廢棄電路板的綜合處理與回收利用技術(shù).doc

廢棄電路板的綜合處理與回收利用技術(shù)周益輝周益輝(1983-)，男，碩士，環(huán)保工程師，主要從事固體廢棄物的資源化與產(chǎn)業(yè)化研究，Email: 基金項目：湖南省社會科技發(fā)展支撐計劃重點項目（項目編號：2009SK2004） 曾毅夫1 龍桂花2 湛志華31凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?長沙 4101002湖南科技學(xué)院 外語語言文學(xué)系 永州 4251003桂林師范高等?？茖W(xué)校 化學(xué)與工程技術(shù)系 桂林 541001摘要：對廢棄電路板的材料成分進(jìn)行了分析，針對不同的兩種廢棄電路板提出了資源化處理路線，并對廢棄電路板金屬和非金屬資源的深加工處理技術(shù)進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：廢棄電路板；金屬；非金屬；回收中圖分類號:X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AThe recycle technologies of waste printed circuit boardsZhou Yi-hui1 Zeng Yi-fu1 Long Gui-hua2 Zhan Zhi-hua31Kaitian Environmental Technology Co., Ltd, Changsha 4101002Hunan University of Science and Engineering, Foreign Languages Institute, Yongzhou 4251003Guilin Normal College, Department of Chemistry and Engineering Technology, Guilin 541001Abstract: The material characteristic of waste printed circuit boards was analyzed, and the recycle routes for the two types of waste printed circuit boards were put forward, and further processes for metals and nonmetals resources of waste printed circuit boards was discussed.Keywords: waste printed circuit boards; metals; nonmetals; recycling0 前言經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步使得電子工業(yè)迅猛發(fā)展，給人類的生產(chǎn)、生活方式帶來了深刻的變革。同時由于電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，大量的電子產(chǎn)品在達(dá)到使用壽命后報廢成為了電子廢棄物，由此產(chǎn)生的電子廢棄物每年以18的速度增長，成為世界上增長最快的垃圾之一1。廢棄電路板是電子廢棄物中成分和結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、同時也是最難處理的部件，如果不加處理、任意堆放或填埋或處理不當(dāng)將給周圍的環(huán)境帶來很大的威脅；此外，我國正在大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，倡導(dǎo)建立資源節(jié)約型社會，以緩解人口、資源、環(huán)境對社會可持續(xù)性發(fā)展帶來的巨大壓力。廢棄電路板的綜合處理與回收利用已成為資源環(huán)境領(lǐng)域的一個重要課題。廢棄電路板中含有大量的可利用的塑料、玻璃、金屬和稀貴金屬等資源，若隨意處置廢棄電路板不但會給環(huán)境帶來潛在的危害，而且會造成資源的極大浪費。因此廢棄電路板的無害化與資源化處置，不僅能保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)資源的回收利用。本文綜合廢棄電路板的特點，分別探討了不同廢棄電路板及金屬與非金屬資源的綜合處理與回收利用技術(shù)。1 廢棄電路板的材料成分分析廢棄電路板的回收處理在很大程度上依賴于對其材料組成與結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，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化酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂，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值。