熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的工業(yè)化應(yīng)用

熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的
工業(yè)化應(yīng)用

介紹了熔池熔煉技術(shù)原理及其優(yōu)勢(shì)，分析了熔池熔煉技術(shù)在處理廢電路板時(shí)的技術(shù)特點(diǎn)。結(jié)合中國(guó)節(jié)能貴嶼火法項(xiàng)目的生產(chǎn)實(shí)踐，重點(diǎn)介紹了已取得的工業(yè)化研究成果。

熔池熔煉；廢電路板；工業(yè)化

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，國(guó)內(nèi)電子廢棄物的產(chǎn)生量呈逐年增加的趨勢(shì)，廢電路板的產(chǎn)生量也隨之逐年增加。大量電子廢棄物的產(chǎn)生給環(huán)境帶來(lái)了巨大的承載壓力，而廢電路板中含有大量的銅、金、銀等有價(jià)金屬元素，如何合理處置廢電路板，并從中再生回收有價(jià)金屬元素受到人們的高度關(guān)注[1-2]。

目前，國(guó)內(nèi)外從廢電路板中回收有價(jià)金屬元素的方式主要包括物理法、火法和濕法三種[3-5]。其中，火法是發(fā)達(dá)國(guó)家處理廢電路板的主要方法，且對(duì)該技術(shù)嚴(yán)格保密；濕法多以酸浸為主，易產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水等二次污染，故濕法在國(guó)外沒(méi)有形成大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)普遍以物理法為主，其核心只是在于對(duì)物料進(jìn)行簡(jiǎn)單分類，分類后仍需火法或濕法加工。本文在總結(jié)分析熔池熔煉技術(shù)原理及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了熔池熔煉技術(shù)在處理廢電路板領(lǐng)域的特性，并結(jié)合中國(guó)節(jié)能貴嶼火法項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況，分析了熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的可行性。

一、熔池熔煉技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1 熔池熔煉技術(shù)原理

熔池熔煉技術(shù)是將爐料直接加入到鼓風(fēng)翻騰的熔池中迅速完成氣、液、固相間主要反應(yīng)的熔煉方法。其基本原則就是在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥眨ㄑ鮿?shì)）下，使有價(jià)金屬元素得到富集，而脈石礦物等成分則富集到爐渣中，使?fàn)t料中的有價(jià)元素依其物理化學(xué)性質(zhì)不同分別富集到銅锍、爐渣和煙塵中，以利于進(jìn)一步利用。這種強(qiáng)化熔煉的冶金方法適用于有色金屬原料熔化、硫化、氧化、還原、造锍和煙化等冶金過(guò)程。

1.2 熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的優(yōu)勢(shì)

發(fā)達(dá)國(guó)家多采用熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板和廢雜銅混合料（如德國(guó)、比利時(shí)、日本、韓國(guó)），而國(guó)內(nèi)熔池熔煉技術(shù)多應(yīng)用于礦石冶煉領(lǐng)域。在處理廢電路板時(shí)，目前國(guó)內(nèi)多采用鼓風(fēng)爐、陽(yáng)極爐等傳統(tǒng)的火法工藝。傳統(tǒng)火法工藝的最大缺點(diǎn)就是會(huì)產(chǎn)生二噁英、硫化物、氮氧化物等有毒有害氣體，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

與鼓風(fēng)爐、陽(yáng)極爐等傳統(tǒng)火法工藝不同，熔池熔煉技術(shù)是將破碎后的廢電路板直接加入鼓風(fēng)翻騰的熔池中，迅速完成氣、液、固三相間反應(yīng)的熔煉方法，具有原材料適用性強(qiáng)、反應(yīng)速度快、床能率大、煙塵率低等優(yōu)勢(shì)，不僅減少了熔煉過(guò)程的金屬逃逸，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)控制即可實(shí)現(xiàn)熔化、氧化、還原、煙化等不同熔煉功能間的相互轉(zhuǎn)化。此外，熔池熔煉技術(shù)還能夠充分利用廢電路板中的玻璃纖維等物質(zhì)，在熔煉過(guò)程中起到熔劑作用，減少了造渣熔劑的加入，解決了國(guó)內(nèi)濕法、物理法等工藝之后處理被動(dòng)處理玻璃纖維碎屑的問(wèn)題，提高了玻璃纖維的利用價(jià)值。

