電子垃圾資源回收利用方法探究

1/40電子垃圾資源回收利用方法探究12/21/20232/40目錄1.背景2.電子廢棄物再造與原料化3.CRT回收工藝4.塑料回收5.金屬回收6.總結(jié)3/401背景電子廢棄物又稱電子垃圾〔e-waste〕，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛開(kāi)展，電腦、、電視、冰箱等高科技產(chǎn)品在很短的時(shí)間內(nèi)就被淘汰，而變成“電子廢棄物〞。中國(guó)是世界上最大的電子與家電產(chǎn)品生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)之一。從2003年起，家電進(jìn)入報(bào)廢頂峰期，每年至少有500萬(wàn)臺(tái)電視機(jī)、400萬(wàn)臺(tái)電冰箱、600萬(wàn)臺(tái)洗衣機(jī)要報(bào)廢，那么到達(dá)千萬(wàn)部，并這一數(shù)量還將逐年增加。隨著我國(guó)家電報(bào)廢的頂峰期到來(lái)，大量的“電子垃圾〞帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越突出，急需人們給予高度重視并妥善處理電子垃圾。4/40目前，電子垃圾的處理手段在國(guó)外主要分為：再利用，再制造，回收，以及燃燒及堆埋。利用傳統(tǒng)的燃燒爐燃燒電子垃圾是有害的，堆埋仍然會(huì)留下隱患且造成資源浪費(fèi)。所以，從環(huán)境保護(hù)和資源再生利用來(lái)看，研究電子垃圾的回收利用具有重要的意義。焚燒再利用再制造回收堆埋5/402電子廢棄物再造與原料化如前面所說(shuō)，隨著我國(guó)家電產(chǎn)品報(bào)廢頂峰的到來(lái)，如果處理得當(dāng)，“電子垃圾〞可成為與天然資源同等重要的“城市礦山〞，所以電子垃圾資源循環(huán)利用意義重大。6/401.1檢測(cè)和分類收集到電子垃圾資源回收再利用的第一步是分類和原料化。分類可使局部器件、組件進(jìn)入二級(jí)市場(chǎng)，所以分類過(guò)程是整個(gè)電子垃圾資源循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵一步。在該過(guò)程中，收集的電子廢物首先通過(guò)檢測(cè)后分為兩類，再利用和再循環(huán)。再利用，即篩選出能再利用的部件或設(shè)備。再循環(huán)，即通過(guò)原料化步驟，通過(guò)機(jī)械別離工序形成可資源循環(huán)的鐵、有色金屬、玻璃和塑料等原料，待進(jìn)一步，最后的只能變?yōu)閺U料處理。7/40

MRF原料回收過(guò)程簡(jiǎn)單示意圖8/401.2電子產(chǎn)品再造與次級(jí)市場(chǎng)收集的電子廢物經(jīng)過(guò)檢測(cè)后可形成三種代表不同經(jīng)濟(jì)價(jià)值的次級(jí)市場(chǎng)。第一種市場(chǎng)是電子垃圾設(shè)備再翻新系統(tǒng)，通過(guò)它可將再翻新設(shè)備器件贈(zèng)與或賣給二手用戶；第二種市場(chǎng)是電子組件的回收、再銷售和再利用；第三種市場(chǎng)是原料和材料的再循環(huán)市場(chǎng)。有數(shù)據(jù)顯示，被丟棄的電腦超過(guò)50%仍處于良好的工作狀態(tài)，這些舊的電腦很容易賣給二級(jí)市場(chǎng)，在中國(guó)這些電腦仍存在廣泛的市場(chǎng)。9/401.3電子垃圾的原料化經(jīng)過(guò)篩選后，有價(jià)值的設(shè)備、部件和有害的材料被從電子廢物中區(qū)分開(kāi)來(lái)，作為資源的原料回收進(jìn)程由此開(kāi)始。此工藝的首要目標(biāo)是將能用于回收和銷售的各種材料別離出來(lái)。目前收集的電子廢物主要包括電腦、電視、遙控器和其他的電子設(shè)備。如前所述，通過(guò)檢測(cè)、分類篩選有價(jià)值的設(shè)備、組件和有害的材料后，剩余的通過(guò)破碎、磁電、水力渦流和密度選別工藝后形成進(jìn)一步資源循環(huán)利用的原料。10/40

