Галлий в электронном ломе: где он содержится и почему его трудно вернуть в производство

Чистый галлий плавится при температуре около 29,8 °C — кусочек металла может начать плавиться от тепла ладони. В электронике, однако, используют не сам металл, а преимущественно его соединения: арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN). Они работают в усилителях радиосигнала, светодиодах, радарах и силовой электронике.

Когда оборудование выходит из строя, галлий становится частью сложного потока электронных отходов. Из производственного лома его уже извлекают, а из отслуживших устройств — редко. Причина не только в технологиях: в отдельном изделии слишком мало металла, а отделить его от других материалов сложно.

Откуда получают галлий

Практически весь первичный галлий получают как побочный продукт переработки другого сырья. Основной источник — растворы глиноземного производства при переработке бокситов. Меньшая доля связана с переработкой цинкового сырья.

Поэтому предложение галлия зависит не только от спроса на него. На предприятии должна быть отдельная технология извлечения, а ее внедрение и эксплуатация должны быть экономически оправданны.

По оценке консалтинговой компании Project Blue, в 2025 году на Китай приходилось 98,9% мировых поставок первичного галлия. Такая концентрация делает потребителей зависимыми от экспортного регулирования. С августа 2023 года Китай ввел лицензирование экспорта галлия и германия, а в декабре 2024 года — запрет на их поставки в США. Последующие изменения ограничений не устранили саму зависимость от одного основного поставщика.

Быстро нарастить выпуск в других странах сложно: для извлечения галлия на глиноземных предприятиях нужны оборудование, инвестиции и время. На этом фоне переработка галлийсодержащих отходов становится одним из способов диверсификации сырьевой базы.

Где в электронике используют галлий

Основным материалом для микросхем остается кремний. Соединения галлия применяют там, где важны высокочастотные характеристики, работа с большой мощностью или излучение света.

Арсенид галлия: радиосвязь и оптоэлектроника

GaAs используют в высокочастотных и оптоэлектронных компонентах. Среди областей применения:

• Смартфоны: усилители радиосигнала, обеспечивающие связь с базовой станцией.
• Спутниковое и радиолокационное оборудование: высокочастотные компоненты.
• Светодиоды и лазерные диоды: источники света для датчиков, дисплеев и оптической связи на основе GaAs и родственных соединений.
• Космические солнечные батареи: фотоэлектрические элементы для энергоснабжения спутников.

Нитрид галлия: силовая электроника и освещение

GaN применяют в устройствах, для которых важны высокие рабочие частоты, напряжения и низкие потери энергии:

• Компактные быстрые зарядные устройства для телефонов и ноутбуков.
• Базовые станции 5G с высокочастотными усилителями мощности.
• Системы электропитания электромобилей, включая отдельные решения для зарядных устройств и преобразователей.
• Синие и белые светодиоды, используемые в современном освещении.

Галлий встречается и за пределами микросхем. Он входит в состав тонкопленочных солнечных элементов CIGS вместе с медью, индием и селеном. Небольшие добавки галлия также используют в некоторых редкоземельных постоянных магнитах.

Какие отходы содержат галлий

Для переработчика важно различать два потока: отходы производства и оборудование, выведенное из эксплуатации. Состав, концентрация металла и затраты на подготовку у них существенно различаются.

К потенциальным источникам галлия относятся:

• Смартфоны и планшеты с радиочастотными компонентами на основе GaAs.
• Светодиодные лампы, панели и светильники.
• Телекоммуникационное оборудование: радиомодули и компоненты базовых станций.
• Зарядные устройства и блоки питания на основе GaN.
• Отработанные солнечные панели CIGS.
• Производственные отходы: обрезки и брак полупроводниковых пластин, шламы распиловки и остатки полировки.

При этом принадлежность устройства к одной из этих категорий еще не означает, что извлечение галлия из него будет экономически целесообразным.

Почему галлий теряется при переработке электроники

В одном телефоне или зарядном устройстве количество галлия может измеряться миллиграммами и долями миллиграмма. Он находится в составе соединений внутри небольших компонентов, которые после измельчения смешиваются с другими материалами.

Типовые схемы переработки электронного лома ориентированы прежде всего на медь, золото, серебро и палладий. При таких процессах галлий может переходить в шлаки и пыль. Его концентрация в этих остатках часто слишком мала для рентабельного извлечения.

