電子廢棄物中元器件的拆解與再利用

電子信息技術產業已經成為全球發展最快的產業之一，由此產生的電子廢棄物也快速增長，未來l0—20年將是電子廢棄物增長的新高峰，這預示著不斷產生且數量巨大的電子廢棄物已成為全球不可回避的問題。
發達國家和地區較早認識到了這一問題的嚴重性。以歐盟為例，從20世紀80年代初歐盟就開始了電子廢棄物的綜合利用領域的研究。他們致力于金屬與塑料的分選、材料再生和金屬富集工藝技術的開發。隨著研究的深入，他們發現火法和濕法回收都會對環境造成二次污染，而生物法仍不成熟。20世紀90年代以來，有關專家發現機械化處理對環境的影響較小，基本不會產生毒性產物，因而以機械化為基礎的電子廢棄物處理工藝得到進一步發展。
經過十幾年的開發和研究，發達國家和地區已形成了一套以資源再生為目的、機械處理為主要方法的電子廢棄物處理工藝，主要流程如圖l所示。

圖1發達國家電子廢棄物主要處理流程
其中電子廢棄物的分類拆解，就是將整臺電器設備解體為易于后續處理的器件，并將物料按照不同材質進行分類。鑒于發達國家和地區的勞動力十分昂貴，因此在分類拆解后一般不進行手工元器件拆解，而是直接進行機械破碎，所以國外電子廢棄物的資源再生率很高，而元器件的再利用率則較低，基本只有8％～10％。
與國外相比，我國電子廢棄物元器件拆解業的規模較大，主要分布在人口密集的南部沿海地區。這是由我國勞動力豐富且低廉，適合發展電子廢棄物拆解這種勞動密集型產業而決定的。廣東省汕頭市貴嶼鎮就是典型代表。在達到環境保護要求的前提下，該地區的廢舊電子產品拆解作業分工細致、工作效率高、方法不斷翻新、積累了豐富的經驗。有些企業擅長采用工具迅速割剝廢舊電線塑料外皮，既可回收中間的銅線，又可回收利用其塑料外皮；有些企業則善于使用電熱器局部軟化的方法，拆解和回收可再利用的電子元件；有些企業則專門采用切割或沖壓方式取出芯片或模塊，并將這些元器件分型號銷出。這種細致的分工提高了元器件拆解和分類的效率，并增加了二手電子元器件商品化的價值，提高了當地電子廢棄物的再利用率。
目前，電子廢棄物拆解業已成為貴嶼鎮的支柱產業和當地居民的主要經濟來源，拆解業不僅提供了該地區5萬多人的就業機會，帶動了第三產業以至社會的全面發展，也節省了物質再生過程中的能源消耗，降低了二次污染的可能性。同時推動了周邊地區相關產業的發展。例如，大量的再生塑料促使塑料仿真花、塑料配件、文具禮品等制造業成為了汕頭市的特色產業。以澄海為代表的地區借緊臨貴嶼鎮的地理優勢，將二手電子元器件利用于玩具制造中，從而降低生產成本。去年澄海玩具業的年產值達111億元，70％的產品出口，玩具業已成為澄海區工業經濟第一支柱產業。
這一現象表明，電子廢棄物中元器件的拆解與再利用是一項能循環利用資源，將舊元器件變廢為寶，并減少環境污染的生產活動。本文將對我國電子元器件的拆解與再利用技術作一分析研究。
1元器件的再利用技術
電子廢棄物的再利用主要是通過廢舊電器的回收、拆解、破碎及分選來完成的。圖2表示了再利用的總流程圖。其中的拆解分為兩類：分類拆解和元器件拆解。本文以上海第二工業大學為上海新金橋工業廢棄物管理有限公司設計的拆解流水線為例，介紹電子廢棄物的拆解技術。

圖2電子廢棄物再利用流程圖
1.1分類拆解
分類拆解線也稱為整機解體是一條輸送自動化、拆解人工化的半自動流程。該條線由工裝板輸送機、萬向工作臺、中央吸塵器、空氣壓縮機、照明裝置、電動拆解工具、工作椅、物流箱等組成。此流水線適用于常規大中型電子產品整機解體，如打印機、電腦、掃描儀、復印機、微波爐、電視機等，拆解產物類型有塑料機殼、金屬機殼、玻璃、印刷電路板、電線、電纜、顯像管、其它零部件等。在分類拆解線上的主要任務是將整臺的電腦主機、打印機、掃描儀等大件物料拆分為易于后續處理的器件，同時將物料的外殼、內部零件進行分類。并將電子廢棄物中含有的危險廢棄物拆出以降低處理過程中對環境造成污染的可能性。表l列出了四種辦公設備(照相機、掃描儀、硒鼓、電腦)經分類拆解后主要產物及其組分。
表1照相機、掃描儀、硒鼓、電腦拆解產物重量及比重（g）