電腦和電視中各種原料所占比例11/40

如上面圖和表顯示，電子垃圾的主要組成材料是金屬、塑料和玻璃，其中一般金屬、塑料、玻璃及CRT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為49%，33%，12%，這些占據(jù)了電子廢棄物總量的90%以上。當(dāng)收集到的電子廢物中電腦和電視的比列不同時(shí)，各種物質(zhì)的比例會(huì)有所變化。電子垃圾中各種材料的分布12/402CRT回收工藝陰極射線管CRT是電子廢物中的主要回收物之一。一個(gè)CRT由玻璃和非玻璃兩局部造成，玻璃組件有玻璃漏斗、面板玻璃、玻璃焊料和頸部等，非玻璃部件有塑料、鋼材、銅、電子槍、熒光粉涂層等。CRT玻璃包括SiO2，NaO，CaO，以及防X射線的材料K2O，MgO，ZnO，BaO，PbO和其他組分。目前CRT有兩種可行的回收技術(shù)：玻璃—玻璃和玻璃—鉛的回收。玻璃—玻璃的回收方法被認(rèn)為是一個(gè)封閉的循環(huán)鏈過(guò)程，該過(guò)程是將回收的玻璃作為制造新的CRT原材料的發(fā)法。收集到的CRT在回收商處在不區(qū)分面板玻璃和漏斗玻璃的情況下對(duì)全部的玻璃進(jìn)行破碎處理。13/40由于CRT玻璃成分不同，回收CRT玻璃存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楹苌倬植垮e(cuò)誤成分的添加都會(huì)污染整個(gè)玻璃熔爐，調(diào)整錯(cuò)誤的玻璃成分需要玻璃熔爐停產(chǎn)3～4d，故由于難于精確判斷回收玻璃的的成分，使得CRT玻璃回收在一定程度存在困難。玻璃—鉛回收工藝：CRT中0.5～5Kg的鉛〔在玻璃中〕，用于保護(hù)人們免受X射線的輻射；還有1～2.3Kg的銅〔在磁軛〕。在玻璃—鉛回收工藝中，金屬鉛和銅通過(guò)熔煉從CRT中別離出來(lái)并加以回收。熔煉過(guò)程中，CRT的玻璃呈熔合劑狀態(tài)而進(jìn)入熔融渣中。14/403塑料回收塑料特有的絕緣性、強(qiáng)度、抗壓性、靈活性和耐久性使塑料成為電子業(yè)中的重要材料，所以塑料在電子廢物中的數(shù)量相當(dāng)可觀，例如，在、電視和個(gè)人電腦都有許多塑料部件，此外還有許多不能直接觀看到得塑料組分用于各種設(shè)備與設(shè)施中。電子業(yè)中利用的兩種主要類型的塑料分別是熱固性樹(shù)脂材料和熱塑性樹(shù)脂材料。在電子廢棄物資源循環(huán)時(shí)，熱固性材料在回收時(shí)需要破碎，因?yàn)樗y以再融化成新產(chǎn)品。然而熱塑性樹(shù)脂材料能被再熔化成新產(chǎn)品，顯示出比熱固性塑料更好的回收性能。

