電子廢棄物回收處理技術(shù)現(xiàn)狀

按照一般的說法，電子廢棄物是指在電子元、器件和構(gòu)件制造中產(chǎn)生的廢品、殘料以及報廢的電子計算機(jī)、印刷電路板、連接器等電子產(chǎn)品[1]。在過去幾十年里，電子信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，電子產(chǎn)品的種類和數(shù)量劇增且更新頻繁，大量廢舊電子產(chǎn)品被淘汰。對于被淘汰的電子產(chǎn)品，如果不妥善處理，將對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。另一方面，電子廢棄物含有大量的金、銀、鈀、鉑等貴金屬和銅、鐵、鉛、錫、鎳、銻等普通金屬，還有塑料等有機(jī)材料，具有重要的回收利用價值。因此，如何加強(qiáng)對這些電子廢物的處理并回收有用物質(zhì)，已成為國內(nèi)外共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題。 
1電子廢棄物回收處理方法 
電子廢棄物類型復(fù)雜，種類多樣，組成的各種構(gòu)件的物質(zhì)的成分和含量相差很大，這就使得它們的回收利用具有一定的難度。但是，其物質(zhì)種類卻有相同之處，即含大量的賤金屬、非金屬、貴重金屬和樹脂。這些物質(zhì)的物理特性，包括密度或比重、導(dǎo)電性、磁性和韌性等存在一定的差異，這就決定了應(yīng)采用的分離手段。 
電子廢棄物中回收處理技術(shù)可以概括為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法主要有拆卸、破碎、分選等方法。化學(xué)法一直是廣泛應(yīng)用于處理電子廢棄物的成熟方法。化學(xué)法又可分為火法冶金、濕法冶金等工藝。生物法實(shí)質(zhì)是利用細(xì)菌浸取電子廢物中的金屬。其中物理法主要是輔助手段，是其他方法的預(yù)處理階段。生物技術(shù)方法現(xiàn)在仍處于研究中，目前應(yīng)用最多的就是化學(xué)法中的濕法冶金及化學(xué)法和物理法聯(lián)合應(yīng)用。 
1.1物理法 
物理方法是根據(jù)廢電路板中各組分物理性能的不同而實(shí)現(xiàn)回收的一種手段。主要的物理回收方法如圖1[2]。 


圖1電子廢棄物物理回收方法 
1.1.1破碎 
破碎的目的是使廢電路板中的金屬盡可能的單體解離，以便于提高分選效率。研究發(fā)現(xiàn)[3]，一般破碎到0.6mm時，金屬基本上可以達(dá)到100％的解離，但破碎方式和級數(shù)的選擇還要看后續(xù)工藝而定。瑞典的ScandinavianRecyclingAB（SR）開發(fā)了一種旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī)，在中間轉(zhuǎn)筒周圍安裝一套能夠自由旋轉(zhuǎn)的壓碎環(huán)，依靠壓碎環(huán)與設(shè)備內(nèi)壁之間的剪切作用破碎物料。日本NEC公司[4]分別采用剪切破碎機(jī)和特制的具有剪斷和沖擊作用的磨碎機(jī)，將廢電路板磨碎成0.1~0.3mm左右的碎塊回收；德國的DaimlerBenzUlm研究中心[5]采用旋轉(zhuǎn)切刀將廢電路板切成2cm×2cm的碎塊，然后通入低溫液氮送入錘磨機(jī)碾壓成細(xì)小顆粒進(jìn)行回收。 
1.1.2分選 
分選主要利用電子廢棄物中材料的磁性、電性和密度等物理性質(zhì)的差異實(shí)現(xiàn)不同組分的分離。密度分選、磁電分選是常用的2種分選技術(shù)。目前應(yīng)用較廣的有風(fēng)力搖床技術(shù)、浮選分離技術(shù)、旋風(fēng)分離技術(shù)、浮沉法分離及渦流分選技術(shù)等。德國KameRecyclingGmbh公司[3]通過破碎、重選、磁選、渦流分離的方法獲得鐵、鋁、貴金屬和有機(jī)物等組分。德國DaimlerBenzUlm研究中心[6]研制了一種分離金屬和塑料的電分選機(jī)，在控制的條件下可以分離尺寸小于0.1mm的顆粒，甚至能夠從粉塵中回收貴重金屬。目前這種處理工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，其工藝過程見圖2。 