1.3 小型化的熔池熔煉爐符合廢電路板拆解產(chǎn)業(yè)的業(yè)態(tài)需求

2015年我國(guó)五種主要廢棄電器電子產(chǎn)品（廢電視機(jī)、廢冰箱、廢洗衣機(jī)、廢空調(diào)、廢電腦）的回收量約為15274萬(wàn)臺(tái)，約合348萬(wàn)噸，年同比增長(zhǎng)達(dá)到了12.5%。盡管電子廢棄物的產(chǎn)生量較大，但國(guó)內(nèi)具有拆解補(bǔ)貼資質(zhì)的企業(yè)就有109家，且拆解回收企業(yè)遍布全國(guó)29個(gè)省市自治區(qū)。與傳統(tǒng)銅冶煉企業(yè)相比，廢電路板拆解企業(yè)規(guī)模小，廢電路板產(chǎn)生量少。同時(shí)，根據(jù)國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄的規(guī)定，廢電路板屬于危險(xiǎn)廢棄物，跨省轉(zhuǎn)運(yùn)需根據(jù)國(guó)家及地方的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行申報(bào)，審批通過(guò)后方可跨省轉(zhuǎn)運(yùn)。存在審批周期較長(zhǎng)，不利于集中處置等問(wèn)題。

因此，與傳統(tǒng)銅冶煉企業(yè)不同，處理廢電路板的企業(yè)規(guī)模應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際產(chǎn)生量確定，規(guī)模不易過(guò)大。所以，小型化的熔池熔煉爐符合廢電路板拆解產(chǎn)業(yè)的業(yè)態(tài)需求。

二、熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的特點(diǎn)

2.1 把握熔銅與煉銅的不同

由于銅礦石原料中的銅多以硫化銅或氧化銅類物質(zhì)存在，在銅冶煉過(guò)程中需經(jīng)氧化、還原等一系列化學(xué)反應(yīng)，才能得到粗銅。而廢電路板中的銅多以單質(zhì)形式存在，無(wú)需經(jīng)過(guò)氧化、還原反應(yīng)，僅需在高溫狀態(tài)下將銅熔化后，使銅得到富集即可。因此，與從礦石中冶煉銅的方式不同，在利用熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板時(shí)，需正確把握熔銅與煉銅的不同之處。在借鑒煉銅的工藝技術(shù)原理時(shí)，應(yīng)根據(jù)廢電路板的特性，進(jìn)行優(yōu)化工藝操作方式，進(jìn)而得到較好的熔銅效果。

2.2 有效控制熔池熔煉爐內(nèi)部氣氛，確保物料充分燃燒

爐內(nèi)反應(yīng)氣氛是實(shí)現(xiàn)銅渣有效分離的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)銅冶煉過(guò)程中，氧化氣氛與還原氣氛分別在熔煉爐的不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成；而在處理廢電路板時(shí)，由于是熔銅的過(guò)程，所加入空氣（或富氧）的目的就是保證廢電路板的充分燃燒，廢電路板加熱分解產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并依靠廢電路板中有機(jī)物及其分解物的充分燃燒，杜絕二噁英等有害物質(zhì)的產(chǎn)生。因此，熔池熔煉爐內(nèi)的氣氛控制需根據(jù)電路板的成份不同而具體調(diào)節(jié)。

2.3 合理調(diào)配入爐的廢電路板中金屬品位，實(shí)現(xiàn)自熱運(yùn)行

熔煉過(guò)程溫度控制是熔煉過(guò)程關(guān)鍵的控制參數(shù)之一。傳統(tǒng)銅冶煉過(guò)程中，熱量的來(lái)源一部分是物料之間發(fā)生反應(yīng)放出的熱量，但大部分熱量依靠外界提供燃料來(lái)保證熔煉過(guò)程的溫度。而在處理廢電路板時(shí)，所有物料直接加入到熔池中實(shí)現(xiàn)完全燃燒，廢電路板中的有機(jī)物（含量在30%以上）燃燒放出大量的熱量，可滿足熔池熔煉爐的正常生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)熔池熔煉爐的自熱運(yùn)行。因此，熔池熔煉爐的能量消耗主要集中在開(kāi)爐階段，開(kāi)爐后的外部能源供給較少，節(jié)能效果顯著。

