Questões ambientais e de saúde pública

Sábado, abril 02 2011 19: 07

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Visão geral da indústria

A indústria eletrônica, comparada a outras indústrias, tem sido vista como “limpa” em termos de seu impacto ambiental. No entanto, os produtos químicos utilizados na fabricação de peças e componentes eletrônicos e os resíduos gerados criam problemas ambientais significativos que devem ser resolvidos em escala global devido ao tamanho da indústria eletrônica. Os resíduos e subprodutos derivados da fabricação de placas de circuito impresso (PWBs), placas de circuito impresso (PCBs) e semicondutores são áreas de interesse que a indústria eletrônica tem perseguido vigorosamente em termos de prevenção da poluição, tecnologia de tratamento e técnicas de reciclagem/recuperação .

Em grande medida, o incentivo para controlar a pegada ambiental dos processos eletrônicos migrou de um ímpeto ambiental para um domínio financeiro. Devido aos custos e responsabilidades associados a resíduos e emissões perigosas, a indústria eletrônica implementou e desenvolveu agressivamente controles ambientais que reduziram consideravelmente o impacto de seus subprodutos e resíduos. Além disso, a indústria eletrônica adotou uma abordagem proativa para incorporar objetivos, ferramentas e técnicas ambientais em seus negócios ambientalmente conscientes. Exemplos dessa abordagem proativa são a eliminação gradual de CFCs e compostos perfluorados e o desenvolvimento de alternativas “amigas do meio ambiente”, bem como a abordagem emergente de “design para o meio ambiente” para o desenvolvimento de produtos.

A fabricação de PWBs, PCBs e semicondutores requer o uso de uma variedade de produtos químicos, técnicas de fabricação especializadas e equipamentos. Devido aos riscos associados a esses processos de fabricação, o gerenciamento adequado de subprodutos químicos, resíduos e emissões é essencial para garantir a segurança dos funcionários da indústria e a proteção do meio ambiente nas comunidades em que residem.

Tabela 1, tabela 2 e tabela 3 apresentam um resumo dos principais subprodutos e resíduos gerados na fabricação de PWBs, PCBs e semicondutores. Além disso, as tabelas apresentam os principais tipos de impacto ambiental e os meios geralmente aceitos de mitigação e controle do fluxo de resíduos. Principalmente, os resíduos que são gerados afetam as águas residuais industriais ou o ar, ou se tornam um resíduo sólido.

Tabela 1. Geração e controles de resíduos de PWB

Etapas do processo	perigoso materiais residuais	Ambiental impacto	Controles¹
Material preparação	nenhum	nenhum	nenhum
Empilhar e fixar	Metais pesados/preciosos Epóxi/fibra de vidro	Lixo sólido² Lixo sólido²	Reciclar/recuperar Reciclar/recuperar
Perfuração	Metais pesados/preciosos Epóxi/fibra de vidro	Lixo sólido² Lixo sólido²	Reciclar/recuperar Reciclar/recuperar
Rebarbar	Metais pesados/preciosos Epóxi/fibra de vidro	Lixo sólido² Lixo sólido²	Reciclar/recuperar Reciclar/recuperar
Sem eletricidade chapeamento de cobre	Metais Corrosivos/cáusticos Fluoretos	Águas Residuais Águas residuais/ar Águas Residuais	precipitação química Neutralização do pH/depuração do ar (absorção) neutralização química
Imagiologia	solventes Corrosivos solventes	ar ar Lixo sólido²	Adsorção, condensação ou incineração Lavagem de ar (absorção) Reciclar/recuperar/incineração
chapeamento padrão	Corrosivos Metais Fluoretos	Águas residuais/ar Águas Residuais Águas Residuais	Neutralização do pH/depuração do ar (absorção) precipitação química precipitação química
Tira, grava, tira	Amônia Metais solventes	ar Águas Residuais Lixo sólido²	Lavagem de ar (adsorção) precipitação química Reciclar/recuperar/incineração
Máscara de solda	Corrosivos solventes Solventes/tintas epóxi	ar ar Lixo sólido²	Lavagem de ar (adsorção) Adsorção, condensação ou incineração Reciclar/recuperar/incineração
Revestimento de solda	solventes Corrosivos Solda de chumbo/estanho, fluxo	ar ar Lixo sólido²	Adsorção, condensação ou incineração Lavagem de ar (adsorção) Reciclar/recuperar
Folheado a ouro	Corrosivos Corrosivos Metais Metais	ar Águas Residuais Águas Residuais Lixo sólido²	Lavagem de ar (adsorção) neutralização do pH precipitação química Reciclar/recuperar
Componente lenda	solventes Solventes/tintas	ar Lixo sólido²	Condensação de adsorção ou incineração Reciclar/recuperar/incineração

