電子垃圾的回收再利用及其成本 - 收益模型研究 - 圖文-

1、電子垃圾的回收再利用及其成本2收益模型研究3尹立孟1,劉亮岐2(1重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院,重慶401331;2華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,廣州510640摘要研究了電子垃圾回收和再利用的技術(shù)、方法和流程工藝,并在此基礎(chǔ)上以臺(tái)式電腦這一常用電子產(chǎn)品為例,提出了電子垃圾回收處理的成本2收益模型,同時(shí)對(duì)該模型進(jìn)行了分析與總結(jié)。關(guān)鍵詞電子垃圾回收再利用成本2收益模型Study on R ecycle ,R euse and the Cost 2Benef it Model of Electronic W asteYIN Limeng 1,L IU Liangqi 2(1School of

2、Metallurgical and Materials Engineering ,Chongqing University of Science and Technology ,Chongqing 401331;2School of Materials Science and Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640Abstract In this paper ,the technology ,solutions and route of recycle and reuse for electroni

3、c waste are stu 2died.A cost 2benefit model for recycle and reuse of electronic waste is established and analyzed based on desk comput 2er ,which is one of the most common electronic products.K ey w ords electronic 2waste ,recycle and reuse ,cost 2benefit ,model3重慶科技學(xué)院引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(2009尹立孟:男,1976年生

4、,博士,講師,主要從事電子封裝材料與可靠性研究E 2mail :yeenlm 0引言我們?cè)娣治龊完U述了國(guó)內(nèi)外電子垃圾(電子廢棄物回收和處理的相關(guān)情況,并針對(duì)國(guó)內(nèi)電子垃圾處理的現(xiàn)狀提出了一些建議、對(duì)策及方法1,其中最重要的一點(diǎn)就是電子垃圾的回收和再利用。然而,從現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)水平來(lái)看,電子垃圾回收處理和再生利用大多數(shù)已不存在太大的技術(shù)障礙,故電子垃圾的回收和再利用的成本及效益如何分配(即成本2收益問題就成為大家關(guān)注的另外一個(gè)焦點(diǎn),同時(shí)它也是推動(dòng)中國(guó)電子垃圾回收處理進(jìn)一步向前發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題。本文將在深入分析和探討電子垃圾回收處理技術(shù)、方法與流程工藝的基礎(chǔ)上提出電子垃圾回收與再利用的成本2收

5、益理論模型,并對(duì)該模型進(jìn)行分析和探討,以期為進(jìn)一步理解和推進(jìn)國(guó)內(nèi)電子垃圾回收處理的進(jìn)程提供參考依據(jù)。1電子垃圾回收和再利用技術(shù)及工藝1.1電子垃圾中金屬材料的回收對(duì)電子垃圾的回收處理最早可追溯到20世紀(jì)60年代,不過當(dāng)時(shí)僅局限于對(duì)貴金屬的回收和再利用2,而如今的電子垃圾回收處理已發(fā)展成對(duì)各種有用材料(包括金屬和塑料等的全面回收。并且,現(xiàn)有電子垃圾的處理技術(shù)已有了相當(dāng)大的發(fā)展,回收率也大大增加,同時(shí)還出現(xiàn)了很多新興的處理技術(shù)。伴隨電子垃圾處理工藝的日益增多及技術(shù)的不斷改進(jìn),目前很多材料的回收率都超過90%,有研究表明,經(jīng)硫酸溶解后再采用電解冶金的工藝處理電子垃圾來(lái)回收Cu 和Ni ,其回收率就可

6、達(dá)94%99%3。歸納起來(lái),電子垃圾中常見的金屬材料回收處理方法有機(jī)械處理法、火法冶金、濕法冶金以及微生物法等,其回收原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用情況如表1所示。值得指出的是,金、銀、鈀、鉑等貴金屬是電子垃圾金屬材料回收和再利用的重要部分,也是回收電子垃圾的主要經(jīng)濟(jì)推動(dòng)力4,5。對(duì)于貴金屬,常采用濕法冶金進(jìn)行回收。濕法冶金技術(shù)其實(shí)質(zhì)是利用化學(xué)藥劑對(duì)經(jīng)破碎與分離等預(yù)處理后的電子垃圾浸取貴金屬的一種方法。濕法冶金按浸取工藝中所用藥劑的不同,又可以分為硝酸2王水浸金法、氯化法和氰化法等,其中又以硝酸2王水浸金法最常用。濕法冶金具有工藝簡(jiǎn)單、浸取貴金屬速率快和回收率高等特點(diǎn),但其成本高且二次污染相對(duì)嚴(yán)重。最近有

