廢舊電路板資源的回收及利用研究

蘇日古格

（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

廢舊電路板資源的回收及利用研究

蘇日古格

（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

印刷電路板是當今社會使用最多的電子元件，其應用范圍極廣，更新?lián)Q代速度也很快。因此，廢棄電路板的處理成為人們關注的焦點。嚴格來說，廢舊電路板并不能算是“廢物”，其中有80%～90%的東西是可以回收利用的，因此其具有很高的回收利用價值。本文闡述了廢舊電路板的危害性以及其資源化利用價值，并闡述了物理回收過程中可利用的關鍵技術，如拆解技術、破碎技術、分選技術等，以期實現(xiàn)資源的循環(huán)利用和環(huán)境的有效保護。

廢舊電路板；資源；回收；利用

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，信息技術不斷更替，電子科技不斷升級，而電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的垃圾也越來越多。電子垃圾可以分為以下幾類：電路板、金屬零件、電池、電線以及有機殼塑料。其中，部分來自公共場合、家庭以及企業(yè)，其主要是由于信息更替而產(chǎn)生的廢舊電子產(chǎn)品；部分則來自于產(chǎn)品產(chǎn)生時產(chǎn)生的邊角料以及各種零部件[1]。隨著生活日益信息化，電子廢棄物的產(chǎn)生成了必然的結果。如果人們不能很好地處理廢棄的電子產(chǎn)品，而隨意堆放，那么不僅占用大量空間資源，還會污染環(huán)境，危害動植物與人類的生命安全。當今社會使用最多的電子元件便是印刷電路板，其應用范圍極廣，同時更新?lián)Q代的速度也很快。因此，廢棄電路板的處理工作成了所有人關注的焦點。

1 廢舊電路板的危害性以及其資源化利用價值

1.1 廢舊電路板的危害性

1.1.1 廢舊電路板本身危險程度高

眾所周知，廢舊印刷電路板被劃分在危險廢物一類中。雖然人們可以將其拆解，把不屬于危險廢物的部分分離開來簡化其處理工作，但是廢舊電路板生產(chǎn)量大，而且在分類時不系統(tǒng)，加上監(jiān)管的不到位，使得只有少部分能夠被回收利用，大部分都被隨意堆積和掩埋，從而占用大量土地資源，增加了環(huán)境風險。

1.1.2 印刷電路板中含有大量有毒成分和重金屬

印刷電路板中含有大量的溴化苯（PBB）、溴化聯(lián)苯乙醚（PBDE）等有毒成分以及銅、鉛等重金屬，這些物質(zhì)一旦進入環(huán)境，便會對土壤和水源產(chǎn)生難以修復的損害。如果不及時處理，其中的銅、鉛等重金屬就會滲入水體和土壤，而動植物和人類之間存在食物鏈關系，這些重金屬最終會影響人類的生命安全。如果隨意焚燒的話，印刷電路板中的多氯聯(lián)苯、鹵化物阻燃劑以及有機物會產(chǎn)生大量氮氧化物和二噁英等有害氣體，最后會污染大氣[2]。此外，不合理處理工作也會對回收廢舊電路板的工作人員產(chǎn)生不利影響，使得工作人員的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)病率明顯提高，甚至有可能身陷癌癥。

1.2 廢舊電路板資源化后價值高

從資源的角度來看，其實印刷電路板并不能算是“廢物”，人們應該稱其為有待開發(fā)的“第二資源”，電路板中有80%～90%的東西是可以回收從而循環(huán)利用的，因此它具有很高的回收利用價值。并且，印刷電路板中含有大量銅以及貴金屬金、銀，相比而言，它的金屬品質(zhì)比礦石還要高出幾十倍到上百倍。廢舊電路板中銅含量最高，高達26．8%，而金、銀的含量也分別達到809 g/t和33 009 g/t，遠遠超過普通金銀礦中的金銀含量。據(jù)有關調(diào)查顯示，印刷電路板單層板含銅5%～6%，雙層板含銅10%～12%，多層板含銅20%～30%[3]。相較于重新從礦石中提取金屬，回收利用廢舊電路板不僅能夠減輕現(xiàn)今金屬資源緊張的狀況，還能減少對環(huán)境的破壞，避免二次污染。

2 物理回收過程中可利用的技術

最早的物理回收技術出現(xiàn)在20世紀，由美國礦產(chǎn)局發(fā)明并使用，主要是針對廢舊軍用物品的處理。與此同時，這類物理機械處理方法也在德國、加拿大、日本等發(fā)達國家產(chǎn)生并使用。到今天，機械物理處理方法已基本成形，其大致分為以下幾種技術：拆解、破碎和分選技術。

