熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的
工業(yè)化應用

介紹了熔池熔煉技術(shù)原理及其優(yōu)勢，分析了熔池熔煉技術(shù)在處理廢電路板時的技術(shù)特點。結(jié)合中國節(jié)能貴嶼火法項目的生產(chǎn)實踐，重點介紹了已取得的工業(yè)化研究成果。

熔池熔煉；廢電路板；工業(yè)化

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，國內(nèi)電子廢棄物的產(chǎn)生量呈逐年增加的趨勢，廢電路板的產(chǎn)生量也隨之逐年增加。大量電子廢棄物的產(chǎn)生給環(huán)境帶來了巨大的承載壓力，而廢電路板中含有大量的銅、金、銀等有價金屬元素，如何合理處置廢電路板，并從中再生回收有價金屬元素受到人們的高度關(guān)注[1-2]。

目前，國內(nèi)外從廢電路板中回收有價金屬元素的方式主要包括物理法、火法和濕法三種[3-5]。其中，火法是發(fā)達國家處理廢電路板的主要方法，且對該技術(shù)嚴格保密；濕法多以酸浸為主，易產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水等二次污染，故濕法在國外沒有形成大規(guī)模的工業(yè)化應用。而國內(nèi)普遍以物理法為主，其核心只是在于對物料進行簡單分類，分類后仍需火法或濕法加工。本文在總結(jié)分析熔池熔煉技術(shù)原理及其特點的基礎(chǔ)上，重點介紹了熔池熔煉技術(shù)在處理廢電路板領(lǐng)域的特性，并結(jié)合中國節(jié)能貴嶼火法項目的實際應用情況，分析了熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的可行性。

一、熔池熔煉技術(shù)原理及特點

1.1 熔池熔煉技術(shù)原理

熔池熔煉技術(shù)是將爐料直接加入到鼓風翻騰的熔池中迅速完成氣、液、固相間主要反應的熔煉方法。其基本原則就是在適當?shù)臏囟群蜌夥眨ㄑ鮿荩┫?，使有價金屬元素得到富集，而脈石礦物等成分則富集到爐渣中，使爐料中的有價元素依其物理化學性質(zhì)不同分別富集到銅锍、爐渣和煙塵中，以利于進一步利用。這種強化熔煉的冶金方法適用于有色金屬原料熔化、硫化、氧化、還原、造锍和煙化等冶金過程。

1.2 熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的優(yōu)勢

發(fā)達國家多采用熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板和廢雜銅混合料（如德國、比利時、日本、韓國），而國內(nèi)熔池熔煉技術(shù)多應用于礦石冶煉領(lǐng)域。在處理廢電路板時，目前國內(nèi)多采用鼓風爐、陽極爐等傳統(tǒng)的火法工藝。傳統(tǒng)火法工藝的最大缺點就是會產(chǎn)生二噁英、硫化物、氮氧化物等有毒有害氣體，造成嚴重的環(huán)境污染。

與鼓風爐、陽極爐等傳統(tǒng)火法工藝不同，熔池熔煉技術(shù)是將破碎后的廢電路板直接加入鼓風翻騰的熔池中，迅速完成氣、液、固三相間反應的熔煉方法，具有原材料適用性強、反應速度快、床能率大、煙塵率低等優(yōu)勢，不僅減少了熔煉過程的金屬逃逸，而且通過簡單的參數(shù)控制即可實現(xiàn)熔化、氧化、還原、煙化等不同熔煉功能間的相互轉(zhuǎn)化。此外，熔池熔煉技術(shù)還能夠充分利用廢電路板中的玻璃纖維等物質(zhì)，在熔煉過程中起到熔劑作用，減少了造渣熔劑的加入，解決了國內(nèi)濕法、物理法等工藝之后處理被動處理玻璃纖維碎屑的問題，提高了玻璃纖維的利用價值。

