瀏覽次
隨著經濟的發展，人口的增長，固體廢物的排出量也不斷地增大。在大量的生活垃圾中，廢舊電腦及電器的比例越來越大。因為隨著電子技術的發展，電子行業出現了前所未有的進步，電子產品的性能不斷提高，其更新換代的速度也越來越快。由此而產生的電子廢棄物每年以18％的速度增長，成為世界上增長最快的垃圾[1]。大量的電子廢棄物給環境帶來潛在的危害，又造成資源的巨大浪費。因此，實現電子廢棄物的資源化既能解決環保問題，又能實現有價組分的再生利用，具有重要的理論意義和應用價值，是資源回收利用和環境污染防治領域中的國際前沿課題。
電子廢棄物資源化研究的內容很廣泛，其中廢棄電路板的資源化研究是重點和難點[2-5]。
廢棄電路板潛在價值很高，包含了有色金屬和希貴金屬近20種，所含金屬品位相當于普通礦物中金屬品位的幾十倍至上百倍[6]。與此同時，電路板中含有的重金屬（鉛、汞、六價鉻、鎘等）和含溴阻燃劑對土壤、環境、生物造成的潛在危害也不可低估，受暴力驅使，采用簡單酸溶、沖天爐焚燒等方式從廢棄電路板中提取金屬造成生態破壞的事件在沿海城市時有發生[7]。因此，采用高效潔凈方式，實現廢棄電路板的資源化迫在眉睫。
廢棄電路板的資源化研究始于上世紀60年代末，當時美國礦業局嘗試從廢棄軍事設備（包含廢棄電路板）中提取貴重金屬[8]，至今已有40多年的歷史。現在主要的回收技術有化學方法（濕法浸出、火法冶煉）和物理方法（機械分選）等[9,10]。物理方法采用拆解、粉碎、分選等處理過程實現廢棄電路板資源化，具有環境友好、運行成本低和資源綜合回收等優點，其金屬產品可通過精煉加工進一步富集。隨著廢棄電路板中貴金屬使用的逐漸減少和社會對環境保護的重視，廢棄電路板的資源化逐漸向鐵磁性物質、有色金屬、貴金屬和稀有金屬及有機物質等材料的回收轉變。物理回收方法在廢棄電路板資源化研究中逐漸占據主導地位。
破碎解離是廢棄電路板機械處理技術中的關鍵環節，因為它直接決定著后續分離作業的效率、金屬的回收率和品位。破碎產物中細粒級物料的分選是廢棄電路板資源化研究的難點。因此，本研究采用濕法沖擊式破碎實現廢棄電路板的高效解離，借助一種新型分選裝置、以水為介質從廢棄線路板中回收金屬富集體，整個工藝除具有一般物理方法的優點外，還實現了水的循環利用、達到了零排放無污染的環保目的。
2.廢棄電路板的破碎研究
采用機械處理方法處理廢棄電路板，首先要實現廢棄電路板中金屬和非金屬的充分解離，而解離的效果取決于破碎設備的選擇。研究者采用剪切粗碎、濕法沖擊式細碎，實現了廢棄電路板的選擇性破碎，90％以上的金屬主要分布在0.074～2mm，為后續分選環節創造了良好的條件。
2.1廢棄電路板粗碎研究
本研究對象為電腦中的廢棄主板，其基板為FR—4型環氧玻纖布覆銅板，基板主要是由環氧樹脂、玻璃纖維和高純度銅箔構成的復合材料[11]。電腦主板上安裝了大量的插槽，主要包括ISA、PCI、AGP、SDRAM、DDR等類型，主要是由塑料和長條形銅線、鋁線構成。集成電路的成分比較復雜，基礎材料為硅單晶或砷化鎵；封裝材料通常有塑封材料、陶瓷封裝材料和金屬封裝材料，成分主要有樹脂、二氧化硅、鉛玻璃、金屬及相應的固化劑、促進劑、阻燃劑等；引線材料通常包括內引線材料和外引線材料，它們主要由一些金屬或其合金構成[12]。在破碎之前，需對印刷電路板進行必要的拆解處理。如拆除電路板上具有一定價值且仍可繼續使用的元器件或附屬設備，用于舊設備的修理、新設備的生產等，如風扇、集成電路；拆除電路板上含有有毒有害物質的元器件，如含鉛電池、含汞開關、含聚氯聯苯電容等，防止在機械破碎過程中造成的二次污染。拆除印刷線路板上部分純度高、粒度大的金屬，如串口、并口以及各種接口，將此類元器件拆除可以避免不必要的粉碎，節省能耗，為后續破碎創造條件。
電路板的基板為片狀物料，具有一定的強度和韌性，因此在破碎過程中采用特殊設計的雙齒輥破碎機，利用交錯排列差速轉動齒輥可以實現廢棄電路板的高效粗碎，粗碎物料的寬度大約等于齒輥的寬度。改變齒輥的寬度和間距，可調節破碎物料的尺寸。試驗中對廢舊主板及廢舊線路板進行了剪切破碎試驗，從試驗結果可以看出，該破碎機對廢舊線路板的破碎效果較好，經過一次破碎后，其寬度為20mm，經過二次破碎后，可將廢棄電路板破碎成20×20mm以下的小塊。對廢舊主板來講，由于上面有插槽，入料時有一定的困難，同時受力不均勻，出料不規則。在入料為一塊的情況下，端口比較整齊，基本上沒有粉末與氣味；當入料塊數增加時，不但有氣味，同時還會造成出料不規則。另外當頻率為50Hz時破碎物料有扭斷和卡堵現象。所以要想保證破碎產品的質量，頻率選擇不宜過大，即破碎速度不宜太快。