2.1 拆解技術

大部分廢舊電路板上的電子元件是可以重復利用的，可循環(huán)價值較高。雖然科技的發(fā)展使得廢舊電路板被淘汰，但作為其組成部分的大部分元件還是能夠使用的，仍然具有較高的使用可能。不過，許多元器件都含有有毒物質(zhì)以及重金屬，在破碎廢舊電路板時，需要先將這些元器件拆解分離，從而減少后期處理困難[4]。拆解工作作為整個廢舊電路板重新利用的第一步，必須要保證其有效性，這推動了當今電路板拆解技術朝著多元化、高效化和智能化方向不斷發(fā)展。美國的Ahmed EISayed等人曾就廢舊電子產(chǎn)品的處理問題做過專門的調(diào)查和研究，為了有效防止處理過程中的不確定性，其發(fā)明了一種有效的智能拆解單位，這一單位主要由相機、距離傳感器、工業(yè)機器手以及組件分割視覺算法等部分構成，主要運用了感知性能，了解到被拆解元器件的具體位置坐標、了解到外形封裝的信息，最后使用GA算法，確定最優(yōu)拆解序列，然后開始拆解工作。這一模式能夠避免那些不確定性，靈活處理和拆解元器件，實現(xiàn)最優(yōu)目標。后來，韓國Jaeryeong Lee等人也設計出了一種能夠拆除電路板表面元件的裝置，主要分為三個不同部分，一個就是金剛石研磨機，轉(zhuǎn)速極快，能夠?qū)⒈砻嬖骷母亢更c磨損，使其脫落；一個是電路板推進旋轉(zhuǎn)臂，上有9個液壓缸可以用來固定和移動電路板；另一個是過濾體系，可以將一些元器件和磨損過程中產(chǎn)生的焊錫粉末過濾掉，這一處理過程是真空的[5]。中國學者何毅等人設計的則是一種不一樣的設備，其主要的原理是通過連續(xù)加熱使得元件自主拆卸，將入料、拆卸和出料過程自動化，其自動化拆解率可以高達90%，真正實現(xiàn)了高效與自動化。

2.2 破碎技術

破碎是以完全分離金屬與非金屬為目的的機械操作，主要應用于固態(tài)物質(zhì)，整個操作過程不影響物體的體積和質(zhì)量，只是增加其表面積，從而達到目的。據(jù)有關資料顯示，所有電路都是金屬與非金屬相間分布的，在分選工作開始前，人們必須將目標金屬給分化出來，這樣才能實現(xiàn)解離目標，繼續(xù)下面的分離操作?，F(xiàn)有的電路板破碎方法有干式、半干式、濕式三種，應用最廣的當屬干式機械破碎法，它主要使用的是采礦工業(yè)部門的直接機械破碎法，通過摩擦、剪切、擠壓、沖擊、劈裂、彎曲等方式來達到破碎效果，其中效果最好的便是沖擊和剪切。在破碎時，人們需要保證電路板的物料粒度，也就是完全破碎，然后追求解離度，即金屬體能夠被完全解離的粒度。據(jù)資料顯示，當物料粒度過粗或過細時，金屬體分離效果并不好，所以人們必須將其控制在一定范圍內(nèi)。通過干式破碎機械試驗，人們發(fā)現(xiàn)，當物料粒度小于1.2 mm時，金屬會出現(xiàn)好的解離性，而當物料粒度不斷減小，它的解離度卻隨之增大。在粒度小于0.45 mm時，金屬能夠和非金屬實現(xiàn)完全解離。然而，在生活中，干式機械破碎往往會出現(xiàn)二次污染，并且需要的機械設備要求高，所以干式機械破碎法漸漸被大眾放棄，失去主流地位?，F(xiàn)今，全球的注意力都集中在研發(fā)高效、環(huán)保設備，低溫和濕式的破碎工藝以及多級破碎手段的研發(fā)和利用上，這些研究已經(jīng)取得了一定的成就。最初的破碎技術比較原始，主要是利用礦石破碎機械來破碎電子廢棄物，然而兩者在硬度等方面都不相同，所以礦石破碎機械雖然在一定程度上能夠破碎電子產(chǎn)品，但效果并不佳。而隨著研究的深入，當破碎量減少時，拆解量會增加，這樣對機械回收的整體效果更有效果。學者鄒亮等人對廢棄電路板的低溫粉碎展開系統(tǒng)的研究，通過系統(tǒng)的試驗發(fā)現(xiàn)，低溫可以使電路板脆性更明顯，當溫度至-120℃時，只需要5 min的冷凍時間，便可以獲得較多細粒級產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品都具有較高的解離度和較平滑的顆粒表面。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，高壓電脈沖的破碎物中，粗粒級產(chǎn)率大，而且細粒級產(chǎn)率也比較小，所以高壓電脈沖能夠減少“過粉碎”現(xiàn)象，保證破碎的效果。