瑞典Ronnskar冶煉廠2算機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)組成物質(zhì)名稱塑料銅鐵溴化物鉛錫鎳銻鋅金、銀比例/%49.77923.7287.4674.6464.4803.6503.3191.8250.7470.166物質(zhì)名稱鎘鉭鈀鉬鈹鈷鈰鉑鑭汞比例/%0.0660.0320.0210.0260.0150.0140.0080.0060.0050.002從材料組成來看，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值。廢棄印刷電路板含有的金屬分為兩大類：基本金屬:如鋁、銅、鐵、鎳、鉛、錫等；貴金屬和稀有金屬:如金、銀、鉑、鈀等。一般而言,廢棄印刷電路板中基本金屬含量高，貴金屬和稀有金屬含量低。然而廢棄印刷電路板還含有鉛、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)會對大氣、土壤和地下水造成嚴(yán)重污染，對人類健康造成巨大的危害。2 廢棄電路板整體綜合處理技術(shù)廢棄電路板是整個電子廢棄物的核心，也是最難處理的部件。關(guān)于它的回收處理，國內(nèi)外研究機構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)做了廣泛的研究。綜合現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，根據(jù)廢棄電路板的實際情況，現(xiàn)提出廢棄電路板的處理路線。2.1 大中型電子產(chǎn)品廢棄電路板處理路線來自于電腦、電視、冰箱等大中型電器的廢棄電路板，面積較大，含元器件相對較多，成分復(fù)雜，如圖1所示。因此，有必要先進(jìn)行元件和基板的分離，以提高回收效率。圖1 大中型電子產(chǎn)品的廢棄電路板 圖2 大中型電子產(chǎn)品廢棄電路板的處理路線圖2是針對大中型電子電器產(chǎn)品提出的回收路線。廢棄電路板首先采用專門的設(shè)備實現(xiàn)基板和電子元件的分離，然后分別進(jìn)行處理。元件進(jìn)行真空炭化蒸餾，目的是分離出電子元件的有機物和蒸餾出低沸點金屬（鋅，還有少量的鎘銻汞等）。炭化渣經(jīng)磁選分離出鐵，再經(jīng)破碎和渦電流分選后得到炭渣和混合金屬粉末。3.2 小型電子產(chǎn)品廢棄電路板的處理路線小型電器的電路板形狀各異，一般來自于電子玩具、燈管、插座、手機等。雖然同樣含有各種元件，成分也比較復(fù)雜，元器件相對小，如圖3所示。因此，此類廢棄電路板不便于進(jìn)行元件和基板的分離，應(yīng)采用整體破碎分選的方法較為適宜。圖3 小型電子產(chǎn)品的廢棄電路板圖4 小型電子產(chǎn)品廢棄電路板的處理路線 圖4是針對小型電子產(chǎn)品的電路板提出的回收路線。廢棄電路板整體破碎后，經(jīng)過破碎經(jīng)過磁選除鐵，再進(jìn)行靜電分選實現(xiàn)金屬與樹脂粉末的分離。金屬粉體再經(jīng)過真空蒸餾后分離出低沸點金屬，得到含有Cu、Pb、Sn和稀貴金屬的混合金屬粉末。3 廢棄電路板金屬與非金屬資源的深加工技術(shù)3.1 金屬資源的分離與提煉經(jīng)分選后，金屬粉末與非金屬粉末基本上得到了分離，但是非金屬中不可避免地存在少量的金屬。Cu、Fe、Al、Pb、Sn、Zn、Ni、貴金屬（如Au、Ag、Pd、Pt），這些都是廢棄電路板中的主要金屬，其中的鐵可以用磁選機進(jìn)行分離；Al可以通過渦電流分離；Zn、Cd、Hg可以通過真空蒸餾分離；剩下混合金屬粉末，主體為Cu，還有少量的焊錫（即Pb和Sn）、貴金屬和極少量的其他稀有金屬。 對于廢棄電路板中的焊錫（即Pb和Sn）來說，若在處理廢棄電路板之前將其分離回收是最理想的。中南大學(xué)丘克強教授課題組3利用焊錫低熔點這一性質(zhì)，開發(fā)了一種廢棄電路板焊錫回收的裝置，幾乎實現(xiàn)焊錫的完全分離回收。因此，處理大中型電子產(chǎn)品的廢棄電路板，在分離電子元件和基板的過程中，完全有可能實現(xiàn)焊錫的同步分離。上面討論過不同類型廢棄電路板的處理方法，可知并不是所有的電路板適合于分離元件基板，仍有大量的廢棄電路板直接破碎分選，焊錫（即Pb和Sn）進(jìn)入混合金屬粉末。從混合金屬粉末中分離回收焊錫，若能開發(fā)一種裝置能采用焊錫熔化后分離回收是廢棄電路板資源化的一大技術(shù)突破；一般采用“浸出+電積”濕法冶金的方法剝離焊錫4，浸出液可采用包含硝酸、硝酸鐵，氨基苯甲酸的溶液或者含有Ti（）的酸液。含銅和貴金屬的混合金屬粉末的資源化，仍是一個難以解決的問題?；旌辖饘俜勰┑闹黧w是銅，處理路線根據(jù)實際情況而定。若是市場銅價很高，硫酸銅的價格低迷，則直接作為產(chǎn)品送冶煉廠處理；如果是硫酸銅的價格較高，可采用濕法冶金的方法進(jìn)行處理，采取的路線一般是先浸出銅后進(jìn)行貴金屬提純。如圖5所示，廢棄電路板被破碎分選等一系列工序后得到銅粉。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)5報道，采用稀硫酸、氯化鈉和硫酸銅的混合溶液對其中的銅進(jìn)行浸出試驗，處理工藝如圖6所示。