圖2廢電路板處理工藝 
1.2化學(xué)法 
化學(xué)處理技術(shù)的基本原理是利用電子廢棄物中各種成分的化學(xué)穩(wěn)定性的不同進(jìn)行不同的提取工藝。 
1.2.1火法冶金 
熱處理法主要包括焚化法、真空裂解法、微波法等。通常的電子廢棄物主體部分都是由熱固性的環(huán)氧樹脂玻璃纖維復(fù)合材料制成的，這種材料不但具有不溶和不熔的特點(diǎn)，而且含有高濃度的溴化阻燃劑、重金屬等多種成分，給再生利用帶來很大的困難。其主要的工藝流程如圖3[7]


圖3火法冶金工藝流程 
1.2.1.1焚化法 
焚化法是先將電子廢棄物破碎至一定粒徑，送入一次焚化爐中焚燒，將其中的有機(jī)成分分解，使氣體與固體分離。焚燒后的殘渣即為裸露的金屬或其氧化物及玻璃纖維，經(jīng)粉碎后可由物理和化學(xué)方法分別回收。含有機(jī)成分的氣體則進(jìn)入二次焚化爐燃燒處理后排放。 
1.2.1.2裂解法 
裂解在工業(yè)上也叫干餾。是將電子廢棄物置于容器中在隔絕空氣的條件下加熱，控制溫度（通常是300~900℃）和壓力，使其中的有機(jī)物質(zhì)被分解轉(zhuǎn)化成油氣，經(jīng)冷凝收集后可回收。與電子廢料的焚燒處理不同，真空熱解過程是在無氧的條件下進(jìn)行的，因此可以抑止二噁英、呋喃的產(chǎn)生，廢氣產(chǎn)生量少，對環(huán)境污染小[8]。彭科等[9]研究表明，廢電路板的裂解可分為3個階段：300℃以下質(zhì)量基本沒有發(fā)生變化；300~360℃時，某種單一成分開始分解，質(zhì)量急劇減少；360~900℃時，多種成分發(fā)生一系列復(fù)雜反應(yīng)，質(zhì)量減少得比較緩慢。1.2.1.3微波處理技術(shù) 
微波加熱與傳統(tǒng)加熱方法有顯著差異，具有高效、快速、資源回收利用率高、能耗低等顯著優(yōu)點(diǎn)。微波回收法的過程是：先將電子廢棄物破碎，然后用微波加熱，使有機(jī)物受熱分解。加熱到1400℃左右使玻璃纖維和金屬熔化形成玻璃化物質(zhì)，這種物質(zhì)冷卻后，金、銀和其他金屬就以小珠的形式分離出來，回收利用，剩余的玻璃物質(zhì)可回收用作建筑材料[10]。 
1.2.2濕法冶金 
濕法冶金是目前應(yīng)用較廣泛的處理電子廢棄物的方法。濕法冶金技術(shù)基本原理主要是利用金屬能夠溶解在硝酸、硫酸和王水等其他酸液中的特點(diǎn)，將金屬從電子廢物中脫除并從液相中予以回收。濕法冶金與火法冶金相比具有廢氣排放少，提取金屬后殘留物易于處理，經(jīng)濟(jì)效益顯著，工藝流程簡單等優(yōu)點(diǎn)。圖4是一套應(yīng)用較廣泛的從電子廢棄物中提取貴金屬的工藝流程[11]。 