7、報(bào)道稱采用生物法回收貴金屬二次污染小、成本低且回收率高達(dá)99%5,因此該法值得推廣應(yīng)用。1.2電子垃圾中非金屬材料的回收除了金屬材料,制造電子產(chǎn)品過程中還使用了大量非金屬材料,特別是工程塑料。塑料普遍具有良好的絕熱和絕緣特性,并具有強(qiáng)度較高、耐壓和韌性良好等特點(diǎn)。電子產(chǎn)品常用的塑料主要包括ABS 、HIPS 和PC/ABS 等。電子垃圾中的大件純塑料一般采用機(jī)械法直接回收,而混合塑料的回收主要有機(jī)械法、化學(xué)法和熱回收法,各種方法的特點(diǎn)比較如圖1所示。其中熱回收法被認(rèn)為是回收塑料最環(huán)保的方法,瑞士和丹麥早在2002年就有70%的塑料是通過該法處理的;2003年西歐也有23%的塑料通過該方法回收處

8、理6。表1常見電子垃圾回收方法及其特點(diǎn)Table1Recycling met hods of electronic waste and t heir characteristics處理方法原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用情況機(jī)械處理法對(duì)電子垃圾進(jìn)行破碎使各種成分單體解離,再利用破碎后顆粒物理性質(zhì)的差異(如密度、電性、磁性和形狀等進(jìn)行分離污染小、操作簡(jiǎn)單、不需要對(duì)電子垃圾做預(yù)處理,易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；幚砗笠话悴皇亲罱K產(chǎn)品綜合回收有用材料,同時(shí)可作為其它回收方法的預(yù)處理火法冶金利用冶金爐高溫加熱剝離非金屬物質(zhì),貴金屬熔融于其他金屬熔煉物料或熔鹽中,隨后再加以分離操作簡(jiǎn)單方便,能得到較純的產(chǎn)品,回收率較高焚燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有害

9、氣體,二次污染嚴(yán)重,金屬回收率低,能耗大,設(shè)備一般較昂貴主要用于回收貴金屬,逐漸淘汰中濕法冶金利用貴金屬能溶解在硝酸、王水等強(qiáng)酸的特點(diǎn),將其從電子廢物中脫除并從液相中回收能得到較純的產(chǎn)品,回收率高,廢氣排放少,提取貴金屬后的殘留物易于處理,工藝流程簡(jiǎn)單二次污染較嚴(yán)重主要用于回收貴金屬微生物法利用細(xì)菌浸取電子垃圾中的貴金屬對(duì)環(huán)境危害小,投資少,能耗少,藥劑消耗少,對(duì)低品位的資源也能很好地回收生產(chǎn)周期長(zhǎng),溫度要求嚴(yán)格主要用于回收 貴金屬圖1回收混合塑料的3種方法Fig.1R ecycling options for m anaging plasticsfrom end2of2life electr

10、onics1.3電子垃圾回收處理流程工藝電子垃圾回收處理的工藝流程非常重要,工藝流程設(shè)計(jì)直接關(guān)系到回收的效率與效益問題。到目前為止,已經(jīng)有許多企業(yè)對(duì)電子垃圾處理的工藝流程展開了深入的研究,并提出了有各自特色的處理工藝路線。通過比較研究,得到了電子垃圾回收處理的最佳工藝流程圖,如圖2 所示。圖2電子垃圾回收處理流程Fig.2R ecycling route for electronic w aste2電子垃圾回收的成本2收益理論模型從以上的研究與分析可以看出,電子垃圾回收處理和再生利用的科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟,大多數(shù)不存在太大的技術(shù)障礙,只需解決回收的成本和效益問題。下面以回收目前最為普遍的電

11、子垃圾廢舊臺(tái)式電腦為例,從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度探討其回收的成本2效益理論模型。在構(gòu)建電子垃圾回收的成本2效益理論模型時(shí),首先作如下3種假設(shè)。(1電子垃圾的處理應(yīng)建立在規(guī)?；幚淼幕A(chǔ)上。(2回收的電子垃圾將進(jìn)行以下3種處理:通過二手市場(chǎng)循環(huán)再利用(包括整機(jī)和一些可再用的零部件;對(duì)不能再使用的廢棄電腦進(jìn)行回收處理;對(duì)最終處理廢棄物進(jìn)行填埋或焚燒處理。(3對(duì)電子垃圾回收以機(jī)械處理法為主,并且對(duì)電腦的各種材質(zhì)進(jìn)行全面回收。2.1成本2收益理論模型一般而言,對(duì)于電子垃圾處理廠,其成本構(gòu)成還是非常復(fù)雜的7。為了更好地分析,本文只考慮企業(yè)在運(yùn)行中涉及的成本,主要包括電子垃圾回收成本、電子垃圾運(yùn)輸成本、電子垃圾拆解