15/40塑料是電子產(chǎn)品中僅次于金屬的有巨大潛在回收價(jià)值的物質(zhì)。目前電子廢棄物塑料的回收有化學(xué)回收、機(jī)械回收和熱回收3種方法。電子垃圾塑料回收的選擇途徑16/403.1機(jī)械回收工藝在塑料的機(jī)械回收中，從報(bào)廢電子產(chǎn)品中識(shí)別和別離塑料很重要。識(shí)別不同性質(zhì)的塑料、添加劑和雜質(zhì)具有一定的難度，如假設(shè)將回收塑料用于高端產(chǎn)品，回收樹(shù)脂的性質(zhì)〔物理和機(jī)械〕必須與原樹(shù)脂在某些方面相符。例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯〔ABS〕和耐沖擊性聚苯乙烯〔HIPS〕能提供良好的抗沖擊保護(hù)，這些樹(shù)脂通常用于顯示器和電視機(jī)顯像管的保護(hù)，聚苯氧化物〔PPO〕在高溫下有良好的性能，而聚乙烯和聚氯乙烯是優(yōu)良電絕緣體。17/40用于電視與電腦設(shè)備的最主要的樹(shù)脂是HIPS和ABS。在電子行業(yè)中使用最廣泛的各種塑料所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：HIPS56%，ABS20%高壓聚苯醚〔PPE〕11%。電子產(chǎn)品中應(yīng)用塑料的種類電子垃圾中各種聚合物塑料所占的比例18/40由于處理未知成分的塑料難度大，未分類的混合塑料的市場(chǎng)價(jià)值很低，故從廢棄電子產(chǎn)品中回收塑料的第一步就是分類過(guò)程。在分類中，受污染的塑料，例如沉積的和〔或〕染色后的塑料必須被去除。19/403.2塑料的化學(xué)回收塑料的化學(xué)回收方法已研發(fā)了多種工藝，現(xiàn)介紹其中兩種。其中由歐洲的塑料生產(chǎn)工業(yè)聯(lián)合會(huì)〔APME〕創(chuàng)造的一項(xiàng)工藝較為先進(jìn)。此項(xiàng)工藝中，混合塑料垃圾〔MPW)在大約350～400℃下解聚并脫鹵。在這一步中，金屬被除去，解聚單元中剩下的聚合鏈在350～400℃氫化單元1中裂解。在強(qiáng)大的氫壓下，斷裂的碳鍵發(fā)生氫化作用而實(shí)現(xiàn)飽和。液態(tài)產(chǎn)品流經(jīng)蒸餾裝置。其余的在分解作用中沒(méi)有被別離出去的惰性材料，以及一局部沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)化的塑料被留在蒸餾裝置底部，成為瀝青。最終的高品質(zhì)產(chǎn)品、廢氣及原油那么通過(guò)第二次氫化作用獲得。這些最終產(chǎn)品被送往常規(guī)的石油化學(xué)加工過(guò)程中。20/40電子廢棄物塑料化學(xué)吸收的解聚和轉(zhuǎn)化工藝21/40另一種是日本鋼鐵公司開(kāi)展的焦?fàn)t法塑料化學(xué)回收新工藝，焦?fàn)t中的碳化環(huán)境同樣適用于廢棄塑料的回收，因?yàn)樵诟邷氐膹?fù)原性氣體中帶有電荷的塑料能夠不經(jīng)過(guò)燃燒就實(shí)現(xiàn)熱分解。電子垃圾塑料還可作為金屬冶煉中的復(fù)原劑。22/403.3熱回收塑料

熱回收意味著將塑料作為一種燃料，所以熱回收的主要目的是重新獲得能量。塑料具有很高的熱值，因?yàn)樗芰蠌挠椭刑釤?，所以塑料有著等同于甚至高于焦炭的熱值。塑料材料能夠被燃燒并可以以熱的形式產(chǎn)生能量。例如，在水泥窯中1t塑料能代替1.3t煤。這種塑料回收的方法被歐洲塑料制造商協(xié)會(huì)〔APME〕認(rèn)為是歐洲處理報(bào)廢電子塑料垃圾方法中最環(huán)保的一種。23/402002年，瑞士和丹麥通過(guò)熱回收方法再利用了塑料垃圾總量的70%左右，2003年西歐約23%的塑料垃圾被熱量回用。相較于其他的回收方法而言，該方法占據(jù)了最大比例。地方性小規(guī)模固體燃燒裝置，配備了濕式除塵系統(tǒng)，已經(jīng)證明了從含有溴化阻燃劑的塑料垃圾中重新獲得能量在技術(shù)上是可行的。24/404金屬回收

