□文/周益輝 曾毅夫 葉明強(qiáng)

湖南凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

廢棄電路板的資源特點(diǎn)及回收處理技術(shù)

□文/周益輝 曾毅夫 葉明強(qiáng)

湖南凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

The Resource Characteristics and Recycle Technologies of Waste Printed Circuit Boards

本文對(duì)廢棄電路板的資源特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，綜述了目前應(yīng)用較廣的幾種廢棄電路板回收技術(shù)，即機(jī)械處理法、火法、濕法和熱解技術(shù)，簡(jiǎn)要分析了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足，并展望了廢棄電路板資源化技術(shù)今后發(fā)展的方向。

廢棄電路板 處理技術(shù) 回收

印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)是電子工業(yè)的基礎(chǔ)，是各類(lèi)電子產(chǎn)品中不可缺少的重要組成部分。近年來(lái)，由于電子與信息行業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，導(dǎo)致大量電子廢棄物形成，廢棄電路板的數(shù)量以驚人的速度逐年增加。據(jù)估計(jì)，廢棄電路板在電子廢棄物中所占的比重為3%左右。以電子工業(yè)發(fā)達(dá)的廣東省東莞市為例，每月產(chǎn)生的廢棄電路板超過(guò)5 000噸，整個(gè)廣東省超過(guò)8 000噸。除國(guó)內(nèi)產(chǎn)生大量的廢棄電路板外，每年大量進(jìn)口的電子廢棄物中也含有大量的廢棄電路板。

廢棄電路板主要由有機(jī)強(qiáng)化樹(shù)脂、玻璃纖維、銅箔和電子元件組成，其中含有大量的有價(jià)金屬（如銅、鐵、鋁、錫、鉛等），還含有貴金屬（如金、銀、鉑、鈀等），具有很高的資源回收價(jià)值。然而，廢棄電路板中還含有鉛、汞、鎘、鉻等多種重金屬和聚氯乙烯、鹵化物阻燃劑等有毒有害物質(zhì)，處理不當(dāng)將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。因此，如何有效地實(shí)現(xiàn)廢棄電路板無(wú)害化回收，實(shí)現(xiàn)其再資源化，對(duì)于減輕環(huán)境壓力和防止環(huán)境污染，提高二次資源的再利用率，確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展都有著十分重要的意義。

一、廢棄電路板資源特點(diǎn)

1. 廢棄電路板的來(lái)源

廢棄線路板的來(lái)源主要有兩個(gè)，一是廢棄的電子電器產(chǎn)品中所含有的印刷線路板，二是印刷線路板在生產(chǎn)過(guò)程中形成的邊角料和報(bào)廢品。從計(jì)算機(jī)、電視機(jī)到電子玩具等，幾乎所有的電子產(chǎn)品中都含有印刷線路板。因此，電子電器產(chǎn)品一旦被廢棄，會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄電路板。隨著科技日新月異的發(fā)展，電子電器產(chǎn)品被淘汰的速度越來(lái)越快，將形成大量的廢棄電路板。除此之外，據(jù)有關(guān)資料顯示，印刷電路板在生產(chǎn)過(guò)程中由于裁剪工藝產(chǎn)生的邊角料高達(dá)24%。

2. 廢棄電路板的材料組成

廢棄電路板的回收處理在很大程度上依賴于對(duì)其材料組成與結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，因此，從定性和定量的角度確定廢棄電路板上各種物質(zhì)的組成和含量非常必要。印刷線路板的基板材料通常為玻璃纖維強(qiáng)化酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂，其上焊接有各種構(gòu)件，成分非常復(fù)雜，其中含有多種金屬，具有很高的資源回收價(jià)值。目前已有不少研究者對(duì)廢棄電路板的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明不同的電子產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的電路板中元素組成和含量各不相同。例如，電視機(jī)中印刷電路板上貴金屬的含量比計(jì)算機(jī)少，鐵、鉛和鎳的含量多，但所含元素的種類(lèi)基本相同。瑞典Ronnskar冶煉廠對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)中的印刷電路板的組分進(jìn)行了分析，結(jié)果如表1所示。

表1 電腦電路板的主要物質(zhì)組成

從材料組成來(lái)看，廢棄電路板中含有大量可回收的金屬和塑料等非金屬物質(zhì)，具有很高的回收利用價(jià)值。廢棄電路板含有的金屬分為兩大類(lèi)：一是基本金屬，如鋁、銅、鐵、鎳、鉛、錫等；二是貴金屬和稀有金屬，如金、銀、鉑、鈀等。一般而言，廢棄電路板中基本金屬含量高，貴金屬和稀有金屬含量低。然而廢棄電路板還含有鉛、汞、鎘等重金屬和溴化阻燃劑等有毒有害物質(zhì)，如果處理不當(dāng)會(huì)對(duì)大氣、土壤和地下水造成嚴(yán)重污染，對(duì)人類(lèi)健康造成巨大危害。