2.4 有效控制鋁、鐵等雜項(xiàng)金屬的入爐，以降低渣量

造渣是熔煉過(guò)程中重要的一環(huán)，也是熔煉效果好壞的直接體現(xiàn)。爐渣渣型控制的目的在于根據(jù)物料組成將爐渣控制在熔點(diǎn)最低、黏性最小和流動(dòng)性最好的成分范圍之內(nèi)，降低爐渣中的有價(jià)金屬含量，提高熔煉回收率。

在處理廢電路板時(shí)，由于廢電路板中含有電容、電阻、鐵氧體及元器件等物質(zhì)，在熔煉過(guò)程中鋁、鐵等元素易形成高熔點(diǎn)物質(zhì)，引起爐渣渣型黏性增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致熔煉爐底部產(chǎn)生凍結(jié)層。為消除凍結(jié)層或使鋁、鐵等物質(zhì)不形成高熔點(diǎn)物質(zhì)，需額外加入大量的造渣溶劑，以形成低共熔點(diǎn)的物質(zhì)，但此時(shí)熔煉爐的爐渣量勢(shì)必增大。因此，有效控制好含鋁、鐵等物質(zhì)的加入量，對(duì)提高熔煉爐的處理能力、減少爐渣產(chǎn)生量具有十分重要的作用。

表1 粗銅中主要金屬成分

三、熔池熔煉技術(shù)處理廢電路板的工業(yè)化應(yīng)用

廣東省汕頭市貴嶼鎮(zhèn)是全國(guó)最大的電子廢棄物拆解基地之一，同時(shí)也因電子拆解業(yè)的發(fā)展而造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。中國(guó)節(jié)能在貴嶼循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)投資建設(shè)了年處理2萬(wàn)t廢電路板的火法處理項(xiàng)目。該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首家將熔池熔煉技術(shù)應(yīng)用到廢電路板處理并提取稀貴金屬的企業(yè)，旨在實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的無(wú)害化處理、資源化利用。

該項(xiàng)目年處理電路板2萬(wàn)t，年產(chǎn)粗銅等稀貴金屬4000t、副產(chǎn)溴化鈉700t。該項(xiàng)目自2016年初投產(chǎn)試運(yùn)行以來(lái)，取得了較好的研究成果。所產(chǎn)出的粗銅中銅品位在85%以上，粗銅中含金在10g/t以上，銀300g/t以上，具體成分如下表所示。

根據(jù)已取得的研究成果可知，利用熔池熔煉技術(shù)從廢電路板中回收有價(jià)金屬元素是可行的。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)無(wú)火法處理廢電路板的空白，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)的成功實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

熔池熔煉技術(shù)在處理廢電路板時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，小型化的熔池熔煉爐是處理廢電路板的理想解決方案。中國(guó)節(jié)能首次成功地將熔池熔煉技術(shù)應(yīng)用到廢電路板資源化過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)廢電路板中有價(jià)金屬的高效回收提供了理論及實(shí)踐依據(jù)。

(1)劉旸,劉靜欣,郭學(xué)益. 電子廢棄物處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].金屬材料與冶金工程,2014,42(2):44-49.

(2)宋闖,袁野.電子廢棄物的環(huán)境污染及回收利用概述[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2015(3):26-28.

(3)趙良慶,潘利祥,李朝暉,等.廢PCB處理技術(shù)探討[J].環(huán)境工程,2014,(32)(增刊1）：753-755.

(4)洪大劍,張德華,鄧杰.廢印刷電路板的回收處理技術(shù)[J].云南化工,2006,33(1):31-34.

(5)于寧濤,鐵占續(xù),王發(fā)輝.廢舊印刷電路板資源化研究綜述[J].中國(guó)資源綜合利用,2011,29(7):21-24.

Industrial applications of the Bath Smelting technology in processing wasted printed circuit boards

文/中節(jié)能工程技術(shù)研究院有限公司 劉杰 李德忠 劉風(fēng)華 仇夏杰

第一作者：劉杰，男（1963—），E-mail:liujie3513@163.com,研究方向：固體廢棄物資源化利用

李德忠，男（1984—），博士，E-mail:dzli0636@126.com，研究方向：固體廢棄物資源化利用