在電子廢物分類和原料化后，金屬成分大體都被送至金屬回收設(shè)備。從分類后的金屬原料回收金屬的方法通常有火法冶金、濕法冶金和生物冶金等，以往應(yīng)用的主要是火法與濕法冶金方法。在火法冶金中，含有銅和其他重金屬的原料被直接送至Noranda熔爐進(jìn)行熔煉處理。有時(shí)，電路板被送至熔爐中以除去銅及其他重金屬。

25/404.1磁選別離

磁選別離是利用磁選別離器別離電子廢棄物原料中有磁和無(wú)磁金屬的方法，它利用永磁鐵或電磁鐵別離含鐵成分。在破碎后，電子廢棄物原料顆粒被送到傳送帶并通過(guò)磁鐵。由于磁鐵的吸力，含鐵的金屬顆粒被吸附到傳送帶上，同時(shí)，有色金屬將因重力作用落入有色金屬收集箱。在剩余顆粒中含鐵的金屬粒子，仍然吸附在傳送帶上并被帶走，當(dāng)它們不再受磁性區(qū)域影響時(shí)，便會(huì)落入另一個(gè)收集箱。26/404.2渦流別離

渦流別離器能夠從非金屬材料中別離鋁和銅等有色金屬。當(dāng)一塊有色金屬材料，如鋁或銅經(jīng)過(guò)別離器時(shí)，外殼中的磁鐵便高速旋轉(zhuǎn)。這些磁鐵對(duì)鋁形成一種渦流，同時(shí)渦流會(huì)在鋁片周圍依次產(chǎn)生一個(gè)磁性區(qū)域，磁性區(qū)域的磁極和旋轉(zhuǎn)的磁鐵相似，使得鋁被磁鐵排斥。這種排斥力導(dǎo)致鋁元素的徑跡線大于非金屬，使兩種物質(zhì)流別離。渦流別離器的主要區(qū)分判據(jù)是電導(dǎo)率和密度的比率值。比率高的較之比率低的物料，更容易被別離。27/40如鋁的電導(dǎo)率和密度的比率值為13.1，是最易別離出的物質(zhì)。而不銹鋼、塑料和玻璃的比率值為零，說(shuō)明這些物質(zhì)不能被渦流別離器別離。有一點(diǎn)需要注意，包覆在非金屬材料中的非二價(jià)鐵金屬可能無(wú)法別離，又如被絕緣材料包覆的銅纜，將不太可能被別離出來(lái)。28/404.3鉛的火法冶金回收

