蘇日古格

（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

廢舊電路板資源的回收及利用研究

蘇日古格

（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

印刷電路板是當(dāng)今社會(huì)使用最多的電子元件，其應(yīng)用范圍極廣，更新?lián)Q代速度也很快。因此，廢棄電路板的處理成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，廢舊電路板并不能算是“廢物”，其中有80%～90%的東西是可以回收利用的，因此其具有很高的回收利用價(jià)值。本文闡述了廢舊電路板的危害性以及其資源化利用價(jià)值，并闡述了物理回收過(guò)程中可利用的關(guān)鍵技術(shù)，如拆解技術(shù)、破碎技術(shù)、分選技術(shù)等，以期實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和環(huán)境的有效保護(hù)。

廢舊電路板；資源；回收；利用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，信息技術(shù)不斷更替，電子科技不斷升級(jí)，而電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的垃圾也越來(lái)越多。電子垃圾可以分為以下幾類：電路板、金屬零件、電池、電線以及有機(jī)殼塑料。其中，部分來(lái)自公共場(chǎng)合、家庭以及企業(yè)，其主要是由于信息更替而產(chǎn)生的廢舊電子產(chǎn)品；部分則來(lái)自于產(chǎn)品產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生的邊角料以及各種零部件[1]。隨著生活日益信息化，電子廢棄物的產(chǎn)生成了必然的結(jié)果。如果人們不能很好地處理廢棄的電子產(chǎn)品，而隨意堆放，那么不僅占用大量空間資源，還會(huì)污染環(huán)境，危害動(dòng)植物與人類的生命安全。當(dāng)今社會(huì)使用最多的電子元件便是印刷電路板，其應(yīng)用范圍極廣，同時(shí)更新?lián)Q代的速度也很快。因此，廢棄電路板的處理工作成了所有人關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 廢舊電路板的危害性以及其資源化利用價(jià)值

1.1 廢舊電路板的危害性

1.1.1 廢舊電路板本身危險(xiǎn)程度高

眾所周知，廢舊印刷電路板被劃分在危險(xiǎn)廢物一類中。雖然人們可以將其拆解，把不屬于危險(xiǎn)廢物的部分分離開來(lái)簡(jiǎn)化其處理工作，但是廢舊電路板生產(chǎn)量大，而且在分類時(shí)不系統(tǒng)，加上監(jiān)管的不到位，使得只有少部分能夠被回收利用，大部分都被隨意堆積和掩埋，從而占用大量土地資源，增加了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

1.1.2 印刷電路板中含有大量有毒成分和重金屬

印刷電路板中含有大量的溴化苯（PBB）、溴化聯(lián)苯乙醚（PBDE）等有毒成分以及銅、鉛等重金屬，這些物質(zhì)一旦進(jìn)入環(huán)境，便會(huì)對(duì)土壤和水源產(chǎn)生難以修復(fù)的損害。如果不及時(shí)處理，其中的銅、鉛等重金屬就會(huì)滲入水體和土壤，而動(dòng)植物和人類之間存在食物鏈關(guān)系，這些重金屬最終會(huì)影響人類的生命安全。如果隨意焚燒的話，印刷電路板中的多氯聯(lián)苯、鹵化物阻燃劑以及有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物和二噁英等有害氣體，最后會(huì)污染大氣[2]。此外，不合理處理工作也會(huì)對(duì)回收廢舊電路板的工作人員產(chǎn)生不利影響，使得工作人員的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)病率明顯提高，甚至有可能身陷癌癥。

1.2 廢舊電路板資源化后價(jià)值高

從資源的角度來(lái)看，其實(shí)印刷電路板并不能算是“廢物”，人們應(yīng)該稱其為有待開發(fā)的“第二資源”，電路板中有80%～90%的東西是可以回收從而循環(huán)利用的，因此它具有很高的回收利用價(jià)值。并且，印刷電路板中含有大量銅以及貴金屬金、銀，相比而言，它的金屬品質(zhì)比礦石還要高出幾十倍到上百倍。廢舊電路板中銅含量最高，高達(dá)26．8%，而金、銀的含量也分別達(dá)到809 g/t和33 009 g/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通金銀礦中的金銀含量。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，印刷電路板單層板含銅5%～6%，雙層板含銅10%～12%，多層板含銅20%～30%[3]。相較于重新從礦石中提取金屬，回收利用廢舊電路板不僅能夠減輕現(xiàn)今金屬資源緊張的狀況，還能減少對(duì)環(huán)境的破壞，避免二次污染。

2 物理回收過(guò)程中可利用的技術(shù)

最早的物理回收技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)，由美國(guó)礦產(chǎn)局發(fā)明并使用，主要是針對(duì)廢舊軍用物品的處理。與此同時(shí)，這類物理機(jī)械處理方法也在德國(guó)、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)生并使用。到今天，機(jī)械物理處理方法已基本成形，其大致分為以下幾種技術(shù)：拆解、破碎和分選技術(shù)。

2.1 拆解技術(shù)