二、廢棄電路板回收處理技術(shù)

目前，最常用的廢棄電路板回收技術(shù)主要有機(jī)械處理法、火法、濕法、熱解等或幾種技術(shù)的組合方法。

1. 機(jī)械處理法

機(jī)械處理法是先將廢棄電路板破碎成細(xì)小顆粒，然后根據(jù)其中各組分物理性質(zhì)的差異實(shí)現(xiàn)分離的方法，一般包括破碎、磨碎、分選等處理工藝。日本NEC公司采用去除元件和焊料后再破碎分選的方法處理廢棄電路板，其處理流程如圖1所示。去除元器件和焊料后，分別使用剪切破碎機(jī)和具有剪斷和沖擊作用磨碎機(jī)，將廢板粉碎成小于1mm的粉末。再經(jīng)過(guò)重力分選和靜電分選過(guò)兩級(jí)分選可以得到銅含量約82%的銅粉，其中超過(guò)94%的銅得到了回收。樹(shù)脂和玻璃纖維混合粉末尺寸主要在100～300μm之間，可以用作聚合物產(chǎn)品如油漆、涂料和建筑材料等商品的添加劑。

上海交通大學(xué)許振明課題組對(duì)廢棄電路板的機(jī)械回收處理進(jìn)行了研究。其回收工藝主要包括兩級(jí)破碎、靜電分選、金屬回收和非金屬材料的再利用，如圖2所示。首先采用剪切式旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)和沖擊式旋轉(zhuǎn)磨碎機(jī)相結(jié)合進(jìn)行一級(jí)破碎和二級(jí)破碎，達(dá)到金屬-非金屬充分解離的程度，然后應(yīng)用輥式電暈-靜電復(fù)合電場(chǎng)高壓電選機(jī)，對(duì)已破碎的廢棄電路板進(jìn)行金屬顆粒與非金屬顆粒的分選。

對(duì)于上述機(jī)械處理技術(shù)而言，各種材料盡可能充分地單體解離是高效率分選的前提。廢棄電路板破碎程度不僅影響破碎設(shè)備的能耗，還將影響后續(xù)的分選效率，所以說(shuō)破碎是關(guān)鍵的一步。由于印刷電路板基材硬度高、韌性強(qiáng)，要求細(xì)碎能耗大，破碎過(guò)程中部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能，樹(shù)脂、塑料等有機(jī)物由于局部高溫產(chǎn)生有毒氣體，還將不可避免地產(chǎn)生噪音和含有玻璃纖維、有機(jī)樹(shù)脂的粉塵，對(duì)環(huán)境造成不利影響。

圖1 日本NEC公司研發(fā)的廢棄電路板回收流程

圖2 廢棄電路板回收流程

德國(guó)Daimler-BenzUlm Research Centre公司提出了一種液氮冷凍破碎的技術(shù)對(duì)電路板進(jìn)行處理，具有四段式工藝：預(yù)破碎、液氮冷凍粉碎、分類(lèi)、靜電分選。這種用低溫破碎的方法使廢棄電路板基材脆化更容易破碎，減少了有毒氣體的產(chǎn)生。但是，液氮冷凍使得處理成本大大增加，對(duì)設(shè)備的要求也很高。由此可見(jiàn)，機(jī)械法處理廢棄電路板，在環(huán)境保護(hù)和資源化回收利用等方面還存在著一些問(wèn)題。

2. 火法冶金

火法冶金是一種回收廢棄電路板金屬尤其是貴金屬的傳統(tǒng)技術(shù)。在火法冶金過(guò)程中，廢棄電路板首先被燃燒以去除塑料，然后對(duì)剩余金屬進(jìn)行熔渣和提煉。比利時(shí)Umicore公司提出用銅熔煉的方法處理電子廢棄物，其處理流程如圖3所示。廢棄電路板等電子廢料經(jīng)預(yù)處理后，送入Isa熔煉爐進(jìn)行熔煉。產(chǎn)生的氣體送硫酸廠處理；得到的粗銅送電解精煉回收銅、貴金屬和稀有金屬；爐渣送鉛鼓風(fēng)爐回收鉛、錫等其他金屬以及貴金屬和稀有金屬等。

高溫冶金處理的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠處理所有形式的電子類(lèi)廢品，但也存在許多缺點(diǎn)。單純采用高溫冶金處理廢棄電路板存在一些問(wèn)題：一是廢棄電路板的有機(jī)塑料沒(méi)有實(shí)現(xiàn)高附加值資源化；二是焊錫等金屬在火法冶金過(guò)程中回收量很低或無(wú)法得到回收；三是火法冶金過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢氣、廢渣需要妥善處理與處置。

