电子废弃物现状及处理方法

电子废弃物现状及资源回收方法

1.1 废电路板概况

1.1.1 电子废弃物简介

电子废弃物主要由塑料、玻璃、金属等组成，最大的特点是金属含量很高。据报道，全球每年产出电子垃圾3000~4000万吨，且以每年6%的速度增长，比总废弃物的增长速度快6倍，已成为世界上增长最快的垃圾[i]。这给全球的生态环境造成了巨大的威胁，成为困扰全球可持续发展的新问题。一些发达国家向境外转移的电子垃圾，其中90%进入亚洲，其中80%进入中国，我国正在逐渐演变为“世界电子垃圾场”[ii]。

1.1.2 废电路板资源

印刷电子电路板(Printed Circuit Board，PCB)是电子工业的基础，是各类电子产品中不可缺少的部件。废电路板的主要成分为Cu 20%、Fe 8%、Sn 4%、Ni 2%、Pb 2%、Al 2%、Zn 1%、Sb 0.40%、Au 500 g/t、Ag 1000 g/t、Pd 50 g/t、有机物25%左右、难熔氧化物约30%、添加剂约5%[3,4]。可见，废电路板中蕴藏着大量的宝贵资源，是一座名副其实的“城市矿山”。

1.2 废电路板回收利用研究现状

目前研究较多的回收方法大体上可分为机械处理法、热处理法、湿法冶金、生物处理和超临界法等[iii-viii]。

1.2.1 机械处理法

机械处理法是处理废电路板实现其不同组分预分离的有效方法，过程一般分为拆解、破碎和分选三个步骤[ix]。

1）拆解

拆解是将一些有回收价值的元器件和有害物质从废电路板上拆除下来的系统过程。废电路板的自动拆解一直是各国研究人员努力开发的目标。目前机械拆卸方法主要有日本NEC公司的红外加热和两级去除方式[x]，德国FAPS的液体融化焊料SCARA分检构件技术[xi]，以及我国的液体加热超声波振动拆卸技术[xii,xiii]。

2）破碎

将废电路板基板经机械物理作用破碎为颗粒状或粉末，不同的破碎方法所得颗粒的粒径不等。

3）分选

主要是利用物质间的物理性质差异，如密度、磁性、电性、表面性质及光学性质等来实现不同物质的分离。

重选常用于密度差异较大的金属和塑料颗粒的分离，有风力分选、摇床分选、跳汰分选及重介质分选等[xiv]。

电磁分选是利用混合物料在磁场或高压电场中磁性或电性的差异进行分离的一类方法。Veit等[xv]利用低强度磁选机从废线路板破碎粉末中回收了含铁43%，镍15.2%的铁磁性物质。静电分选具有分离效率较高，污染较小的优点。

表面分选是根据物质表面性质差异进行的分选，有利用表面润湿性差异的浮选技术和利用各组分摩擦系数和碰撞系数的差异的摩擦与跳汰分选技术。

光学成像分离较新颖，是通过测量颗粒的颜色、材质、形态、传导性等性质借助电脑进行高质量的分类，从而将混合物料分离。

此外，根据处理流程的不同，还可以将废线路板的机械处理工艺分为干法和湿法两类。

干法回收不必考虑产品的干燥和污泥处置问题，产品符合市场需要，是研究和应用较为广泛的技术方法。

日本NEC公司开发了图1-1所示的废电路板的干法处理工艺[xvi]。该工艺采用两段式破碎法，利用特制破碎设备将废电路板板粉碎成小于1 mm的粉末，铜可以很好地解离，经过两级分选可以得到铜含量约82%(重量)的铜粉，其中超过94%的铜被回收，树脂和玻璃纤维混合粉末尺寸主要在100-300 μm之问，可以用作油漆、涂料和建筑材料的添加剂。

温雪峰等[xvii]研究了“干法破碎＋静电分选＋离心分选”的回收处理工艺，如图1-2所示。

废电路板经过双齿辊破碎机粗碎、冲击式破碎机细碎后分级为三部分。然后采用静电分选回收、高强度离心分选回收等方法，得到品位为95.42%的金属富集体，综合效率可达86.92%；

湿法的分离精度比较高，但存在着产品干燥以及废水和污泥难以处理等问题。Mou等[xviii]开发了“湿法破碎+水力摇床”的废电路板回收工艺。金属回收率超过95%。流程中设计了折流式配水槽和两级过滤装置，废水中大部分细微颗粒沉淀到水槽中，经过滤后出水可以回用，因此工艺水在整个回路中达到闭路循环，没有废水排放。

物理分离技术可以有效避免化学手段(如湿法浸出等) 产生的环境污染，是一种较理想的金属回收工艺，但其难以实现不同金属，特别是相似金属的分离。

1.2.2 热处理技术

热处理技术包括传统的焚烧法、热解法，以及新兴的微波处理法和等离子体技术。

1）焚烧法

焚烧法是先将废印刷电路板粉碎至一定粒径，然后送入温度约为600～800℃的焚化炉中焚烧，线路板中有机成份在氧化气氛下分解被破坏，焚烧后的残渣为裸露的金属或其氧化物及玻璃纤维，经粉碎后可由物理和化学方法分别回收。含有机成分的气体则进入二次焚化炉(温度约1000～1200℃)燃烧后，再经急冷塔碱液、除尘过滤处理后排放。由于电路板阻燃剂中含有氯、溴等成分，焚烧过程中温度控制不当会产生二噁英等剧毒物质，因此对焚化炉及其空气污染防治设施的要求极为严格。

2）热解技术

热解技术是利用缺氧或无氧条件使有机物裂解生成气、油、或焦而与金属分离。先拆除废电路板上的元件，然后将板材粉碎至一定尺寸送入反应器中热解。环氧树脂等聚合物材料在惰性气体保护下加热到一定温度发生热分解，生成低分子量物质。冷凝由反应器出来的热解油气，得到不凝性气体和液态热解油。金属和玻璃纤维等成分基本不发生性质变化，留在反应器中作为固相残渣，采用简单的物理方法即可分离回收。

热解技术不仅避免复杂的金属与聚合物材料分离过程，而且还能从热解产物中回收热能和化学原料，环境污染小，极具吸引力。但是，该技术过程复杂，尚未实现工业化应用，且国内研究不多，离真正工业化应用还有一段距离。

3）微波处理法

利用微波直接加热废弃线路板物料，微波炉中产生的玻璃和金属在高温下形成一种玻璃化物质，冷却这种物质后，金、银和其他金属就以小珠的形式分离回收[xix]。

这种处理工艺的处理成本低，废弃物体积减少50%，利用微波加热下的碳化硅床分解有机废气，最终的玻璃化产物可将有害成分牢牢地包固在其中,能够很好地符合环境排放标准，不会造成二次污染。目前这一技术在实验室取得了很好的效果，但其成本较高，对设备要求严格，距离投入工业应用还有很长的路要走。

4）等离子体技术

中科院等离子体所研制成功了等离子体高温无氧热解炉回收处理废电路板工艺[xx]。通过高效电弧在等离子体高温无氧状态下，将电子垃圾在炉内分解成气体、玻璃体和金属三种物质，然后从各自的排放通道有效分离。整个过程高温无氧分解，不和氧气接触，不会对空气造成污染。排放出的玻璃体可以用作建筑