大部分廢舊電路板上的電子元件是可以重復(fù)利用的，可循環(huán)價(jià)值較高。雖然科技的發(fā)展使得廢舊電路板被淘汰，但作為其組成部分的大部分元件還是能夠使用的，仍然具有較高的使用可能。不過(guò)，許多元器件都含有有毒物質(zhì)以及重金屬，在破碎廢舊電路板時(shí)，需要先將這些元器件拆解分離，從而減少后期處理困難[4]。拆解工作作為整個(gè)廢舊電路板重新利用的第一步，必須要保證其有效性，這推動(dòng)了當(dāng)今電路板拆解技術(shù)朝著多元化、高效化和智能化方向不斷發(fā)展。美國(guó)的Ahmed EISayed等人曾就廢舊電子產(chǎn)品的處理問(wèn)題做過(guò)專門的調(diào)查和研究，為了有效防止處理過(guò)程中的不確定性，其發(fā)明了一種有效的智能拆解單位，這一單位主要由相機(jī)、距離傳感器、工業(yè)機(jī)器手以及組件分割視覺算法等部分構(gòu)成，主要運(yùn)用了感知性能，了解到被拆解元器件的具體位置坐標(biāo)、了解到外形封裝的信息，最后使用GA算法，確定最優(yōu)拆解序列，然后開始拆解工作。這一模式能夠避免那些不確定性，靈活處理和拆解元器件，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)目標(biāo)。后來(lái)，韓國(guó)Jaeryeong Lee等人也設(shè)計(jì)出了一種能夠拆除電路板表面元件的裝置，主要分為三個(gè)不同部分，一個(gè)就是金剛石研磨機(jī)，轉(zhuǎn)速極快，能夠?qū)⒈砻嬖骷母亢更c(diǎn)磨損，使其脫落；一個(gè)是電路板推進(jìn)旋轉(zhuǎn)臂，上有9個(gè)液壓缸可以用來(lái)固定和移動(dòng)電路板；另一個(gè)是過(guò)濾體系，可以將一些元器件和磨損過(guò)程中產(chǎn)生的焊錫粉末過(guò)濾掉，這一處理過(guò)程是真空的[5]。中國(guó)學(xué)者何毅等人設(shè)計(jì)的則是一種不一樣的設(shè)備，其主要的原理是通過(guò)連續(xù)加熱使得元件自主拆卸，將入料、拆卸和出料過(guò)程自動(dòng)化，其自動(dòng)化拆解率可以高達(dá)90%，真正實(shí)現(xiàn)了高效與自動(dòng)化。

2.2 破碎技術(shù)

破碎是以完全分離金屬與非金屬為目的的機(jī)械操作，主要應(yīng)用于固態(tài)物質(zhì)，整個(gè)操作過(guò)程不影響物體的體積和質(zhì)量，只是增加其表面積，從而達(dá)到目的。據(jù)有關(guān)資料顯示，所有電路都是金屬與非金屬相間分布的，在分選工作開始前，人們必須將目標(biāo)金屬給分化出來(lái)，這樣才能實(shí)現(xiàn)解離目標(biāo)，繼續(xù)下面的分離操作?，F(xiàn)有的電路板破碎方法有干式、半干式、濕式三種，應(yīng)用最廣的當(dāng)屬干式機(jī)械破碎法，它主要使用的是采礦工業(yè)部門的直接機(jī)械破碎法，通過(guò)摩擦、剪切、擠壓、沖擊、劈裂、彎曲等方式來(lái)達(dá)到破碎效果，其中效果最好的便是沖擊和剪切。在破碎時(shí)，人們需要保證電路板的物料粒度，也就是完全破碎，然后追求解離度，即金屬體能夠被完全解離的粒度。據(jù)資料顯示，當(dāng)物料粒度過(guò)粗或過(guò)細(xì)時(shí)，金屬體分離效果并不好，所以人們必須將其控制在一定范圍內(nèi)。通過(guò)干式破碎機(jī)械試驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物料粒度小于1.2 mm時(shí)，金屬會(huì)出現(xiàn)好的解離性，而當(dāng)物料粒度不斷減小，它的解離度卻隨之增大。在粒度小于0.45 mm時(shí)，金屬能夠和非金屬實(shí)現(xiàn)完全解離。然而，在生活中，干式機(jī)械破碎往往會(huì)出現(xiàn)二次污染，并且需要的機(jī)械設(shè)備要求高，所以干式機(jī)械破碎法漸漸被大眾放棄，失去主流地位?，F(xiàn)今，全球的注意力都集中在研發(fā)高效、環(huán)保設(shè)備，低溫和濕式的破碎工藝以及多級(jí)破碎手段的研發(fā)和利用上，這些研究已經(jīng)取得了一定的成就。最初的破碎技術(shù)比較原始，主要是利用礦石破碎機(jī)械來(lái)破碎電子廢棄物，然而兩者在硬度等方面都不相同，所以礦石破碎機(jī)械雖然在一定程度上能夠破碎電子產(chǎn)品，但效果并不佳。而隨著研究的深入，當(dāng)破碎量減少時(shí)，拆解量會(huì)增加，這樣對(duì)機(jī)械回收的整體效果更有效果。學(xué)者鄒亮等人對(duì)廢棄電路板的低溫粉碎展開系統(tǒng)的研究，通過(guò)系統(tǒng)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低溫可以使電路板脆性更明顯，當(dāng)溫度至-120℃時(shí)，只需要5 min的冷凍時(shí)間，便可以獲得較多細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品都具有較高的解離度和較平滑的顆粒表面。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，高壓電脈沖的破碎物中，粗粒級(jí)產(chǎn)率大，而且細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率也比較小，所以高壓電脈沖能夠減少“過(guò)粉碎”現(xiàn)象，保證破碎的效果。