火法回收金屬時(shí)，常用反射爐熔煉來(lái)控制鉛的回收。在該過(guò)程中含鉛混合物中的鉛被復(fù)原為金屬鉛塊，其他物料氧化造渣，這些均在爐膛內(nèi)發(fā)生。這些鉛塊的純度高達(dá)99.9%以上。開(kāi)爐放渣，渣中標(biāo)準(zhǔn)含鉛量達(dá)60%～70%，另有一種純鉛產(chǎn)物，爐渣由頂層覆蓋了液體薄層的稍厚鉛層組成，不斷地從爐中放出到渣車上。當(dāng)渣中金屬含量降到一個(gè)很低的程度時(shí)，生鉛在爐渣被放出的同時(shí)，也被導(dǎo)出。煙道氣中的粉塵，由布袋收集，返回爐中，用于回收鉛。29/40以下是發(fā)生在反射爐中的反響：PbO+C→Pb+CO 〔1〕2Sb+3PbO→3Pb+Sb2O3 〔2〕2As+3PbO→3Pb+As2O3 〔3〕Sn+2PbO→2Pb+SnO2 〔4〕30/40高爐負(fù)責(zé)處理來(lái)自反射爐中產(chǎn)生的爐渣，以及其他的含鉛物質(zhì)，參加助熔劑鐵和石灰石，提升高爐效率。其中式(1)是鉛回收的主要反響，式(2)～(4)是造渣反響和反射爐鉛復(fù)原反響。高爐操作的產(chǎn)物硬Pb，含Pb量約為75%～85%，含Sb量15%～25%，另有1%～3%的鉛包含于爐渣中。高爐用于持續(xù)回收鉛和間歇移除爐渣，渣中含有CaO，SiO和FeO。主要成分為氧化硅和氧化鐵的高爐渣那么作填埋處理。31/404.4銅的火法冶金回收含銅5%～40%的電子廢品由高爐處理。銅成分可被復(fù)原劑復(fù)原出來(lái)，如鐵屑〔比Cu活潑〕和塑料Sn，Pb和Zn等雜質(zhì)，也可被復(fù)原，并產(chǎn)生煙氣。以下是發(fā)生在高爐中的反響：Fe+Cu2O→FeO+2Cu 〔5〕2ZnO+C→2Zn〔g〕+CO2 〔6〕銅回收過(guò)程中，高爐的產(chǎn)物稱作黑銅，含銅量70%～85%，在轉(zhuǎn)爐中使用空氣或高純度氧，黑銅將被氧化，雜質(zhì)〔Sn，Pb，Zn〕燃燒進(jìn)入煙塵，F(xiàn)e入渣，產(chǎn)生純度為95%的粗銅，之后與銅屑混合后在陽(yáng)極爐中繼續(xù)熔煉，活潑性排在銅以前的物質(zhì)被選擇性的氧化。32/40Noranda熔爐冶銅過(guò)程33/40通過(guò)添加復(fù)原劑，熔融銅被復(fù)原。陽(yáng)極爐內(nèi)的復(fù)原反響如下：2CuO+C→2Cu+CO2〔7〕除煤和木炭外，廢舊塑料也可以被作為復(fù)原反響的復(fù)原劑，復(fù)原反響還可以用于脫硫。復(fù)原銅后生成的銅鑄成陽(yáng)極板，在電解槽中被置于陰陽(yáng)極進(jìn)行進(jìn)一步的精煉提純，純銅〔99.9%)沉積在陽(yáng)極。銅被提取出來(lái)后，二次熔煉的副廠品礦渣，可以用于屋頂板、砂礫和鐵路的枕木以到達(dá)資源的綜合利用。34/40據(jù)歐洲塑料生產(chǎn)協(xié)會(huì)的研究說(shuō)明，從報(bào)廢電子廢物如個(gè)人電腦和印刷電路板中回收的銅所需的能量?jī)H為從礦物中提煉銅所需能量的1/6。35/404.3貴重金屬的回收

通過(guò)貴重金屬提煉設(shè)備，金、銀、鈀和鉑均可被回收。將銅電解過(guò)程的陽(yáng)極沉積層加壓濾出，濾出殘?jiān)?jīng)過(guò)枯燥，添加助熔劑，放入貴重金屬熔爐中，經(jīng)過(guò)熔煉，硒可被回收。剩余的金屬主要是銀，沉積形成銀質(zhì)陽(yáng)極，隨后經(jīng)高強(qiáng)度的電解過(guò)程，高純度的銀極和含金的陽(yáng)極泥形成，含金的陽(yáng)極泥被濾出。同理可以得到高純度的金和含銀、鉑的陽(yáng)極泥。從陽(yáng)極泥中進(jìn)一步提純貴金屬。36/40人們已經(jīng)注意到從電子廢物中回收貴重金屬是最具經(jīng)濟(jì)利益的回收工業(yè)。從電子廢物中回收的貴重金屬中有1/3是黃金，可以說(shuō)電子廢物中金含量巨大，是名符其實(shí)的城市金礦，如電子廢物中的黃金含量是美國(guó)金礦中黃金含量的40多倍。傳統(tǒng)的電子廢物中有價(jià)金屬回收方