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国内外废旧印刷电路板资源化技术综述杨星

发表时间：2020/7/20 来源：《基层建设》2020年第7期作者：杨星1 赵新1,2 李沃儿2

[导读] 摘要：对WPCBs进行资源化处理，一方面可解决WPCBs带来的环境污染问题，另一方面可回收宝贵的资源。

        1广东环境保护工程职业学院广东佛山 5282162广东华越环保科技有限公司广东佛山 528308
        摘要：对WPCBs进行资源化处理，一方面可解决WPCBs带来的环境污染问题，另一方面可回收宝贵的资源。WPCBs的资源化利用是一个相当复杂的问题，目前国内外许多研究机构对WPCBs的资源化利用进行了广泛地研究，采用的资源化利用技术主要有：火法冶金、湿法冶金、机械物理处理、超临界流体处理、生物处理等。
        关键词：废旧印刷电路板；资源化利用技术
        1 前言
        印刷电路板（Printed Circuit Boards, PCBs）是电子元器件电气连接的载体，是电子电气设备必不可少一部分。由于废旧电视机、电脑、电冰箱、空调、洗衣机、手机等的快速增长，废旧印刷电路板（Waste Printed Circuit Boards, WPCBs）也随之大量的产生。WPCB中含有大量的金属、有机高分子聚合物和玻璃纤维等物质，其蕴藏的贵金属的含量往往比矿石更高，具有很高的回收价值。同时，由于WPCBs构成材料复杂，其中含有铅、汞、镉等重金属物质，并且由于电子元件的阻燃要求，WPCBs基板树脂中常常加入了溴系阻燃剂，若采用不当的工艺技术和设备对其进行回收利用，会对环境造成严重危害。
        2 电路板资源化技术分析
        2.1 火法冶金处理技术
        火法冶金技术目前是世界上广泛应用的技术，在处理电子废弃物等二次资源方面有着悠久的历史，也是处理电子废弃物的传统方法之一。火法冶金技术处理电子废弃物主要是指在高温条件下去除电子废弃物中非金属物质，从而达到富集回收金属的目的。火法冶炼过程一般包括焚烧、鼓风炉或电弧炉熔炼、造渣、高温气相反应，西方发达国家主要采用火法工艺，依托大型综合冶炼厂，采用先进的富氧火法熔炼工艺搭配或单独处理。
        火法冶金技术回收处理电子废弃物其特点是金属回收率高，现有的冶金设备可以满足其要求，电子废弃物中的有机物可以作为燃料提供能源，又可以作为还原剂参与反应，陶瓷等无机非金属材料可以作为造渣剂从而减少造渣剂的加入，而且对于各种复杂原料都有较强适应性等优点。
        2.2 焚烧酸洗处理技术
        将废弃电路板上的元器件拆卸，用机械对基板进行破碎，送入焚烧炉进行焚烧，待基板上的酚醛树脂、环氧树脂等非金属被燃烧分解后，剩下的就是基板上的金属以及少量的玻璃纤维，然后将焚烧富集的金属残留物采用硝酸、硫酸和王水溶解，提取其中的贵金属。此方法对环境污染严重，线路板在焚烧过程中，板中的卤化物阻燃剂、呋喃、有机物、多氯联苯等物质在高温作用下将分解或生成大量的有害气体进入大气中，如二噁英、杂环芳烃、多环芳烃等致癌物质，同时沸点低的金属(如锡、铅等)也会气化排放到大气中，含重金属的酸洗废水排放的河流和土壤中，严重污染环境。
        2.3 热解处理技术
        将废电路板置于缺氧或无氧条件下热解，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。先拆除电路板的元件，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。目前废弃印刷电路板的热解技术在国外尚处于试验研究阶段，离真正工业化应用还有较长一段距离。
        2.4 机械物理处理技术
        机械物理法包括破碎、分选等技术，并广泛地采用了原料加工行业中比较成熟的破碎、分选技术；就是根据材料的物理特点(主要是密度或比重、导电性、磁性和韧性等差异性)来进行分选。在实际生产中，许多企业发展出了不同的生产工艺路线。国外目前通用的处理工艺是通过破碎、重选、磁选、涡流分离的方法获得铁、铝、铜金属和有机物等成份。经过这样的处理后，废电路板中90%的金属和塑料得以回收，10%左右的剩余物质(包括很难进一步处理的细粒物料、粉尘等)则根据成分的性质填埋或焚烧。德国 Daimle:BenZulmResearchCenter在此处理方法的基础上，开发了四段式处理工艺:预破碎、液氮冷冻后粉碎、分类、静电分选，如图1。废旧印刷电路板在液氮环境下变得易于破碎，还可防止塑料在破碎时产生有害气体。

图 1 德国Daimle:BenZulmResearchCenter废电路板回收处理工艺
日本NEc公司开发的废印刷电路板处理工艺见图2。其特点是采用两段式破碎法，先利用特制破碎设备将废板粉碎成小于lmm的粉末，这时铜可以很好地解离，且铜的尺寸远大于玻璃纤维和树脂，再通过两级分选可以得到铜含量约为82%的铜粉，能够回收超过94%的铜。

        图 2 日本NEC公司开发的废电路板处理工艺图
        2.5 手机电路板的资源化技术
        在电子废弃物中，废弃手机以其特有的更新速度快、可回收价值高越来越成为电子废弃物未来回收处理的重点。手机中使用的材料大体上可以分为两大类，一类为玻璃纤维及树脂材料，约占65.90%，多用于手机的塑料外壳、屏幕、扬声器、摄像头等处；一类为金属材料，约占29.12%，主要有金、钯、银、铜、锡、镍等，基本上存在于手机的金属外壳和电路板中。手机一般包括 9个部分，即：印刷电路板、液晶显示屏、电池、天线、键盘、麦克风、扬声器、外壳及其它附件等，其总质量的 30%~40%为各类金属，包括金、银、钯等贵金属。
        3 结论
        目前国外由于废旧电子垃圾法律法规完善，废旧电路板可以集中收集到一到两家冶炼厂，采用大规模的高温火法冶金，处理厂家本身就是冶炼大厂，根据冶金高炉的要求将废旧电路板作为冶金原料的一部分，在进行金属冶炼过程中添加10-20%的电路板，比如比利时优美科公司每年可以处理25万吨废旧电路板，所有的贵金属集中到铜冶炼中进行后续处理，同时由于该公司具有独特的高炉冶炼技术，在冶炼过程中不会产生二噁英等后续难处理的致癌物质，环保处理系统完善。
        国内具有100多家有资质的废旧家电拆解处理企业，主要进行电视机、电冰箱、空调、洗衣机和电脑的拆解和处理业务，国家根据拆解处理数量按台数进行补贴，拆解下来的废旧电路板大多采用机械物理法处理，将废旧电路板进行破碎、电选、磁选等处理步骤，最终将金属富集成金属粉，然后送专业的金属冶炼厂处理，富集的树脂和玻璃纤维粉末进行填埋处理或加工成复合材料板材制品。手机电路板贵金属含量高，应重点研发低毒环保的金、银、钯、锡和铜等金属的湿法冶金工艺。
        参考文献
        [1] 杨宏强. 全球PCB产业发展近况[J]. 印制电路信息, 2008, 12: 238-241.
        [2] 陈镇, 彭芸. 我国PCB行业蚀刻工序的污染及处理现状[J].中国环保产业, 2006, 3: 44-46.
        项目支持
        本文获得佛山市科技创新项目废弃电器电子产品无害化循环利用应用技术研究与产业化（项目编号：2016IT100133）资助。