表1的結果表明，不同電子產品拆解產物種類和對應比例有明顯差異，但整體而言，塑料和金屬占電子廢棄物總重的比例很高，其中還未包括電路板裸板中金屬和塑料的含量，這說明了電子廢棄物拆解產物的可再利用率較高，能給企業帶來較高的收入。

1.2元器件拆解
元器件拆解線也稱為精拆線，是一條完全人工化的流水線。該條線由皮帶輸送機、平面工作臺、廢氣捕集過濾裝置、電動拆解工具、電熱拆解工具、物流箱等組成。
元器件拆解流水線主要用于印刷電路板上元器件的拆除，并適用于小型電子產品整機解體，如收錄機、照相機、電話機等。拆解產物類型有塑料機殼、金屬機殼、玻璃、印刷電路板裸板、電線、電纜、各種電子元件、其它零部件等。
在操作過程中，工人用電動螺絲刀將電路板上的各類散熱器和電池拆除，再將印制線路板上的固定支架拆下。接著將線路板中可直接拔下來的電子元件拆除，如集成電路等。由于電子元件是用焊錫焊接在電路板上，所以可用熱風槍或錫缸等工具將電子元器件從線路板上取下，一般常用的是錫缸。錫缸的作業溫度通常是240℃，電壓2.00kW。由于熔錫過程會產生有害氣體，因此在工作臺上要裝配一個空氣清沽管道，將氣體吸入其中，然后進行活性炭吸附。工人在工作時必須要佩帶口罩，以減少氣體對人體的危害。
拆解下來的這些電子元器件是由不同種類的材料所組成，為了提高下一步處理的效率，應進行分類按照功能分為電阻、電感、電容器、集成電路、半導體管三極管、半導體二極管和廢電路裸板等幾大類后經培訓的工人再通過辨認各類元器件表面標注的符號將它們細分為不同型號，例如：電容器可細分為電解電容、鉭電容、陶瓷電容等；集成電路可細分為ECL、TTL、CMOS等。這種細分能夠提高二手電子元器件商品化過程中的附加值。其中能通過可靠性檢測重新使用的電子元器件，可由個人直接收購或由網絡銷售給需要的廠家降級使用。目前二手電子元器件的價格為新元器件的40％一80％，所以制造商使用二手元器件能降低生產成本。無法降級使用的器件連同分類后得到的廢電路裸板以及各類擴展槽經過破碎、分選后再進一步處理。
經過一系列的破碎、分選后最終獲得的塑料、玻璃、環氧樹脂粉等非金屬可以進行焚燒回收其中的熱值或作為用作涂料、人造木材、保溫材料、筑路材料及塑料添加劑等，而各類金屬富集體，一般精度可達到88％一90％左右，則可送到金屬冶煉公司進行深加工或進行電解提純。分類拆解后的危險廢棄物則送至有資質的處理機構進行處理。
2元器件拆解的經濟性分析
2.1對處理者的經濟性分析
材料完全再生與結合元器件拆解這兩種電子廢棄物處理方式給企業每年帶來的成本和收益的比較如圖3所示。

圖3兩種方式帶給處理者的年效益比較
就處理廠家而言，國外這種以材料再生為主的處置技術特點是處理過程中盡量減少人工選擇和拆卸大部分工作都是機械自動化處理。雖然全破碎設備自動化程度高、效率高，可節約部分勞動力費用，但其設備投資不菲，例如一套冰箱整體破碎處理設備報價就要100～140萬歐元，并且處理過程中能耗高州。另一方面由于全部粉碎后混雜在一起的成份較多，進行有效分離的難度較大，所以對后期處理設備和技術的要求較高，因此也增加了廠家的后期處理成本。而且這些材料在新一輪的生產過程中不僅又將消耗能源和勞動力，對環境也會造成潛在危害。
而元器件拆解后再處理的技術，不僅能降低廠家的處理設備投資，還能使其在銷售再生材料獲取利潤的基礎上，又通過銷售二手元器件獲得額外的利潤，并且它們所帶來利潤會高于再生材料。同時，廢舊電子產品的拆解和裝配才是該類產品再制造過程中的主要費用投入部分，如圖4所示。元器件拆解這一勞動密集型的加工步驟，又符合了我國勞動力資源豐富而廉價的國情，因此處理廠勞動力成本的增加量與設備投入相比是非常少的。對環境而言，如果電容器等舊元器件能進行降級使用，那么對它們所含有的鎘、多氯聯苯(PCBs)等有害物質的處理將能夠得到延緩，間接減少了對環境的污染，從而降低了處理企業的環保投資成本。