1. O uso de controles de mitigação depende dos limites de descarga no local específico.

2. Um resíduo sólido é qualquer material descartado, independentemente do seu estado.

Tabela 2. Geração e controles de resíduos de PCB

Etapas do processo	perigoso materiais residuais	Ambiental impacto	Controles
Limpeza	Metais (chumbo)	Águas Residuais	neutralização do pH, química precipitação, reciclar chumbo
Pasta de solda	Pasta de solda (chumbo/estanho)	Lixo sólido	Reciclar/recuperar
Adesivo Formulário on line	colas epóxi	Lixo sólido	Incineração
Componente inserção			Fitas plásticas, bobinas e tubos são reciclados/reutilizados
Cura adesiva e refluxo de solda
Fluxo	Solvente (fluxo IPA)	Lixo sólido	Reciclagem
Soldadura em onda	Metal (escória de solda)	Lixo sólido	Reciclar/recuperar
Inspeção e retoque	Metal (recortes de fio de chumbo)	Lixo sólido	Reciclar/recuperar
Ensaios	Preenchido sucateado placas	Lixo sólido	Reciclar/recuperar (tábuas fundidas para preciosos recuperação de metais)
Retrabalho e reparação	Metal (escória de solda)	Lixo sólido	Reciclar/recuperar
Suporte operações - estêncil limpeza	Metal (chumbo/estanho/pasta de solda)	Lixo sólido	Reciclagem/incineração

Tabela 3. Geração e controles de resíduos da fabricação de semicondutores

Etapas do processo	perigoso materiais residuais	Ambiental impacto	Controles
Litografia/gravação	solventes Metais Corrosivos/Cáusticos Corrosivos Ácido sulfúrico Fluoretos	Lixo sólido Águas Residuais Águas Residuais ar Lixo sólido Águas Residuais	Reciclar/recuperar/incineração precipitação química neutralização do pH Lavagem de ar (absorção) Reciclar/reprocessar precipitação química
Oxidação	solventes Corrosivos	Lixo sólido Águas Residuais	Reciclar/recuperar/incineração neutralização do pH
doping	Gás venenoso (arsina, fosfina, diborano, trifluoreto de boro, tricloreto de boro, etc.) Metais (arsênico, ósforo, boro)	ar Lixo sólido	Substituição por líquido fontes/incineração (pós-combustor) Reciclar/recuperar
Deposição de vapor químico	Metais Corrosivos	Lixo sólido Águas Residuais	Incineração neutralização do pH
Metalização	solventes Metais	Lixo sólido Lixo sólido	Incineração Reciclar/recuperar
Montagem e teste	solventes Metais	Lixo sólido Lixo sólido	Reciclar/recuperar/incineração Reciclar/recuperar
Limpeza	Corrosivos Fluoretos	Águas Residuais Águas Residuais	neutralização do pH precipitação química

Os meios a seguir são geralmente aceitos para mitigar as emissões nas indústrias de PWB, PCB e semicondutores. Os controles escolhidos irão variar de acordo com as capacidades de engenharia, os requisitos da agência reguladora e os constituintes/concentrações específicos do fluxo de resíduos.

Controle de Águas Residuais

precipitação química

A precipitação química é geralmente usada na remoção de partículas ou metais solúveis de efluentes de águas residuais. Uma vez que os metais não se degradam naturalmente e são tóxicos em baixas concentrações, a sua remoção das águas residuais industriais é essencial. Os metais podem ser removidos das águas residuais por meios químicos, uma vez que não são muito solúveis em água; suas solubilidades dependem do pH, concentração de metal, tipo de metal e presença de outros íons. Normalmente, o fluxo de resíduos requer ajuste de pH para o nível adequado para precipitar o metal. A adição de produtos químicos às águas residuais em um esforço para alterar o estado físico dos sólidos dissolvidos e suspensos é necessária. Agentes de precipitação de cal, cáustica e sulfeto são comumente usados. Os agentes precipitantes facilitam a remoção de metais dissolvidos e suspensos por coagulação, sedimentação ou aprisionamento em um precipitado.

