废印刷线路板中稀贵金属的回收现状

废印刷线路板中稀贵金属的回收现状¹

杨玉芬1,2*,盖国胜1,徐盛明3,陈清如2

(1.清华大学材料系粉体工程研究室,北京100084; 2.中国矿业大学(北京校区)化学与环境工程学院,北京100083; 3.清华大学核能技术设计研究院,北京102201)

摘要:由于稀贵金属特殊的物理和化学性能,已成为电子元器件中不可缺少的成分。然而随着电子工业的发展,大量寿命已到的印刷线路板已开始报废。印刷线路板材料构成复杂,若不及时有效的分离处理,不仅造成严重的环境污染,还导致大量宝贵资源的浪费。发达国家采用物理的或化学的方法对稀贵金属进行回收,积累了一些经验,而我国还几乎是空白。实践证明,先用物理方法进行稀贵金属的富集,然后进行冶炼提纯比较有效。

关键词:三废处理与综合利用;废线路板;稀贵金属;资源回收

中图分类号:O614112文献标识码:A文章编号:0258-7076(2004)04-0716-05

随着电子工业的发展,稀贵金属对于改进印刷线路板(PCB)的性能发挥着越来越重要的作用。如在印刷线路板生产过程中,采用钯基直接金属化法制作双面板,即通过直接金属化法处理,在孔壁上形成一层绿色的钯膜导电层,然后直接镀铜[1];钼具有良好的导电性和高温性能,在电子管中作栅板和阳极支撑材料[2];电子管中的钨丝等。近几年内,世界印刷线路板业平均增长率为8%~ 9%,中国内地的增长率为14.4%[3]。而亚洲的韩国、东南亚的一些国家和中国的台湾地区年增长率高达20%~30%[4,5]。1995年,中国内地印刷线路板的总产值已占世界印刷线路板总产值的5%[3]。废弃印刷线路板的数量也随着电子工业的迅猛发展而急剧增加,如果废弃印刷线路板中所含的稀贵金属不加以回收,这不仅对环境造成严重污染,还导致大量宝贵资源的浪费。

1印刷线路板中金属元素组成

印刷线路板的基板材料通常为玻璃纤维强化酚醛树脂或环氧树脂,其上焊接各种构件,各种构件中物质的种类和含量相差很大,成分非常复杂,但物质种类有相同之处,通常含有30%的塑料, 30%的惰性氧化物以及40%的金属。PCB中所含金属主要分为两大类:第一类是常见金属,如铜、铝、铁、镍、铅、锡和锌等;第二类是贵金属和稀有金属,如金、银、钯、铑、硒等。其中常见金属的含量高,贵金属和稀有金属的含量低。图1为丹麦科学家对个人计算机和电视中PCB的元素分析结果[6]。

从图1数据可知,废印刷线路板中含有大量普通金属、贵金属和稀有金属,应分离、回收和提纯再利用。以黄金为例,在美国和欧洲,用于电子工业的黄金消耗量为:1968年为82t,1972年达到127t,1975年降到67t;从1978年开始,黄金的消耗量趋于稳定,每年约为80t[3]。据测定,印刷线路板中黄金的品位比矿石还高,拆卸后可富集回收;而铜、铝、铁等普通金属用量更大。因此,对贵金属和常用金属的资源化回收一直是电子废弃物综合利用的主要推动力。

2稀贵金属回收技术现状

2.1国内技术的研究现状

21111干法筛分分离金属和非金属[7]研究表明,因金属和非金属具有不同的剪切速度,当用锤式破碎机对印刷线路板进行破碎解离时,大部分金属物料将富集在粗粒级中,如铜、金大多富集在

第28卷第4期Vol.28l.4

稀有金属

C HINE SE JOURNAL OF RARE ME TALS

2004年8月

Aug.2004

¹收稿日期:2003-07-08;修订日期:2003-09-20

基金项目:国家自然基金资助项目(50274045)

作者简介:杨玉芬(1962-),女,江苏徐州人,高级工程师,博士研究生*通讯联系人(E-mail:yangyufen@mai l.tsi )

图1 个人电脑及电视PCB 中金属元素含量

(a)普通金属;(b)稀贵金属

Fig.1 Contents of metals in PCB of computer or TV

1.0~0.6mm 粒级内,非金属颗料则集中在细粒级。考虑形状因素的影响,设计不同的筛孔尺寸和开孔率,利用干式筛分机可以较好地实现金属和非金属的分离。

21112 气流分选回收铜[8,9] 分选样品为个人电脑上废弃的主板、网卡、声卡等,处理前预先拆除某些有用的元件和有害材料。破碎的目的是为了使铜与环氧树脂、玻璃纤维等充分解离,试验采用两段破碎。依据破碎后颗粒的密度和粒度的差异,在实验室规模的气流分选系统中分离回收金属铜。试验流程如图2所示。

据测定,铜的密度为8.9g #cm -3

,远大于其余组分的平均密度(2.5g #cm -3

)。除密度外,粒度也是影响气流分选的主要因素,颗粒的形状和解离度的影响也不容忽视。为了获得较高的铜回收效率,综合考虑各种因素,在操作过程中控制铜颗粒与其余组分颗粒的等沉比大于2。研究结果表明:当破碎粒度达0.5mm 以下时,铜解离度超过90%。0.25~0.125mm 粒级铜的回收率达90176%, 1.0~0.5mm,0.5~0.25mm 及0.125~0.074mm 粒级铜的回收率均在60%以上。用气

图2 气流分选回收铜工艺流程图

Fig.2 Flowsheet of recycling cupper with ai r separation

流分选技术能实现铜与其他组分的较好分离。2.2 发达国家的技术现状

发达国家很重视从PCB 中回收金属及稀贵金属,所采取的技术手段通常分为两大类:物理法和化学法。物理法主要用于常规金属如铝、铜的回收,如美国利用强力旋流分选机从个人电脑的PCB 中回收铝,控制进料速度0.3kg #min

-1

时,所得铝

精矿的纯度为85%,回收率在90%以上[10];Teno -rio Soares 等[15]利用破碎、筛分、电选和磁选的方法从废印刷线路板中实现金、银与铁、铝、锌和锡的分离。瑞典利用电动滚筒静电分选机回收铜,通过设计和操作参数优化,所得铜精矿的品位为93%~99%,回收率高达95%~99%[11]。化学法有湿法冶金及电化学法主要用于提纯贵金属如金、钌等。稀贵金属回收方法也可分为直接回收和间接回收。间接回收需先将PCB 拆卸、粉碎、研磨、分选将稀贵金属富集,然后将富含稀贵金属的精矿送给不同的冶炼厂进行提纯。2.2.1 干法分离技术富集稀贵金属

[12]

德国已

建成一个年处理能力达21,000t 电子废弃物的综合处理厂,它能处理的电子废弃物的范围很宽,特别是电信方面的废弃物。具体的工艺路线为:首先将构件进行手工拆卸分为电路板、电缆、电子元件、机壳和显像管等几组,手选得到的部分元件甚至可以直接用于新产品中。然后再分别对各组分进行破碎解离,常用的破碎机械是切碎机和锤碎机,高效率分选的前提是各种材料尽可能充分单

体解离。对破碎后的物料进行多级分选,第一级分选一般为重选,尽可能将各种塑料和轻质垃圾排

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