圖4再制造五個步驟的費用比例
2.2對制造者的經濟性分析
就制造者而言，元器件在第一次生產中除了材料外，還需要注入技術、能源、勞動力等。而且隨著技術的進步，元器件本身所蘊含的這些附加值會不斷的增加，并可能遠遠超過其本身的材料價值。二手元器件的再利用能夠有效地保存元器件本身制造過程中注入的這些附加值。而材料再生過程中的粉碎、熔化等工序完全破壞了這些附加值，只能有限地回收產品的的材料資源。部分制造者會將二手元器件銷售者看作對他們不利的競爭對手。因為如果二手元器件被賣出一個，那么其制造者就會少制造、少銷售一個新元器件。其實這是一種短視的觀點，因為所有產品都不可能進行無數次的再利用，總有一天會退役，會被制造者的新產品所替代。
此外，當產品更新換代時，制造者往往會改造原來的生產線，生產新型產品以滿足市場的競爭需求。但市場上仍然有大量的老式產品在繼續使用，這部分產品還需要制造者提供維修服務。而制造者的設備生產線卻已經用于生產新式產品，不能繼續生產老產品的維修備件，這時二手元器件就能為制造者解決這一難題。制造者就不必再被迫保持部分生產設備，專門用于老式產品的元器件生產，從而可以更加專注于新式產品的生產，提高設備的利用率并獲得更大利潤。

2.3對消費者的經濟性分析
二手元器件再利用的最直接受益群體就是消費者，對他們而言，再利用不僅僅是一種最環保的生產方式，而且也是最經濟的生產方式。合格的二手元器件一般都能達到新品的質量水平，而價格卻為新品的40％～80％。因此消費者能夠在自己支付得起的價格范圍內，獲得性能好的產品，所以，二手元器件的再利用對提高人們的生活水平也具有重要意義。
3討論
在元器件的拆解過程中，由于主要采用的是干式處理技術，因此與濕式處理工藝相比，拆解不會產生廢酸、廢堿等廢液，是一種對環境影響較小的處理方法。通過提高拆解過程的環境保護要求，加強管理，增加操作人員的環境保護意識，杜絕在拆解過程中使用落后工藝，就能避免環境污染事件的發生。此外，我國與發達國家相比擁有豐富、廉價的勞動力資源，而且大部分電子產品材料構成可識別、易拆解。拆解技術正是充分利用了我國的這種優勢，不僅降低了新產品的生產成本，還保留了元器件中原有的附加值，屬于“高級循環”的方式。而未經元器件拆解過程的處理工藝只能有限地對材料實現回收，只能算作“低級循環”。另一方面，拆解技術還使舊電子元器件通過降級使用而延長了生命周期，在節省了資源化處理和元器件再生產成本的同時，又降低了資源化和再生產過程中二次污染發生的概率。
由于拆鏘效率和二手元器件的檢測合格率是決定處理者收益的關鍵，而產品設計可以決定其2／3的再利用性，因此在產品設計的初始階段就考慮報廢后的拆解問題，改善連接件的拆解適應性，即面向拆解的產品設計是實現產品最終高效回收的重要組成部分。
另外，隨著電子廢棄韶產量的越來越多，相關管理制度的完善，我國必定會走向大規模電子廢棄物處理時代，所以針對我國的國情，開發機械化、自動化的產品精細拆解設備仍是必須的，這對我國電子廢棄物再利用產業的可持續發展具有重要意義。
4結論
由于我國現階段廉價勞動力豐富、電子廢棄物處理規模不大，所以采用人工拆解技術能使處理企業獲得較大的利潤；并且元器件拆解還能延長舊電子元器件的使用壽命，符合建設節約型社會的要求；同時，拆解過程屬于干式處理法，對環境污染的風險也較小?；谝陨先c，電子廢棄物拆解是符合近期我國國情的環保型再利用技術。隨著電子廢棄物處理量的增大，對處理效率要求的提高，我們必須加快研發具有自主知識產權的機械處理設備，只有這樣才能使電子廢棄物拆解與再利用技術走向可持續發展的道路。