圖5 廢棄電路板破碎分選得到富銅粉末圖6 廢棄電路板金屬粉末濕法處理路線其浸出原理如下：Cu + Cu2+ = 2Cu+ (1)Cu+ + Cl = CuCl CuCl + Cl = CuCl2 (2)4CuCl2 + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2CuCl2 + 4Cl (3)4CuCl + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2CuCl2 (4)Cu(OH)2CuCl2 + H2SO4 = CuSO4 +CuCl2 +2H2O (5)CuSO4 + 5H2O = CuSO45H2O (6)經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶后可得到純硫酸銅產(chǎn)品，如圖7所示：圖7 硫酸銅產(chǎn)品實現(xiàn)銅的分離回收后，剩余的金屬主要為貴金屬（如金、銀、鉑、鈀等），如圖8所示，可采用現(xiàn)有的濕法成熟工藝，實現(xiàn)其資源化。圖8 廢棄電路板中貴金屬可分離回收3.2 非金屬粉末的資源化電子廢棄物中的非金屬，大多為有機塑料和纖維樹脂。有機塑料，一般來自于電子廢棄物的外殼，經(jīng)破碎分選后，可以直接作為產(chǎn)品出售給塑料再生廠家，也有的企業(yè)將熱塑性塑料和木屑混合，加入添加劑，熱壓成塑木制品，如圖9所示。還有一部分熱固性樹脂，多指廢棄電路板中的玻璃纖維環(huán)氧樹脂粉末，由于玻璃纖維和環(huán)氧樹脂解離難度大，目前還不能得到分離，因此，廢棄電路板非金屬粉的利用受到了限制。有研究人員將其作為瀝青或其他制品的添加劑，但再生資源廠家產(chǎn)出的非金屬粉末量非常大，這種做法滿足不了大規(guī)模工業(yè)需求。在廣東清遠(yuǎn)等地，堆積如山的非金屬粉由于沒有合適的方法處理，露天堆放在路邊，由于非金屬粉中還有少量未選盡的重金屬，下雨沖淋后部分重金屬浸出，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴(yán)重污染。還有研究人員加入增塑劑等添加劑壓制成再生材料，很顯然，這種處置方法有一定的優(yōu)勢，但我們可以看到，添加的化學(xué)制品成本很高，得到的制品目前還不能得到廣泛使用，目前還很難推廣。圖9 廢棄電路板非金屬材料制備再生型材工藝路線對于樹脂粉末來說，分離出玻璃纖維和樹脂是理想化的資源化路線。若能采用“機械解離+氣流分選”或者溶劑溶解法分離，非金屬粉體的再生價值將顯著提高，這也是進(jìn)一步研究的方向，但目前這種技術(shù)要實現(xiàn)非金屬粉末的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。以非金屬材料作為填料制備建筑材料是其再生利用的方法之一，也是實現(xiàn)非金屬材料無害化處理和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要途徑。4 結(jié)論本文綜合廢棄電路板自身特點和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的現(xiàn)狀，為廢棄電路板整體回收利用提出了“量身定做”的資源化路線，并對金屬和非金屬資源的深加工處理提出了對策，為廢棄電路板的合理化綜合回收利用提供了新思路。參考文獻(xiàn)1 Basdere, Bahadir, Seliger, Guenther. Disassembly Factories for Electrical and Electronic Products to Recover Resources in Product and Material Cycles. Environmental Science and Technology, 2003, 37(23): 5354-5362.2 Maixi Lu, Cuihong Zhou. Recover metals from electronic scrap by dry separation. Proceedings of the 1st International Symposium on Dry Coal Cleaning, Clean Coal Technology, Xuzhou, China, 2002, 259-262. 3 Yihui Zhou, Keqiang Qiu. A new technology for recycling materials from waste printed circuit boards. Journal of Hazardous Materials, 2010, 175(1-3): 823-828.4 R.W. Gibson, D.J. Fray, J.G. Sunderland, I.M. Dalrymple, Recovery of solder and electronic components from printed c