Um resultado da precipitação química de águas residuais é o acúmulo de lodo. Por isso, foram desenvolvidos processos de desidratação para reduzir o peso do lodo por meio de centrífugas, filtros prensa, filtros ou leitos de secagem. O lodo desidratado resultante pode então ser enviado para incineração ou aterro.

neutralização do pH

O pH (a concentração de íons de hidrogênio ou acidez) é um importante parâmetro de qualidade em águas residuais industriais. Devido aos efeitos adversos dos extremos de pH nas águas naturais e nas operações de tratamento de esgoto, o pH das águas residuais industriais deve ser ajustado antes da descarga da instalação de fabricação. O tratamento ocorre em uma série de tanques que são monitorados para a concentração de íons de hidrogênio do efluente de águas residuais. Normalmente, o ácido clorídrico ou sulfúrico é usado como neutralizante corrosivo e o hidróxido de sódio é usado como neutralizante cáustico. O agente neutralizador é medido no efluente de águas residuais para ajustar o pH da descarga ao nível desejado.

O ajuste do pH é muitas vezes necessário antes da aplicação de outros processos de tratamento de águas residuais. Tais processos incluem precipitação química, oxidação/redução, sorção de carvão ativado, separação e troca iônica.

Controle de Resíduos Sólidos

Os materiais são um resíduo sólido se forem abandonados ou descartados ao serem descartados; queimado ou incinerado; ou acumulados, armazenados ou tratados antes ou em vez de serem abandonados (Código de Regulamento Federal 40 dos EUA, Seção 261.2). Resíduos perigosos geralmente exibem uma ou mais das seguintes características: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade. Dependendo da característica do material/resíduo perigoso, vários meios são usados para controlar a substância. A incineração é uma alternativa de tratamento comum para resíduos de solventes e metais gerados durante a fabricação de PWB, PCB e semicondutores.

Incineração

A incineração (pós-combustão) ou destruição térmica tornou-se uma opção popular no manuseio de resíduos inflamáveis e tóxicos. Em muitos casos, resíduos inflamáveis (solventes) são usados como fonte de combustível (mistura de combustível) para incineradores térmicos e catalíticos. A incineração adequada de solventes e resíduos tóxicos fornece a oxidação completa do combustível e converte o material combustível em dióxido de carbono, água e cinzas, não deixando assim nenhum passivo associado a resíduos perigosos residuais. Os tipos comuns de incineração são incineradores térmicos e catalíticos. A seleção do tipo de método de incineração depende da temperatura de combustão, das características do combustível e do tempo de residência. Os incineradores térmicos operam em altas temperaturas e são amplamente utilizados com compostos halogenados. Os tipos de incineradores térmicos incluem forno rotativo, injeção de líquido, lareira fixa, leito fluidizado e outros incineradores de design avançado.

Os incineradores catalíticos oxidam materiais combustíveis (por exemplo, COVs) injetando uma corrente de gás aquecido através de um leito de catalisador. O leito do catalisador maximiza a área de superfície e, ao injetar uma corrente de gás aquecido no leito do catalisador, a combustão pode ocorrer a uma temperatura mais baixa do que a incineração térmica.

Emissões de ar

A incineração também é utilizada no controle das emissões atmosféricas. Absorção e adsorção também são usadas.

Absorção

A absorção de ar é normalmente usada na purificação de emissões atmosféricas corrosivas, passando o contaminante e dissolvendo-o em um líquido não volátil (por exemplo, água). O efluente do processo de absorção normalmente é descartado em um sistema de tratamento de efluentes, onde sofre ajuste de pH.

Adsorção

Adsorção é a aderência (por meio de forças físicas ou químicas) de uma molécula de gás à superfície de outra substância, denominada adsorvente. Normalmente, a adsorção é usada para extrair solventes de uma fonte de emissão de ar. Carvão ativado, alumina ativada ou gel de sílica são adsorventes comumente usados.

Reciclagem

Materiais recicláveis são usados, reutilizados ou recuperados como ingredientes em um processo industrial para fabricar um produto. A reciclagem de materiais e resíduos fornece meios ambientais e econômicos de lidar com tipos específicos de fluxos de resíduos, como metais e solventes. Materiais e resíduos podem ser reciclados internamente ou mercados secundários podem aceitar materiais recicláveis. A seleção da reciclagem como alternativa aos resíduos deve ser avaliada em relação a considerações financeiras, à estrutura regulatória e à tecnologia disponível para reciclar os materiais.