2.2廢棄電路板的濕法沖擊細碎研究
廢棄電路板在常規破碎過程中產生了大量的粉塵和有害氣體，惡化了工作環境。如何有效防止廢棄電路板機械破碎過程中產生的二次污染問題，是當前研究的重點之一[13-15]。為此，作者所在課題組進行了廢棄電路板濕法沖擊破碎的研究，為廢棄電路板破碎解離過程有效控制有害氣體和粉塵的釋放提供了理論依據和技術支持。
濕法沖擊式破碎機在運行過程中，水作為介質不斷通入破碎裝置中。水的存在可以有效地避免粉塵的擴散，同時解決了粉碎過程中局部溫度過高產生有害氣體的問題。水在整個破碎工藝中循環利用，只需在工藝中補充新水。水的存在使破碎機的破碎環境發生了改變，在錘齒與物料的沖擊、研磨、撕扯過程中，水實質上起到了一種潤滑、緩沖的作用，這直接降低了錘齒與物料接觸時的撞擊強度，同時加速了破碎后物料的排出，有效避免了破碎過程中的過粉碎現象。與廢棄電路板的干法破碎工藝相比，濕法破碎具有破碎效率高、過粉碎現象輕、無二次污染等優點。表1為廢棄線路板濕法破碎后的篩分化驗結果。
表1廢棄線路板濕法破碎后的篩分化驗結果
由表1知，廢棄電路板中的金屬主要分布在-2～+0.5mm粒級，金屬在較粗級別富集有利于后續的分選作業。借助VM-01視頻顯微儀對不同粒級的物料進行觀察，可知廢棄電路板上的插槽在-5+2mm粒級金屬幾乎完全解離，基板中金屬在-1mm粒級解離度為88％，集成電路中金屬在-1mm粒級的解離度為85％[16]，在-0.5mm粒級，基板和集成電路中金屬的解離度為100％。因此，研究者以-0.5mm破碎物料為考察對象，自制了一種新型分選裝置，以水為介質回收廢棄電路板中的金屬。
3.廢棄電路板的液固兩相流分選研究
基于干涉沉降理論和液固流態化分層理論，研究者自制了液固兩相流變徑分選床。破碎后物料通過一個入料緩沖桶切向進入分選機，與一上升水流相遇而形成干擾床層或稱沸騰床層。當達到穩定狀態后，入料中密度低于床層平均密度的顆粒會浮起，并進入浮物產品流。密度高于床層平均密度的顆粒則穿過床層，進入沉物流，從而實現輕重物料的分選。水流由下部給入，物料從上部給入，分選裝置設計為圓錐狀，由于上部水流速度減小，將增加物料的松散度。圖1為液固兩相流變徑分選床工藝設計圖。
圖1實驗工藝流程設計
針對線路板破碎后多密度較寬粒級物料，液固兩相流分選床結構進行了獨特設計。變徑使得湍流和層流可以共存于一體，湍流加大了物料與水的混合程度，有利于物料中不同成份顆粒間的脫離；層流提供了一個有序的沉降環境，通過參數的控制，保障金屬與非金屬間由于沉降速度的差異可以得到最有效的分離。為了保證介質流動的穩定性和均勻性，在液固兩相流分選床內增加了流體分布器。流體分布器的設計滿足以下要求：（1）產生均勻而穩定的上升水流；（2）流體分布器具有合適的管間距以保證精礦順利排出；（3）防止小孔堵塞和磨損，同時便于加工。為了改善徑向液速的不均勻分布造成的液相返混現象，研究者設計了變孔徑分布板。使分布板阻力從邊緣向中心，阻力按拋物線規律增大，改善了床內液速徑向的不均勻分布。流體分布器的結構為多管式分布器和側流式分布器相結合的錐孔式流體分布器，同時兼顧到孔徑的非均勻性，既便于加工和有效地防止堵塞，又可以在一定程度上緩解液相返混。
工藝在細碎和重力分選過程中都采用水作為介質，因此該工藝開發了專門的水循環系統。它不僅實現了細碎和重力分選設備間的水循環使用，而且通過專門的固液分離子系統實現了非金屬材料和水介質的有效分離，既保證了水循環使用的效率，又實現了非金屬材料的有效回收。圖2為廢棄電路板破碎后物料的分選工藝。
分選研究，分選結果如表2所示。-0.5+0.25、-0.25+0.125、-0.125+0.074三個粒級的物料通過處理其金屬富集體產品的品位及回收率都在90%以上，即使是對0.074mm以下級的物料也有金屬品位60%以上同時回收率在90%以上的效果[17]。對于-0.5mm以下已解離的廢棄電路板，采用上述方法可有效回收破碎物料中的金屬富集體。分選粒度范圍較寬，分選下限幾乎到零，整個工藝水可以循環利用，環保無污染，輔助系統簡單，投資運行費用低。