2.3 分選技術(shù)

分選技術(shù)是指根據(jù)電路板破碎物顆粒的粒度、導(dǎo)電性、磁性、密度和形狀表面等性質(zhì)差異來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的富集和分離。密度差異分選是電路板分選技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)，除此以外，還有表面性質(zhì)差異分選和磁電性質(zhì)差異分選等。密度分選便是根據(jù)不同物料的粒度和密度，采用機(jī)械力和流體動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)不同層次的分層，從而達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。密度差異分選使用的技術(shù)主要有旋風(fēng)分離技術(shù)、重選以及風(fēng)力搖床。在組建電路板時(shí)，需要注意的是，金屬中密度最小的便是鋁（2.7 g/cm3）（其他金屬如銅、鐵的密度都在7.0 g/cm3以上），而塑料的密度在1.0～1.5 g/cm3，玻璃纖維的密度為2.0～2.8 g/cm3。由此人們可以發(fā)現(xiàn)，金屬和非金屬的密度還是有差距的，這就給電路板分離金屬和非金屬提供了理論依據(jù)[6]。在這個(gè)理論基礎(chǔ)上，學(xué)者馬國(guó)軍等人利用磁選結(jié)合重選的方法來(lái)完成廢舊電路板中金屬的回收工作。無(wú)獨(dú)有偶，學(xué)者許振明等人也對(duì)電路板的資源化進(jìn)行深入研究，研發(fā)出能夠處理電子廢棄物的渦電流分選技術(shù)、多級(jí)高壓靜電分選及裝備，在回收過(guò)程中能耗與成本更低，其技術(shù)合理性得到人們公認(rèn)，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。通過(guò)兩個(gè)項(xiàng)目的對(duì)比，筆者發(fā)現(xiàn)采用磁選與重選相結(jié)合的方法，其金屬回收率較高，而重選效果相對(duì)較差。

3 結(jié)語(yǔ)

廢舊資源的充分利用可以較好地節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。因此，人們必須大力開展廢舊電路板的回收和利用工作。而電路板機(jī)械回收的首要工作便是拆解，拆解效果的好壞直接影響下一步工作的開展以及后續(xù)電路板的整體處理效果。目前，我國(guó)多使用半自動(dòng)化拆解技術(shù)，一次拆解后再人工分類，不僅效率低下，還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害。今后，人們應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究，從而促進(jìn)資源的循環(huán)利用和環(huán)境的保護(hù)。

1 紀(jì) 昂，王建波，郭 杰，等.廢舊電路板加熱拆解過(guò)程中顆粒物的排放及其在人體呼吸系統(tǒng)的沉積特征[J].環(huán)境污染與防治，2017，39（6）：583-587.

2 祁正棟，劉洪軍.廢舊電路板中有色金屬的機(jī)械物理回收技術(shù)[J].材料導(dǎo)報(bào)，2015，29（17）：122-127.

3 白 靜，白建峰，戴 玨，等.廢舊手機(jī)電路板酸性硫脲浸金過(guò)程動(dòng)力學(xué)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，10（3）：1400-1405.

4 孫春旭，郭 杰，王建波，等.廢舊印刷電路板中電子元器件回收處理技術(shù)進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2016，30（9）：105-109.

5 趙冬梅，王雅萍，巫帥珍，等.工業(yè)余熱拆卸廢舊電路板[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2017，11（3）：1865-1870.

6 何宇辰.含金廢舊電路板中金和銅的氯化法提取[D].上海：上海交通大學(xué)，2015.

Research on Recycling and Utilization of Waste Circuit Board Resources

Suriguge
(Tianjin Printronics Circuit Limited by Share Ltd., Tianjin 300308, China)

Printed circuit board is the most widely used electronic components of today's society, its wide range of applications, replacement speed is also very fast.Therefore, the disposal of discarded circuit boards has become the focus of attention.Strictly speaking, the waste circuit board can not be regarded as quot;wastequot;, of which 80% to 90% of the things can be recycled, so it has a high recycling value.This paper expounds the harm of waste circuit board and its resource utilization value, and expounds the key technologies which can be used in the process of physical recovery, such as dismantling technology, crushing technology and sorting technology, so as to realize the recycling of resources and the environment Effective protection.

waste printed circuit boards; resources; recycling; utilization

X76

A

1008-9500(2017)10-0054-03

2017-08-22

蘇日古格（1988-），女，蒙古族，天津人，本科，研究方向：三廢治理和環(huán)境保護(hù)。