По оценке Программы ООН по окружающей среде, доля галлия, возвращаемого в производство из изделий после окончания срока службы, составляла менее 1%. Этот показатель относится именно к отслужившей продукции, а не к производственным отходам.

Почему производственный лом перерабатывать проще

Обрезки пластин, брак и технологические остатки обычно имеют более предсказуемый состав, чем смешанный электронный лом. В некоторых таких потоках концентрация галлия достаточно высока для специализированной переработки.

Извлеченный металл можно вернуть в производство полупроводниковых материалов. Такой оборот уже существует, но его нельзя напрямую перенести на сбор старых телефонов или зарядных устройств: сырье слишком разное.

Что мешает извлекать галлий из старых устройств

• Низкое содержание металла. Для получения заметного количества галлия требуется собрать и обработать большой объем изделий.
• Сложный состав. Галлий находится в соединениях с другими элементами, а сами компоненты встроены в многокомпонентные платы и корпуса.
• Требования безопасности. Материалы на основе GaAs содержат мышьяк, что необходимо учитывать при разборке и переработке.
• Ограничения существующих технологий. Линия, рассчитанная на извлечение меди и драгоценных металлов, не обязательно позволяет получать галлий.

Какие технологии разрабатывают

Исследователи изучают химическое выщелачивание галлия из светодиодных отходов и предварительное выделение галлийсодержащих компонентов. В частности, рассматривается разборка с отделением радиомодулей и светодиодных чипов до общего измельчения.

Задача — получить более концентрированный поток сырья, с которым проще работать на следующих стадиях. Однако наличие лабораторного метода еще не означает, что он готов к массовому применению. Для промышленной переработки важны стоимость сбора и подготовки, расход реагентов, безопасность и стабильность состава отходов.

Раздельный сбор может помочь подготовить подходящее сырье, но сам по себе не гарантирует извлечения галлия.

Зачем сдавать электронику переработчику, если галлий не извлекают

Возврат галлия — не единственная задача переработки. Даже если конкретная технология его не извлекает, из оборудования можно вернуть в оборот медь и драгоценные металлы, а компоненты, требующие особого обращения, направить на соответствующую обработку.

Для предприятий также важны документирование передачи отходов и защита информации на списанных устройствах. Уничтожение данных следует отдельно согласовывать с исполнителем: передача электроники на переработку сама по себе не подтверждает, что данные удалены.

Главный вопрос к подрядчику — не просто принимает ли он электронный лом, а какие операции выполняет и куда направляет полученные материалы. Прием галлийсодержащего оборудования не равнозначен извлечению из него галлия.

Как организовать сбор галлийсодержащего лома на предприятии

Начать стоит с учета оборудования и согласования требований с переработчиком. Это полезнее, чем накапливать смешанные отходы в расчете на будущую стоимость редкого металла.

• Разделяйте основные потоки. Светодиодное освещение, телекоммуникационные модули, блоки питания и солнечные панели лучше учитывать отдельно. Порядок хранения и передачи согласуйте с переработчиком.
• Не смешивайте производственные остатки с обычным электронным ломом. Обрезки и брак галлийсодержащих пластин требуют отдельной оценки.
• Уточняйте состав оборудования. Не каждый адаптер содержит GaN, а наличие галлия в одной модели не означает его наличия в другой.
• Ведите инвентаризацию. Тип, количество, масса и происхождение отходов помогут подрядчику оценить партию и выбрать маршрут обработки.
• Заранее обсуждайте разборку. Уточните, нужно ли отделять компоненты и кто должен это делать с учетом требований безопасности.
• Проверяйте результат переработки. Если цель — возврат галлия, спросите, предусмотрено ли его извлечение и из каких именно фракций.

Что это означает для рынка вторсырья

Производственные отходы уже служат источником вторичного галлия. С отслужившей электроникой ситуация сложнее: небольшое содержание металла и дорогая подготовка ограничивают его извлечение.

Концентрация первичных поставок повышает интерес к такому сырью, но не делает любую партию электронного лома рентабельной. Для владельца отходов практические приоритеты — раздельный учет, безопасное обращение и выбор переработчика с понятной технологической цепочкой. Именно от нее зависит, какие материалы действительно вернутся в производство.