4.結論
物理方法在廢棄電路板資源化研究中占據了主導地位，金屬的有效富集是后續分離提純的前期技術。采用濕法破碎可實現廢棄電路板的有效解離，同時可避免破碎過程中粉塵和氣味的二次污染。研究者自制的液固兩相流變徑分選床可實現細粒級（-0.5mm）產物中金屬和非金屬的有效分離，金屬富集體的品位和回收率都可達90％以上。破碎和分選工藝中水可以循環利用，具有成本低、分選效率高，無二次污染等優點。
參考文獻
[1] 國家環境保護總局.國家環境保護總局關于報廢電子電器產品環境管理情況的通報[R].2002.5.30.
[2] 白慶中，王暉，韓潔，聶永豐．世界廢棄印刷電路板的機械處理技術現狀環境[J]．污染治理技術與設備．2002.1．
[3] Zhang Shunli ，Forssberg Eric．Intelligent Liberation and classification of electronic scrap[J]．Powder Technology．1999.11．
[4] 溫雪峰.物理法回收廢棄電路板中金屬富集體的研究.中國礦業大學博士學位論文[D].2004 年6月.
[5] Yuemin Zhao,Xuefeng Wen,Beibei Li, Daniel Tao. Recovery of copper from waste printed circuit board[J]. Minerals&metallurgical processing journl.2004(2).
[6] Donald Bleiwas, Thomas Kelly. Obsolete computers, “gold mine”，or high-tech trash? Resource recovery from recycling[J]．U.S. Geological Survey. 2001.7
[7] 童昕.電子廢物全球轉移及我國的對策研究.北京大學博士學位論文[D].2003 年6月.
[8] David J Drage, Park Forest. Method and apparatus for crushing and separating scrap material[P].美國專利：3885744,1975-07-27.
[9] Brandl H, Bosshard R, Wegmann M. Computer-munching microbes: metal leaching from electronic scrap by bacteria and fungi [J]. Journal of Hydrometallurgy. 2001.59(2-3):319-326.
[10] Cui Jirang, Forssberg Eric. Mechanical recycling of waste electric and electronic equipment: a review[J].Journal of Hazardous Materials,99(3):2003.5:243-263.
[11] 辜信實.印制電路用覆銅箔層壓板[M].北京：化學工業出版社材料科學與工程出版中心.2002.
[12] 趙躍民，王全強，焦紅光等.廢棄電路板選擇性破碎基礎研究[J] 中國礦業大學學報.2005.34 （6）： 683-687.
[13] 葉璀玲.廢棄印刷電路板的低溫破碎的基礎研究[D].徐州：中國礦業大學碩士學位論文,2005年6 月.
[14] 孫路石,陸繼東,曾麗等.溴化環氧樹脂印刷線路板熱解產物的分析[J]. 華中科技大學學報.2003.31(8):50-52.
[15] 段晨龍，趙躍民，溫雪峰等. 廢棄電路板破碎中熱解氣體的研究[J].中國礦業大學學報[J].2005.34（6）：730-734.
[16] 曹亦俊.廢棄線路板的資源化研究[D].徐州：中國礦業大學博士后出站報告.2002年12月.
[17] 王全強.液固兩相流分選床回收廢棄電路板的基礎研究[D].徐州：中國礦業大學碩士學位論文.2006年6月