12、費(fèi)用、破碎成本、材料的再生成本以及最終廢棄電子垃圾處理費(fèi)用,所以其成本模型可以表示為:C0=n(C uc+C ut+n(1-C ud+n(1-(C us+C ur+D uc(1式中:C0為電子垃圾回收處理的總成本,C uc為回收單位電子垃圾費(fèi)用,C ut為單位電子垃圾的運(yùn)輸費(fèi)用,C ud為拆解單位電子垃圾成本,C us為單位電子垃圾破碎成本,C ur為單位電子垃圾材質(zhì)的再生成本,D uc為單位電子垃圾最終廢棄物處理成本,n代表電子垃圾的總質(zhì)量,代表可再用零部件的質(zhì)量分?jǐn)?shù),代表可再利用整機(jī)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。另一方面,回收電子垃圾的收益主要來(lái)源于整機(jī)及零部件的再利用、材料再生所產(chǎn)生的收益以及環(huán)保帶來(lái)的社

13、會(huì)效益,其收益模型可以表示為:R 0=(nG 1R ur +n (1-R um +R p +R E (2R p =(nG 2R up(3R E =C u1×(W P -W L =C u1×n1-(1-(1-(4式中:R 0為電子垃圾回收總收益,R ur 為可再利用的整機(jī)平均價(jià)值,R um 為處理單位電子垃圾所產(chǎn)生的再生材料的價(jià)值,R p 為可再用零部件的價(jià)值,R E 為廢棄物回收導(dǎo)致環(huán)境處理費(fèi)下降所獲得的收益,G 1為整機(jī)的質(zhì)量,為電子垃圾的再生率,G 2為可再用零部件的平均質(zhì)量,R up 為可再用零部件的單位價(jià)值,C ul 為填埋單位廢棄物的成本,W P 為電子垃圾的質(zhì)量

14、,W L 為最終處理后填埋廢棄物的質(zhì)量,其它同式(1。因此,根據(jù)上述成本模型和收益模型,電子垃圾回收處理的成本2收益模型可以表示為:I 0=R 0-C 0=(n G 1R ur +n (1-R um +(nG 2R up +C u1×n1-(1-(1-n (C uc -C ut +n (1-C ud +n (1-(C us +C ur +D ur (5式中:I 0表示電子垃圾回收處理利潤(rùn)?？稍儆玫牧悴考?shù)量一般不是很大(即很小,可以忽略不計(jì);由于電子垃圾廢棄物回收導(dǎo)致環(huán)境處理費(fèi)下降所獲得的收益R E 不計(jì)算在企業(yè)的收益中,因此,式(5可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為:I 0=(nG 1R ur +n

15、 (1-R um -n (C uc -C ut +n (1-(C ud +C us +C ur +D uc (62.2成本2收益模型分析有研究者通過調(diào)查美國(guó)15個(gè)電子垃圾回收處理企業(yè),得出單件臺(tái)式PC 電腦的回收成本如表2所示。表2單件臺(tái)式電腦的回收成本8Table 2Cost for collection and processingof personal computer (per unit 8成本構(gòu)成回收及運(yùn)輸成本3拆解成本再生成本(含破碎成本最終廢棄物處理成本總計(jì)金額美元23.93 6.257.875.8343.883其中回收即購(gòu)買廢棄電腦的費(fèi)用為23.5美元,該數(shù)據(jù)來(lái)源于調(diào)查的美國(guó)1

16、5個(gè)電子回收處理公司的回收成本(1334美元并取平均值每臺(tái)電腦(主機(jī)加CR T 顯示器的質(zhì)量約26kg (即G 1=26kg ,對(duì)于比較專業(yè)的企業(yè)再生率都超過90%,在此取=90%,因此根據(jù)成本模型(式(1可以得到:C 0=n (C uc +C ut +n (1-(C ud +C us +C ur +D uc =n ×(23.9326+n (1-×(6.2526+7.8726+5.8326=n26×(43.88-19.95參考表3所示的電腦各成分比及價(jià)值,再根據(jù)1臺(tái)二手電腦的價(jià)值一般為80240美元,以二手電腦的平均銷價(jià)R ur =120美元進(jìn)行估算。根據(jù)表3所列

17、數(shù)據(jù)以及式(2所示收益模型可計(jì)算n 噸廢棄電腦的回收收益R 0(可再使用零部件的收益及廢棄物回收導(dǎo)致環(huán)境處理費(fèi)下降所獲得的收益忽略:R 0=(nG 1R ur +n (1-R um=(n 26×120+n (1-×90%×34.2626=n26×(30.83+89.166因此,回收n 噸廢棄電腦的總收益I 0為:I 0=R 0-C 0=n26×(30.83+89.166-n26×(43.88-19.95可見,要使回收處理n 噸廢棄電腦有利可圖,則必須使I 0>0(即企業(yè)的利潤(rùn)大于0,即可得到>11.96%。表3臺(tái)式電腦再生

