電子元器件回收利用和管理平臺

王柱穎 李天松 肖建鋒 盧永運

摘要：針對我國電子類高校對電子元器件的使用管理以及回收利用狀況，大量的電子元器件被亂丟。對電子元器件的資源化利用以及隨意丟棄的危害性沒有足夠的認(rèn)知。此外，基于學(xué)生經(jīng)常會用到集成電路、電阻、電容等電子元器件。綜合評述了電子元器件回收最新液體加熱解錫技術(shù)進(jìn)展和回收利用的價值。提出了對各大高校舊電路板資源化和無害化回收利用。并為了滿足學(xué)生日常所需，建立了電子元器件的智能管理平臺。

關(guān)鍵詞：電子元器件;回收利用;智能管理

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）35-0256-02

1 平臺建設(shè)目標(biāo)

由于社會對電子類創(chuàng)新人才的需求日益增加，要求學(xué)生的動手實踐能力不斷地加強(qiáng)，高校的實踐教學(xué)的實驗越來越多。然而實驗室所用日常耗材電子元器件多且雜，體積較小[2]，價格較低等因素的影響，往往導(dǎo)致學(xué)校不夠重視，造成嚴(yán)重的浪費損壞，回收利用率低下。以及課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計完成之后的電路板，大部分的元器件都是好的，這樣的電子元器件完全可以回收利用，以達(dá)到資源的最大化利用，學(xué)生就不會隨意丟棄。這些隨意丟棄和浪費不僅浪費資源，還會造成金屬污染給環(huán)境保護(hù)造成較大的壓力。此外，將滿足了在校大學(xué)生對于在學(xué)習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計電子元件的需求。同時學(xué)生可以通過公網(wǎng)訪問我們的器件庫，直接在網(wǎng)上訂購，隨后我們便送貨上門。改善學(xué)生網(wǎng)上購買周期長的不便捷。我們也提供線上一對一答疑，可快速解決學(xué)生在專業(yè)技術(shù)上的疑惑。圖1給出了平臺的方向及目標(biāo)。

2 舊電路扳回收利用

電子元器件廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中，由于現(xiàn)在電子設(shè)備的更新?lián)Q代速度快，大量的電子元器件造成了極大的浪費，所以對舊電路板回收有非常大的意義以及可觀的利潤。

電路板上的電子元器件性能不一致，種類繁多，組成的材料也差異大。通常有變壓器、二極管、集成電路模塊、電阻器、電容器，MOS管等電子元器件。所以在處理舊電路板時，要先將舊電路板的電子元器件拆卸下來單獨處理，電子元器件通過焊錫與電路板連接在一起。所以回收電子元器件首先要將元器件和PCB板分離。然后回收有價值的電子元器件，對有價值的元件制定有針對性的回收方案，以及將有效的控制有害、有毒物質(zhì)的無害化處理，這將最大限度地降低回收成本，獲取可觀的利潤。所以筆者認(rèn)為最優(yōu)的回收流程如圖2所示。

2.1器件解錫方式

2.1.1手工解錫

手工解錫是比較傳統(tǒng)的解錫方式。學(xué)生平時基本都是通過電烙鐵直接拆卸元器件，或借助熱風(fēng)槍將主控器的貼片元器件拆除。但由于只能將部分比較有價值的元器件拆除，而且極易導(dǎo)致拆卸下來的元器件不能二次利用。此外，這種方式效率極低，而且有害、有毒的電子元器件拆卸過程中稍有不慎將會引起環(huán)境污染，甚至對人體健康造成很大的威脅。這不符合利潤最大化。

2.1.2化學(xué)解錫

化學(xué)解錫利用金屬能在濃鹽酸、硫酸、王水等強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化性溶液中溶解的性質(zhì)，使金屬以離子態(tài)形式溶解在溶液，再使用電化學(xué)的方法從浸提液中回收金屬，最后通過金屬提煉得到較純的金屬，從而實現(xiàn)金屬的回收利用。

中國環(huán)境科學(xué)研究所劉景洋等[1]研究了廢電路板在不同濃度硝酸溶液中焊錫完全溶解的時間，以及Sn，Pb，Zn，F(xiàn)e和Cu的溶解規(guī)律及循環(huán)利用浸提液的可行性。研究結(jié)果表明：廢印制電路板最佳剝離硝酸濃度為2 mol/L左右，該條件下210min內(nèi)廢印制電路板上的焊錫完全溶解，元器件能夠全部拆除;稀硝酸作為浸提液，可重復(fù)利用4次以上，各次循環(huán)對焊錫均具有較好的溶解效果。但是在循環(huán)利用過程中，Cu的反應(yīng)速率不斷增加，易造成Cu的流失。而且在這過程中，將會產(chǎn)生大量的廢酸，處理廢酸也需要大量的工序，處理不當(dāng)將會造成環(huán)境的污染。這不符合電子元器件回收的初衷。