圖3 比利時(shí)Umicore公司的金屬熔煉流程

3. 濕法冶金

濕法冶金也是一種傳統(tǒng)的廢棄電路板回收技術(shù)。Young Jun Park等提出了一種“機(jī)械破碎分選+濕法冶金”的方法處理印刷電路板，主要包括破碎、鐵鋁分選、焊料浸出回收、銅浸出回收、貴金屬回收和鎳鋅分離幾部分，如圖4所示。分別用磁選和渦電流分選分離鐵和鋁后，用含有Ti（Ⅳ）的酸液處理廢棄電路板使錫或含錫和含鉛的合金溶解為Sn（Ⅱ）和Pb（Ⅱ），通過(guò)電積的方法把錫離子和鉛離子還原為金屬錫和鉛而回收；最后采用硫酸銨溶液浸出、萃取、電積得到銅，再進(jìn)行貴金屬回收、鋅和鎳的分離回收。采用濕法冶金處理廢棄電路板具有金屬回收率高、金屬純度高等優(yōu)點(diǎn)，然而濕法工藝流程復(fù)雜、化學(xué)試劑耗量大，在處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢水、廢渣需要妥善處理。

4. 熱解

熱解是在缺氧或無(wú)氧條件下將有機(jī)物加熱至一定溫度，使有機(jī)樹(shù)脂中的化學(xué)鍵斷裂，把網(wǎng)狀的大分子分解成有機(jī)小分子，殘留物為無(wú)機(jī)化合物，生成氣體、液體(油)、固體(焦)并加以回收的過(guò)程。從PCB的組成能夠看出，樹(shù)脂塑料等高分子材料占廢棄PCB重量的30%左右，由于這類(lèi)材料直接或間接來(lái)源于石油產(chǎn)品，具有很高的熱值，利用它們既可產(chǎn)生能源也可生產(chǎn)相關(guān)的化學(xué)產(chǎn)品，以一定的形式回收這部分材料具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重價(jià)值。近年來(lái)，隨著工業(yè)的急速發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到環(huán)境保護(hù)和開(kāi)發(fā)再生能源的重要性，熱解技術(shù)開(kāi)始用于固體廢物的資源化處理。由于熱解法對(duì)固體廢物特別是有機(jī)高分子聚合材料處理所具有的減量化、無(wú)害化和資源回收率高等明顯優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了采用熱解方法處理廢棄電路板的理論研究和工程實(shí)踐。

目前大部分廢棄電路板的熱解研究是在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行的，而在真空條件下對(duì)廢棄電路板進(jìn)行熱解的研究很少。真空熱解與以惰性氣氛下進(jìn)行的熱解技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如真空條件下能減少二次裂解反應(yīng)的發(fā)生，降低樣品的熱分解溫度，且避免了引入載氣，從而降低了回收成本。中南大學(xué)丘克強(qiáng)課題組研發(fā)了處理廢棄電路板的新技術(shù)，其中就包括了廢棄電路板有機(jī)樹(shù)脂的真空熱解分離技術(shù)，其熱解裝置如圖5所示。

采用熱解技術(shù)在減容減量方面有很大的優(yōu)勢(shì)，能實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和金屬的一步分離。但是，目前這種方法用于產(chǎn)業(yè)化還存在著技術(shù)難題：一是熱解油的脫鹵；二是熱解尾氣治理。

三、結(jié)語(yǔ)

廢棄電路板含有大量的普通金屬和貴金屬、有機(jī)樹(shù)脂、玻璃纖維等有價(jià)資源，對(duì)其回收有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益；由于其中含有大量的有毒有害物質(zhì)，若不對(duì)其進(jìn)行處理而直接填埋或者采用不當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)和設(shè)備處理，將給人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，因此，科學(xué)有效地回收處理廢棄電路板有利于人體健康與環(huán)境保護(hù)。自然資源逐漸減少的今天，對(duì)廢棄電路板進(jìn)行回收利用，有利于節(jié)約能源，提高資源的循環(huán)利用率，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

綜合現(xiàn)有的回收技術(shù)來(lái)看，火法處理量大，但能耗高、資源回收率低、廢氣廢渣處理成本高；濕法分離回收成本高, 若處理不當(dāng)還會(huì)對(duì)水資源造成嚴(yán)重污染；熱解技術(shù)在減容減量方面是可行的，但熱解油的利用是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸；用干式機(jī)械破碎分選的方法回收金屬、貴重金屬及其他組分，可獲得高的回收率。已有的實(shí)踐說(shuō)明，采用粉碎、篩分、氣流分級(jí)、磁選、電選等干法分離技術(shù)應(yīng)該作為目前及今后解決廢棄電路板回收利用問(wèn)題的出路。

略

圖4 廢棄電路板的金屬回收流程

圖5 真空熱解裝置示意圖

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