2.3 分選技術

分選技術是指根據(jù)電路板破碎物顆粒的粒度、導電性、磁性、密度和形狀表面等性質(zhì)差異來實現(xiàn)物料的富集和分離。密度差異分選是電路板分選技術的一個重點，除此以外，還有表面性質(zhì)差異分選和磁電性質(zhì)差異分選等。密度分選便是根據(jù)不同物料的粒度和密度，采用機械力和流體動力，實現(xiàn)不同層次的分層，從而達到產(chǎn)品標準要求。密度差異分選使用的技術主要有旋風分離技術、重選以及風力搖床。在組建電路板時，需要注意的是，金屬中密度最小的便是鋁（2.7 g/cm3）（其他金屬如銅、鐵的密度都在7.0 g/cm3以上），而塑料的密度在1.0～1.5 g/cm3，玻璃纖維的密度為2.0～2.8 g/cm3。由此人們可以發(fā)現(xiàn)，金屬和非金屬的密度還是有差距的，這就給電路板分離金屬和非金屬提供了理論依據(jù)[6]。在這個理論基礎上，學者馬國軍等人利用磁選結合重選的方法來完成廢舊電路板中金屬的回收工作。無獨有偶，學者許振明等人也對電路板的資源化進行深入研究，研發(fā)出能夠處理電子廢棄物的渦電流分選技術、多級高壓靜電分選及裝備，在回收過程中能耗與成本更低，其技術合理性得到人們公認，處于國際領先水平。通過兩個項目的對比，筆者發(fā)現(xiàn)采用磁選與重選相結合的方法，其金屬回收率較高，而重選效果相對較差。

3 結語

廢舊資源的充分利用可以較好地節(jié)約資源，保護環(huán)境。因此，人們必須大力開展廢舊電路板的回收和利用工作。而電路板機械回收的首要工作便是拆解，拆解效果的好壞直接影響下一步工作的開展以及后續(xù)電路板的整體處理效果。目前，我國多使用半自動化拆解技術，一次拆解后再人工分類，不僅效率低下，還會對人體產(chǎn)生極大的危害。今后，人們應加強這方面的研究，從而促進資源的循環(huán)利用和環(huán)境的保護。

1 紀 昂，王建波，郭 杰，等.廢舊電路板加熱拆解過程中顆粒物的排放及其在人體呼吸系統(tǒng)的沉積特征[J].環(huán)境污染與防治，2017，39（6）：583-587.

2 祁正棟，劉洪軍.廢舊電路板中有色金屬的機械物理回收技術[J].材料導報，2015，29（17）：122-127.

3 白 靜，白建峰，戴 玨，等.廢舊手機電路板酸性硫脲浸金過程動力學[J].環(huán)境工程學報，2016，10（3）：1400-1405.

4 孫春旭，郭 杰，王建波，等.廢舊印刷電路板中電子元器件回收處理技術進展[J].材料導報，2016，30（9）：105-109.

5 趙冬梅，王雅萍，巫帥珍，等.工業(yè)余熱拆卸廢舊電路板[J].環(huán)境工程學報，2017，11（3）：1865-1870.

6 何宇辰.含金廢舊電路板中金和銅的氯化法提取[D].上海：上海交通大學，2015.

Research on Recycling and Utilization of Waste Circuit Board Resources

Suriguge
(Tianjin Printronics Circuit Limited by Share Ltd., Tianjin 300308, China)

Printed circuit board is the most widely used electronic components of today's society, its wide range of applications, replacement speed is also very fast.Therefore, the disposal of discarded circuit boards has become the focus of attention.Strictly speaking, the waste circuit board can not be regarded as quot;wastequot;, of which 80% to 90% of the things can be recycled, so it has a high recycling value.This paper expounds the harm of waste circuit board and its resource utilization value, and expounds the key technologies which can be used in the process of physical recovery, such as dismantling technology, crushing technology and sorting technology, so as to realize the recycling of resources and the environment Effective protection.

waste printed circuit boards; resources; recycling; utilization

X76

A

1008-9500(2017)10-0054-03

2017-08-22

蘇日古格（1988-），女，蒙古族，天津人，本科，研究方向：三廢治理和環(huán)境保護。