1.3 小型化的熔池熔煉爐符合廢電路板拆解產(chǎn)業(yè)的業(yè)態(tài)需求

2015年我國五種主要廢棄電器電子產(chǎn)品（廢電視機、廢冰箱、廢洗衣機、廢空調(diào)、廢電腦）的回收量約為15274萬臺，約合348萬噸，年同比增長達到了12.5%。盡管電子廢棄物的產(chǎn)生量較大，但國內(nèi)具有拆解補貼資質(zhì)的企業(yè)就有109家，且拆解回收企業(yè)遍布全國29個省市自治區(qū)。與傳統(tǒng)銅冶煉企業(yè)相比，廢電路板拆解企業(yè)規(guī)模小，廢電路板產(chǎn)生量少。同時，根據(jù)國家危險廢物名錄的規(guī)定，廢電路板屬于危險廢棄物，跨省轉(zhuǎn)運需根據(jù)國家及地方的相關(guān)規(guī)定進行申報，審批通過后方可跨省轉(zhuǎn)運。存在審批周期較長，不利于集中處置等問題。

因此，與傳統(tǒng)銅冶煉企業(yè)不同，處理廢電路板的企業(yè)規(guī)模應結(jié)合當?shù)氐膶嶋H產(chǎn)生量確定，規(guī)模不易過大。所以，小型化的熔池熔煉爐符合廢電路板拆解產(chǎn)業(yè)的業(yè)態(tài)需求。

二、熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的特點

2.1 把握熔銅與煉銅的不同

由于銅礦石原料中的銅多以硫化銅或氧化銅類物質(zhì)存在，在銅冶煉過程中需經(jīng)氧化、還原等一系列化學反應，才能得到粗銅。而廢電路板中的銅多以單質(zhì)形式存在，無需經(jīng)過氧化、還原反應，僅需在高溫狀態(tài)下將銅熔化后，使銅得到富集即可。因此，與從礦石中冶煉銅的方式不同，在利用熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板時，需正確把握熔銅與煉銅的不同之處。在借鑒煉銅的工藝技術(shù)原理時，應根據(jù)廢電路板的特性，進行優(yōu)化工藝操作方式，進而得到較好的熔銅效果。

2.2 有效控制熔池熔煉爐內(nèi)部氣氛，確保物料充分燃燒

爐內(nèi)反應氣氛是實現(xiàn)銅渣有效分離的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)銅冶煉過程中，氧化氣氛與還原氣氛分別在熔煉爐的不同時間節(jié)點完成；而在處理廢電路板時，由于是熔銅的過程，所加入空氣（或富氧）的目的就是保證廢電路板的充分燃燒，廢電路板加熱分解產(chǎn)生的物質(zhì)會與氧發(fā)生化學反應，并依靠廢電路板中有機物及其分解物的充分燃燒，杜絕二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生。因此，熔池熔煉爐內(nèi)的氣氛控制需根據(jù)電路板的成份不同而具體調(diào)節(jié)。

2.3 合理調(diào)配入爐的廢電路板中金屬品位，實現(xiàn)自熱運行

熔煉過程溫度控制是熔煉過程關(guān)鍵的控制參數(shù)之一。傳統(tǒng)銅冶煉過程中，熱量的來源一部分是物料之間發(fā)生反應放出的熱量，但大部分熱量依靠外界提供燃料來保證熔煉過程的溫度。而在處理廢電路板時，所有物料直接加入到熔池中實現(xiàn)完全燃燒，廢電路板中的有機物（含量在30%以上）燃燒放出大量的熱量，可滿足熔池熔煉爐的正常生產(chǎn)，實現(xiàn)熔池熔煉爐的自熱運行。因此，熔池熔煉爐的能量消耗主要集中在開爐階段，開爐后的外部能源供給較少，節(jié)能效果顯著。

