornitore, produttore, cliente partnership da implementare materiali ambientali.	Sviluppare un modello pericoloso gestione dei materiali sistema per piccoli e PWB di medie dimensioni aziende.
Ridurre al minimo l'impatto di materiali pericolosi utilizzati in Fabbricazione PWB.	Ridurre l'uso di saldatura al piombo quando possibile e/o ridurre il contenuto di piombo della saldatura. Sviluppare alternative alla saldatura placcatura come resistente all'incisione.	Modificare le specifiche per accettare maschera di saldatura su rame nudo. Convalidare la qualità del piombo alternative di placcatura.
Utilizzare processi additivi che sono competitivi con quelli esistenti processi.	Sviluppare semplificato, additivo economico materiale e processo tecnologie. Cerca fonti alternative e approcci per additivo attrezzature strumentali di processo esigenze.	Collaborare a progetti per stabilire un nuovo additivo dielettrici e metallizzazione tecnologie e processi.
Elimina la sbavatura del foro in PWB fabbricazione.	Sviluppare resine senza sbavature o sistemi di perforazione.	Indagare alternativa laminato e prepreg materiali. Sviluppare l'uso del laser e altre alternative alla perforazione sistemi.
Riduci il consumo di acqua e scarico.	Sviluppare l'uso dell'acqua ottimizzazione e riciclo . Ridurre il numero di passaggi di pulizia in PWB produzione. Elimina la manipolazione delle parti e preparazione per ridurre ripulitura.	Modificare le specifiche per ridurre requisiti di pulizia. Indagare alternativa metodi di manipolazione delle parti. Cambia o elimina chimici che richiedono pulizia.

Fonte: MCC 1994.

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Contenuti

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