18、材料的成分及其價(jià)值8Table 3Recoverable component s in a desktop comp uter 8材料含量/%價(jià)值/美元塑料23.0011.73鋁 6.309.11鐵20.5 4.18金0.001 6.27銀0.02 1.03鉛 6.30 1.93鎘0.010.01汞0.00220.00總計(jì)56.1334.26許多發(fā)達(dá)國(guó)家廢舊電腦的可再使用率通常都很高,如美國(guó)可達(dá)50%。相對(duì)而言,目前中國(guó)的廢棄電腦可再使用率比較低,只能勉強(qiáng)達(dá)到11.96%,基本無(wú)收益(利潤(rùn)可言。并且,如果再考慮企業(yè)人工成本、電子垃圾管理等成本,回收處理電子垃圾更加無(wú)利可圖?？紤]中國(guó)當(dāng)前電子垃圾

19、回收處理的現(xiàn)狀,雖然很多非專業(yè)性的作坊式電子垃圾處理廠能獲取高額的利潤(rùn),但是這些工廠通常只針對(duì)價(jià)值高的部分,處理技術(shù)非常低,也沒有考慮所帶來(lái)的環(huán)境成本,其獲利以犧牲環(huán)境為代價(jià),而專業(yè)處理廠對(duì)電子垃圾必須進(jìn)行全面的回收和處理,尤其需要考慮環(huán)境成本,因此建議政府應(yīng)給予其更多政策上的傾斜和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)惠與支持。(下轉(zhuǎn)第112頁(yè)19梁基照,劉冠生.無(wú)機(jī)粒子填充聚合物復(fù)合材料傳熱模型及有限元模擬J.特種橡膠制品,2006,27(5:3520Liang J Z,Li F H.Simulation of heat transfer in hollow2 glass2bead2filled polypropyl

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21、st Compos,2007,26(7: 64323Rajinder Pal.On the Lewis2Nielsen model for thermal/elec2 trical conductivity of compositesJ.Composites,2008,39: 71824何燕,馬連湘,黃素逸.炭黑/橡膠體系的導(dǎo)熱模型及應(yīng)用研究J.工程熱物理學(xué)報(bào),2009,30(4:67125Carson J K.Thermal conductivity bounds for isotropic,po2 rous materialsJ.Int J Heat Mass Transf,2005,48

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25、2007,34(8:535Nan C W,Liu G,Lin Y H.Interface effect on thermal con2 ductivity of carbon nanotube compositesJ.Appl Phys Lett,2004,85(16:354936呂瑞濤,黃正宏,康飛宇.高導(dǎo)熱炭基功能材料研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào),2005,19(11:69(責(zé)任編輯曾文婷(上接第107頁(yè)3結(jié)語(yǔ)本文全面分析和概括了回收處理電子垃圾中的金屬材料、非金屬材料(特別是工程塑料的方法和流程工藝,同時(shí)基于廢舊臺(tái)式電腦建立了電子垃圾回收處理的成本2效益模型,并對(duì)該模型進(jìn)行了深入分析,得到的主要

26、結(jié)論如下。(1基于經(jīng)濟(jì)學(xué)提出的成本2收益模型可為國(guó)內(nèi)電子垃圾專業(yè)處理廠的建設(shè)提供相對(duì)可靠的參考依據(jù)。(2政府對(duì)電子垃圾回收處理的政策傾斜和經(jīng)濟(jì)扶持也可參考本文成本2收益模型進(jìn)行。(3僅從電子垃圾的成本2收益模型來(lái)看,中國(guó)也可借鑒國(guó)外普遍實(shí)施的電子垃圾報(bào)廢收費(fèi)制,即政府機(jī)關(guān)、行政事業(yè)單位和個(gè)人在報(bào)廢電子產(chǎn)品時(shí)需要支付適當(dāng)?shù)奶幚碣M(fèi)。參考文獻(xiàn)1劉亮岐,尹立孟,張新平.電子垃圾問題面臨的挑戰(zhàn)與解決途徑J.材料導(dǎo)報(bào),2008,22(9:12魏金秀,汪永輝,等.國(guó)內(nèi)外電子廢棄物現(xiàn)狀及其資源化技術(shù)J.東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2005,31(3:1333Veglio F,Quaresima R,et al.Recovery of valuable metalsf rom electronic and galvanic industrial wastes by leachingand electrowinningJ.Waste Manage,2003,23(3:2454Cui J,Forssberg E.Mechanical recycling of wast