2.4 有效控制鋁、鐵等雜項金屬的入爐，以降低渣量

造渣是熔煉過程中重要的一環(huán)，也是熔煉效果好壞的直接體現(xiàn)。爐渣渣型控制的目的在于根據(jù)物料組成將爐渣控制在熔點最低、黏性最小和流動性最好的成分范圍之內(nèi)，降低爐渣中的有價金屬含量，提高熔煉回收率。

在處理廢電路板時，由于廢電路板中含有電容、電阻、鐵氧體及元器件等物質(zhì)，在熔煉過程中鋁、鐵等元素易形成高熔點物質(zhì)，引起爐渣渣型黏性增大，嚴重時會導致熔煉爐底部產(chǎn)生凍結(jié)層。為消除凍結(jié)層或使鋁、鐵等物質(zhì)不形成高熔點物質(zhì)，需額外加入大量的造渣溶劑，以形成低共熔點的物質(zhì)，但此時熔煉爐的爐渣量勢必增大。因此，有效控制好含鋁、鐵等物質(zhì)的加入量，對提高熔煉爐的處理能力、減少爐渣產(chǎn)生量具有十分重要的作用。

表1 粗銅中主要金屬成分

三、熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的工業(yè)化應用

廣東省汕頭市貴嶼鎮(zhèn)是全國最大的電子廢棄物拆解基地之一，同時也因電子拆解業(yè)的發(fā)展而造成了嚴重的環(huán)境污染。中國節(jié)能在貴嶼循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園區(qū)投資建設了年處理2萬t廢電路板的火法處理項目。該項目是國內(nèi)首家將熔池熔煉技術(shù)應用到廢電路板處理并提取稀貴金屬的企業(yè)，旨在實現(xiàn)電子廢棄物的無害化處理、資源化利用。

該項目年處理電路板2萬t，年產(chǎn)粗銅等稀貴金屬4000t、副產(chǎn)溴化鈉700t。該項目自2016年初投產(chǎn)試運行以來，取得了較好的研究成果。所產(chǎn)出的粗銅中銅品位在85%以上，粗銅中含金在10g/t以上，銀300g/t以上，具體成分如下表所示。

根據(jù)已取得的研究成果可知，利用熔池熔煉技術(shù)從廢電路板中回收有價金屬元素是可行的。該項目的成功實施，填補了國內(nèi)無火法處理廢電路板的空白，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)的成功實施奠定了基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

熔池熔煉技術(shù)在處理廢電路板時具有獨特的優(yōu)勢，小型化的熔池熔煉爐是處理廢電路板的理想解決方案。中國節(jié)能首次成功地將熔池熔煉技術(shù)應用到廢電路板資源化過程，為實現(xiàn)廢電路板中有價金屬的高效回收提供了理論及實踐依據(jù)。

(1)劉旸,劉靜欣,郭學益. 電子廢棄物處理技術(shù)研究進展[J].金屬材料與冶金工程,2014,42(2):44-49.

(2)宋闖,袁野.電子廢棄物的環(huán)境污染及回收利用概述[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟,2015(3):26-28.

(3)趙良慶,潘利祥,李朝暉,等.廢PCB處理技術(shù)探討[J].環(huán)境工程,2014,(32)(增刊1）：753-755.

(4)洪大劍,張德華,鄧杰.廢印刷電路板的回收處理技術(shù)[J].云南化工,2006,33(1):31-34.

(5)于寧濤,鐵占續(xù),王發(fā)輝.廢舊印刷電路板資源化研究綜述[J].中國資源綜合利用,2011,29(7):21-24.

Industrial applications of the Bath Smelting technology in processing wasted printed circuit boards

文/中節(jié)能工程技術(shù)研究院有限公司 劉杰 李德忠 劉風華 仇夏杰

第一作者：劉杰，男（1963—），E-mail:liujie3513@163.com,研究方向：固體廢棄物資源化利用

李德忠，男（1984—），博士，E-mail:dzli0636@126.com，研究方向：固體廢棄物資源化利用