Tantalum Capacitors in Electronic Waste

Tantalum Capacitor

Capacitors are two-ended circuit elements that store electrical energy as an electric field. It is obtained by placing an insulating material between two conductive plates. The insulating part may be empty or it may also be composed of a dielectric substance.

Tantalum capacitor is a subtype of electrolyte capacitors. Tantalum is a flexible and acid-resistant element. It is in the polar condenser group. It has an epoxy resin coating, SiO2 and Ta rich anode.

The anode part is covered with tantalum in the form of sintered plate and tantalum oxide, which has a dielectric structure. The anode is connected to the cathode material by a tantalum wire through silver connectors.

On the cathode part, there is an acidic electrolyte. It enters small pores in the sintered material. The porous structure of the sintered tantalum anode is treated with Manganoxide (Mn02) electrolyte. It is surrounded by a graphite layer.

A: Schematic of Tantalum Capacitor B: Structure of Sintered Tantalum Electrode

Reverse tolerance of tantalum capacitors is very low. They can explode when exposed to high voltages or under high stress. This is avoided by using fault safety devices such as current limiters or thermal fuses.

Tantalum Capacitors in the World

Tantalum, which has high economic importance, has been identified by the EU commission as one of the critical materials.

Even if tantalum-containing electronic waste is collected for recycling, recycling rates are less than 1%. Therefore, a global economy has not been established for this material.

Tantalum capacitors are often found in laptops, the automotive industry, and mobile phones.

It is mostly soldered to the surface of the printed circuit board. Tantalum capacitors mounted on this surface are effective in preferring to take much less space on the printed circuit board and to have a long-term resistance.

Tantalum Content in Printed Circuit Boards (PCB)

While the tantalum capacitor ratios that can be defined visually in the studies carried out, the printed circuit boards in laptop computers contain 8 g tantalum in 1 kg, while this rate is 3 g in hard disk drives. In contrast, smartphones with the lowest Ta value 1.5 g / kg follow.

The highest tantalum potential per unit is found in laptops and servers over 1 g Ta, while the highest potential in printed circuit boards is in hard disk drives, laptops and mobile phones. The smartphones and tablets examined have the lowest amounts and are not suitable for economic recycling of tantalum.

An overview on the Recovery of Tantalum Capacitors from Electronic Waste

Due to the oxidation of tantalum in slag; The process of improving low tantalum quality in slag is hampered by high energy demands and high costs.

Recycling options are created only for new tantalum capacitor scrap and concentrated slag.

While the rate of separation on screen monitors and hard disk drives is below 60%, this rate is less for smartphones and desktop computers.

The Proses Makina team carries out the recovery of Tantal and precious metals from the printed circuit boards, which have high economic value, with the same chemical operation and lower costs. With the alternative methods and equipment it has developed, it continues its efforts to recovery Tantal at the highest efficiency and provides support to its customers with its technical team.

Elektronik Atıklarda Bulunan Tantal Kapasitörler

Tantal Kapasitör

Kapasitörler(kondansatör), elektrik enerjisini elektrik alan olarak depolayan iki uçlu bir devre elemanlarıdır. İki adet iletken plakanın arasına yalıtkan bir madde koyulması ile elde edilir. Yalıtkan kısım boş olabileceği gibi dielektrik özelliğe sahip bir maddeden de oluşabilir.

Tantal kapasitör, elektrolit kapasitörlerin alt türüdür. Tantal, esnek ve asit’e dayanaklı bir element olup, kutuplu kondansatör grubundadır. Yapısında epoksi reçine kaplaması, SiO2 ve Ta bakımından zengin anot bulunur.

Anot kısmı, sinterli levha biçiminde tantal metali ve dielektrik yapıda olan  tantal oksit ile kaplıdır. Anot, gümüş bağlayıcılar aracılığıyla katot malzemesine tantal bir tel ile bağlıdır.  

Katot kısmında ise asitli bir yapıda olan elektrolit bulunur. Sinterlenmiş malzemedeki küçük boşluklara girer.  Sinterlenmiş tantal anodun gözenekli yapısı bir Mn02 elektroliti ile işlem görmüş ve grafit tabakası ile çevrili yapıdadır.

A: Tantal Kapasitör’ün Şekli B: Sinterlenmiş Tantal Elektrodun Yapısı

Tantal kapasitörlerin ters gerilime toleransları çok düşüktür. Yüksek gerilime maruz kaldıklarında ve ya yüksek stres altında patlayabilirler. Akım sınırlayıcıları veya termal sigortalar gibi güvenlik cihazları kullanılarak bu durum önlenir.

Dünyada Tantal Kapasitörler

Yüksek ekonomik öneme sahip olan tantal, AB komisyonu tarafından kritik materyallerden biri olarak tanımlanmıştır.

Tantal içeren elektronik atıklar geri dönüşüm amacıyla toplansa bile, geri dönüşüm oranları % 1’den daha az olduğundan dolayı bu malzeme için küresel bir ekonomi oluşturulmamıştır.

Baskılı devre kartlarında bulunan tantal kapasitörler; genellikle dizüstü bilgisayarlarda, otomotiv endüstrisinde ve cep telefonlarında bulunur.

Ayrıca çoğunlukla devre kartının yüzeyine lehimlenen şekli ile karşımıza çıkar. Bu yüzeye montelenen tantal kapasitörler, baskılı devre kartı üzerinde çok daha az yer kaplaması, uzun süreli dayanıma sahip olması diğer elektronik bileşenler gibi tercih edilmesinde büyük etkendir.

Baskılı Devre Kartlarında (BDK) Tantal İçeriği

Yapılan çalışmalarda görsel olarak tanımlanabilen tantal kapasitör oranları dizüstü bilgisayarlarda bulunan baskılı devre kartlarında, yaklaşık 1kg’da 8 gr tantal iken sabit disk sürücülerinde ise bu oran 3 gr’dır.   Buna karşılık en düşük Ta değeri 1,5 g / kg ile akıllı telefonlar takip eder.

Birim başına en yüksek tantal potansiyeli, 1 g Ta’nın üzerindeki dizüstü bilgisayarlarda ve sunucularda bulunurken, buna karşılık BDK’larda en yüksek potansiyel, sabit disk sürücüleri, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonlarındadır. İncelenen akıllı telefonlar ve tabletler en düşük miktarlara sahiptir ve tantal’ın ekonomik olarak geri dönüştürülmesi için uygun değildir.

Tantal kapasitörlerin Elektronik Atıklardan Geri Kazanılması Üzerine Genel Bakış

Tantal’ın cüruf içinde oksitlenmesi nedeniyle, cüruftaki düşük tantal kalitesinin iyileştirilme süreci, yüksek enerji talepleri ve yüksek maliyetler nedeniyle engellenmektedir.

Geri dönüşüm seçenekleri sadece yeni tantal kapasitör hurdaları ve konsantre cüruflar için oluşturulmuştur.

Ekran monitörlerinde ve sabit disk sürücülerinde ayırma oranı 60%’ın altındayken, Akıllı telefonlar ve masaüstü bilgisayarlar için bu oran daha azdır.

Baskılı devre kartlarından ekonomik değeri yüksek olan Tantal’ın ve değerli metallerin geri kazanımını, aynı kimyasal operasyon ve daha düşük maliyetle gerçekleştiren Proses Makina ekibi, geliştirdiği alternatif yöntem ve ekipmanları ile en yüksek verimlilikte Tantal’ı geri kazanabilmek için çalışmalarını sürdürmekte ve bu konuda teknik ekibi ile müşterilerine destek sunmaktadır.