Direção futura

À medida que aumenta a demanda por prevenção da poluição e a indústria busca meios econômicos para lidar com o uso e o desperdício de produtos químicos, a indústria eletrônica deve avaliar novas técnicas e tecnologias para melhorar os métodos de manuseio de materiais perigosos e geração de resíduos. A abordagem end-of-pipe foi substituída por técnicas de design para o meio ambiente, onde as questões ambientais são abordadas ao longo de todo o ciclo de vida de um produto, incluindo: conservação de material; operações de fabricação eficientes; o uso de materiais mais ecológicos; reciclagem, regeneração e recuperação de produtos residuais; e uma série de outras técnicas que irão garantir um menor impacto ambiental para a indústria de fabricação de eletroeletrônicos. Um exemplo é a grande quantidade de água que é usada em muitos enxágues e outras etapas de processamento na indústria de microeletrônica. Em áreas com escassez de água, isso está forçando a indústria a encontrar alternativas. No entanto, é essencial garantir que a alternativa (por exemplo, solventes) não crie problemas ambientais adicionais.

Como exemplo de direções futuras no processo de PWB e PCB, a tabela 4 apresenta várias alternativas para criar práticas mais ambientalmente corretas e prevenir a poluição. As necessidades e abordagens prioritárias foram identificadas.

Tabela 4. Matriz de necessidades prioritárias

Necessidade prioritária (diminuindo ordem de prioridade)	Abordagem	Tarefas selecionadas
Uso mais eficiente, regeneração e reciclagem de produtos químicos úmidos perigosos	Prolongar a vida útil dos eletrolíticos e banhos de galvanoplastia. Desenvolver produtos químicos e processos para permitir a reciclagem ou regeneração interna. Elimine o formol de materiais e químicas. Promover a reciclagem no local e recuperação/regeneração.	Pesquisa para prolongar os banhos. Pesquisa em linha purificação/regeneração. Alternativa de pesquisa químicos. Modificar regulamentos governamentais para promover a reciclagem. Educar a linha de produção sobre problemas de arrastar para dentro/para fora.
Reduzir os resíduos sólidos gerados por sucata PWBs, leads e componentes do lixo stream.	Desenvolver e promover reciclagem de sucata PWBs, condutores e componentes. Desenvolva um novo controle de processo e ferramentas de desempenho. Melhorar a soldabilidade de PWBs.	Desenvolver infraestrutura para lidar com material reciclado. Estabelecer aprimorado controle de processo e avaliação ferramentas utilizáveis por pequenos e empresas de médio porte. Entregue consistentemente limpo, placas soldáveis.
Estabelecer melhor fornecedor relacionamentos para potencializar o desenvolvimento e aceitação de ecologicamente correto materiais.	Promover fornecedor, fabricante, cliente parcerias para implementar materiais ambientais.	Desenvolva um modelo perigoso gerenciamento de materiais sistema para pequenos e PWB de tamanho médio empresas.
Minimizar o impacto de uso de materiais perigosos em Fabricação de PWB.	Reduza o uso de solda de chumbo quando possível e/ou reduzir o teor de chumbo da solda. Desenvolva alternativas para soldar chapeamento como um etch resistir.	Altere as especificações para aceitar máscara de solda sobre cobre nu. Valide a qualidade do lead alternativas de revestimento.
Use processos aditivos que são competitivos com os existentes processos.	Desenvolver simplificado, aditivo econômico material e processo Tecnologias. Busque fontes alternativas e abordagens para aditivo equipamento de capital de processo necessidades.	Colaborar em projetos para estabelecer novo aditivo dielétricos e metalização tecnologias e processos.
Elimine manchas de orifícios no PWB fabricação.	Desenvolva resinas sem esfregaço ou sistemas de perfuração.	Investigar alternativa laminado e pré-preg materiais. Desenvolver o uso de laser e outras alternativas à perfuração sistemas.
Reduza o consumo de água e descarga.	Desenvolver o uso da água otimização e reciclagem sistema. Reduza o número de etapas de limpeza no PWB fabricação. Elimine o manuseio de peças e preparação para reduzir relimpeza.	Modifique as especificações para reduzir requisitos de limpeza. Investigar alternativa métodos de manuseio de peças. Alterar ou eliminar produtos químicos que requerem limpeza.

Fonte: MCC 1994.

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