废旧印刷电路板资源化技术及无害化对策评述
2011-02-21 08:56:04.0 来源:环卫科技网 作者:龙来寿 孙水裕 钟胜 责编:Victoria
- 摘要:
- 废弃PCB的回收是废弃PCB资源化的一个重要环节、中心环节,同时也是最困难的一个环节。如果缺乏一个高效、完整的回收体系,资源化处理是无从谈起的。通过何种回收体系,既能让消费者将废弃PCB送入回收渠道,又能以较低的成本到达处理企业是当前迫切需要解决的问题。
1.3结构复杂,处理难度大
PCB的组成物质可归纳为3类:Cu、Ag、Pd等金属材料;含有阻燃剂(主要是卤素阻燃剂)的塑料等有机高分子聚合物;主要成分为硅、铝氧化物的陶瓷和玻璃纤维。以目前最广泛应用的PCB基板FR4(FR=flame retarded,阻燃)为例,它是由多层玻璃纤维和铜箔以溴化阻燃环氧树脂为黏结剂热压而成的。由于材料组成和结合方式复杂,单体解离粒度小,不容易实现分离。非金属成分主要是含特殊添加剂的热固性塑料,处置起来比较困难。
2废旧PCB资源化技术现状
由于组成PCB材料多样化、组成结构复杂,造成处理难度极大。PCB的资源化回收是一个相当复杂的问题。因此针对废弃PCB的回收方法研究成为废弃电子电器产品的回收处理及再资源化研究领域的重点和难点之一,得到了国内外许多研究机构的关注。20世纪70年代以前的回收技术主要着重于对贵重金属回收。但随着20世纪70年代后期贵金属用量的减少,以贵金属再利用为主的传统回收技术已经不符合资源再利用的发展趋势。目前回收技术的基本发展方向是实现包括铁磁体、有色金属、贵金属、有机物质及无机玻璃纤维等全部材料再利用。
对废旧PCB的资源化处理,一方面解决了废旧PCB带来的环境污染问题,另一方面是对废旧PCB再资源化利用,国内外许多研究机构对废弃PCB的回收处理及再资源化进行了一系列研究。目前废旧PCB资源化技术主要有机械物理处理、化学处理、生物处理、超临界流体处理及热处理等。
2.1机械物理处理
废旧PCB的机械物理处理是通过机械破碎的方法使金属组分与非金属组分达到解离,然后根据各组分的性质,如密度、电性等性质的不同而进行分选,如采用重力分选(重介质分选、风力分选及摇床分选等)、电力分选、涡流分选等分选方法[5-7],分别得到金属与非金属富集体的一种处理方法。在机械物理处理方法中,各组分的充分解离是提高各组分回收效率的前提和关键[8-11]。温雪峰等[12]研究表明:金属与非金属的基本解离粒度为12mm,解离度为55.51%;塑料与其它金属(除铜、铁外)是0.5mm以上废旧PCB物料中的主要组分,树脂与铜是0.5mm以下物料中的主要组分;物料中平均金属含量为23.80%,平均铜含量为5.78%。
机械物理处理技术不用考虑残留物处置等问题,而且还可以在设计阶段将可回收再利用的性能融入产品当中,因此具有一定的优越性。但是此方法只能实现金属与非金属的分离,对于金属与金属、非金属与非金属的分离还处于研究阶段,忽略了产品的后续处理。同时在机械破碎过程中,会产生大量的含玻璃纤维和树脂的粉尘,并伴随有一定量有毒气体产生。在实际的破碎过程中,冲击锤与物料迅速作用,物料局部范围内能量积累,局部温度将达到热解温度,发生复杂的热解反应,产生有毒气体,这些气体与破碎过程中产生的粉尘混合,如不妥善处理直接排入大气,可严重恶化破碎环节的工作环境。为了提高破碎解离效率和消除破碎过程中产生有毒有害气体,可对破碎过程进行改进,采用两段破碎、低温破碎、湿式破碎等破碎方法[13-14]。
2.2化学处理
电子废弃物的湿法冶金技术于20世纪70年代始于西方发达国家,是电子废弃物回收利用研究中应用最早的方法,湿法冶金技术的基本原理主要是利用贵金属能溶解在硝酸、王水和其它酸的特点,将其从电子废物中脱除,并从液相中予以回收。它包括破碎后的电子废弃物颗粒在酸性或碱性条件下的浸出,浸出液的溶剂萃取、沉淀、置换、离子交换、过滤及蒸馏等过程,通过这一处理可获得高品位及高回收率的金、银等贵金属及铜等有色金属[15-17]。Koyama等[16-17]研究了在(NH4)2SO4和NH4Cl氨溶液中,利用Cu(II)作氧化剂浸出PCB上的金属铜,金属铜被溶液中的Cu(II)还原成Cu(I)形成Cu(I)-氨络离子,浸出化学反应式为:
再利用萃取剂LIX26萃取除锌、铅、锰等杂质后,电解可得高纯铜,结果表明,在(NH4)2SO4和NH4Cl系统中,高纯铜中杂质总含量分别为24mg/kg和1.1mg/kg。
化学处理与火法冶金相比,具有废气排放少、提取贵金属后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程简单等优点,但它也存在着工艺复杂、回收成本高、化学试剂消耗量大、后处理难的缺点。若处理不当还会对水资源造成严重污染,在实际生产中还有许多方面需要改进和完善。另外,它只能回收贵金属和铜等金属,不能回收其它金属及非金属成分,而当今电子工业的发展趋势是电子产品中的贵金属要逐渐被贱金属取代,因此该方法难以达到目前电子废弃物资源化利用的目的。
2.3微生物处理
微生物处理就是利用微生物浸取PCB中的金属组分。周培国等[18-19]利用从煤堆积水中分离得到的氧化亚铁硫杆菌对PCB中的铜进行了浸出研究,结果表明:添加量为10g/L和20g/L时,在15天内PCB中的Cu几乎全部浸出。Choi等[20]分别利用不同的微生物菌种对废弃PCB中的金属组分进行回收,取得了良好的效果。
采用微生物处理废弃PCB来回收金属组分,是一种经济、环保的处理方法。此方法工艺简单、费用低、操作方便,不利之处主要是浸取时间长,金属必须暴露在处理样品表面,滤液回收困难。目前该方法仍处在发展中。
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