2.1.3加熱解錫

加熱解錫以不損壞的前提下，將元器件從電路板上拆除。拆卸電路板上元器件所用的加熱方法有熱風(fēng)加熱、紅外線加熱、液體加熱和激光加熱。宋守許等[4]利用TOPSIS法比較幾種加熱的方法，得出結(jié)論液體加熱是最有的方法。其中清華大學(xué)的Zeng Xian lai等[5]研究了一種環(huán)保的拆解方法，透過水溶性離子液體加熱，系統(tǒng)地研究了PCB板拆裝過程中影響焊接接頭開孔的因素、加熱機(jī)理和優(yōu)化參數(shù)。發(fā)現(xiàn)在45 r/min攪拌、250℃加熱12 min后，電路板上約90%的電子元器件可拆除。這種新工藝為分離電子元件和回收錫焊料提供了大規(guī)模工業(yè)操作的可能性，并為PCB板的回收提供了一種更高效、更環(huán)保的工藝。這不僅極大的降低成本，而且對環(huán)境無二次污染。

2.2舊PCB板的結(jié)構(gòu)和組成

舊PCB板的種類繁多，使用FR-4（玻纖布基）、CEM-1/3（玻纖和紙的復(fù)合基板）、FR-1（紙基覆銅板）、金屬基覆銅板（主要是鋁基，少數(shù)是鐵基）是目前最常見的材料類型。按結(jié)構(gòu)分，又分為單面板、雙面板、多面板以及軟印刷板等。由于電路板上有大量的金屬，隨意丟棄將會造成資源的浪費以及環(huán)境污染。因此，通過與負(fù)責(zé)回收的公司合作，將實現(xiàn)資源化利用。

2.3元件檢測

元器件檢測電路由單片機(jī)電路、液晶屏顯示電路、矩陣按鍵電路組成。由于回收的有價值的芯片有可能會有損壞，所以要對芯片進(jìn)行檢測，然后對壞的元件進(jìn)行專門的維修。

芯片測量的原理框圖如圖3所示。

3 智能管理平臺

該智能管理平臺由六部分組成，分別是數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)端PC機(jī)、管理員PC機(jī)、信息打印、主控系統(tǒng)和庫存計數(shù)[6]。平臺系統(tǒng)框圖如圖4所示。

數(shù)據(jù)服務(wù)器主要用來與記錄庫存的電子器件數(shù)量以及與主控系統(tǒng)通信，讀取電子元器件的庫存，如果元器件的庫存不足服務(wù)器將向管理員PC機(jī)傳遞預(yù)警信息。此外遠(yuǎn)端PC機(jī)可以通過公網(wǎng)可以查詢電子器件庫的庫存信息，可以直接訂單，服務(wù)器并對訂單信息進(jìn)行打印。管理員PC機(jī)可與遠(yuǎn)端PC機(jī)相互通信，實現(xiàn)線上技術(shù)交流、資源共享。

主控系統(tǒng)主要是記錄電子元器件出庫和進(jìn)庫，計算電子元器件的庫存，并將庫存信息發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)器。

電子器件進(jìn)庫之前建立條形碼標(biāo)簽，標(biāo)簽包含器件的名稱、數(shù)量、標(biāo)簽的序列號。器件入庫時，掃描條形碼標(biāo)簽將信息錄進(jìn)入庫信息庫中。器件出庫時，將出庫條形碼標(biāo)簽掃描進(jìn)出庫信息庫中。這就實現(xiàn)了電子器件的自動增減。

條形碼掃描的原理是掃描器利用光電器件將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，由于電信號的信號非常微弱，因此要將電信號進(jìn)行放大，在通過整形電路將模擬的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便給單片機(jī)采集信號。

4 結(jié)束語

我國加大對電子人才的培養(yǎng)。校園里的創(chuàng)客和電子愛好者也不斷地增加。對電子元器件的需求日益增加。建立電子元器件智能管理滿足了學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的電子元器件日常需求。以及使學(xué)生購買元器件更加的便捷。然而元器件的數(shù)量日益增加，導(dǎo)致元器件隨意丟棄，造成資源的浪費以及幻境對污染。需將元器件的資源化利用和無毒無害化處理。且在回收中，要摒棄“先污染后治理”的想法。采用了無二次污染的，更加高效的方法回收元器件。同時在檢測元器件好壞過程中，調(diào)動了同學(xué)的積極性，增強(qiáng)了對電子元器件的節(jié)約意識。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉景洋，段寧，楊海玉，等.硝酸浸提拆解廢印制電路板元器件技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)研究，2010（10）：1291.

[2]Stobbe I，Griese H，Petter H，et al.Quality assured disassemblyof electronic components for reuse[C]//Conference Record ofthe 2002 IEEE International Symposium on Electrnic&the En-vironment.San Francisco，2002：299.

[3]易榮華，陳曉勇，沈玲瓏，等.自動拆卸廢棄電路板上電器元件裝置研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2017（9）：46.

[4]宋守許，劉偉國，劉光復(fù)，等.基于TOPSIS法的電路板拆卸元器件加熱方法評價[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，32（7）：950.

[5]Xianlai Zeng，Jinhui Li，Henghua Xie，et al.A novel dismantlingprocess of waste printed circuit boards using water-solubleionic liquid[J]. Chemosphere，2013（93）：1288-1294.

[6]楊振雷，毛福新，張洪彬.電子元器件管理系統(tǒng)設(shè)[J].電子世界，2018（1）：1003-0522.

【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2019-10-16

基金項目：本文系國家大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練“基于互聯(lián)網(wǎng)的通信服務(wù)平臺”（項目編號：201710595056）項目成果

作者簡介：王柱穎，男，桂林電子科技大學(xué)本科生在讀學(xué)生。