圖4濕法冶金主要工藝流程 
1.2.2.1洗法 
該法主要用于回收電子廢棄物中的貴金屬、稀有金屬和部分有色金屬，常用的化學(xué)試劑有各種無機(jī)酸、堿、氧化劑以及某些有絡(luò)合能力的有機(jī)試劑或幾種試劑的混合溶液。洗法回收，是將含貴金屬的電子廢棄物用強(qiáng)酸或強(qiáng)氧化劑處理，先得到貴金屬的剝離沉淀物和含銅以及其他價值比較低的金屬廢酸溶液；再對貴金屬的剝離沉淀物進(jìn)行處理（如用王水等），分別將其還原成金、銀、鈀等金屬產(chǎn)品；含有高離子濃度銅離子的廢酸溶液，可回收為硫酸銅或電解銅[12]。但此法通常會產(chǎn)生大量的有毒廢水、廢氣或廢渣，處理不當(dāng)經(jīng)常會導(dǎo)致二次污染。 
1.2.2.2溶蝕法 
溶蝕法常用于回收含貴金屬的接點(diǎn)、合金底材。將電子廢棄物置于溶蝕液中，在適當(dāng)?shù)难趸€原電位值控制下使底材溶蝕，而貴金屬不溶，因此可以將其回收。工業(yè)上回收含有銅的電子廢棄物時常用此法，并且在適當(dāng)?shù)碾娢豢刂葡氯芪g液可經(jīng)Cl2處理后循環(huán)使用。福州大學(xué)魏喆良等[13]根據(jù)此原理研制出廢電路板的乙二胺絡(luò)合浸鍍銀工藝。 
1.3生物技術(shù) 
利用細(xì)菌浸取金等貴金屬是20世紀(jì)80年代開始研究的提取物料中低含量貴金屬的新技術(shù)。該技術(shù)利用某些微生物在金礦物表面的吸附作用及微生物的氧化作用來解決難浸金礦石的選冶問題。微生物吸附金可以分為利用微生物的代謝產(chǎn)物來固定金離子和利用微生物直接固定金離子2種類型[14]。前者是利用細(xì)菌產(chǎn)生的硫化氫固定金，當(dāng)菌體表面吸附了金離子達(dá)到飽和狀態(tài)時，能形成絮凝體沉降下來；后者是利用三價鐵離子的氧化性使金等貴金屬合金中的其他金屬氧化成可溶物而進(jìn)人溶液，使貴金屬裸露出來便于回收。生物技術(shù)提取金等貴金屬具有工藝簡單、費(fèi)用低、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但是浸取時間較長，浸取率較低，目前未真正投人使用。 
2幾種方法的比較 
上述幾種常規(guī)方法中，機(jī)械法雖然具有環(huán)境友好的突出優(yōu)點(diǎn)，但由于采用機(jī)械法需要高質(zhì)量的大型處理設(shè)備，因此投資很大，并且由于電子廢棄物中成分復(fù)雜，全自動的拆解分離技術(shù)尚未形成，手工拆解費(fèi)用太高，以至于在勞動力價格較高的發(fā)達(dá)國家，只能整體轉(zhuǎn)移到欠發(fā)達(dá)國家處理。對于火法冶金，雖然也能得到較高的金屬回收率（通常其回收率高達(dá)90%以上），但存在著焚燒電子廢棄物如印刷線路板上的粘結(jié)劑和其他有機(jī)物等時會產(chǎn)生大量有害氣體形成二次污染，而且大量浮渣的排放增加了二次固體廢棄物；此外，處理耗能大，處理設(shè)備昂貴，經(jīng)濟(jì)效益不高。因此火法冶金的應(yīng)用從效益與經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮不太適合。生物技術(shù)方法現(xiàn)在仍處于研究中，其浸取時間較長，浸取率較低。而對于濕法回收工藝，由于該技術(shù)具有廢氣排放少、處理后的殘留物易于處理、經(jīng)濟(jì)效益顯著、工藝流程簡單等突出優(yōu)點(diǎn)，因此目前它比機(jī)械法和火法冶金技術(shù)應(yīng)用前景要廣泛些。且在20世紀(jì)80年代后，人們對環(huán)保的重視和從電子廢物中回收有價資源的興起，許多科研工作者開始從事這方面的研究[15]，使?jié)穹ㄒ苯鸺夹g(shù)得到日趨完善。 
3結(jié)語 
隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對電子廢棄物二次資源處理的要求也越來越高。但真正做到對電子廢棄物中所有材料資源化，處理過程中無害化的工藝方法還沒有出現(xiàn)。未來處理電子廢棄物技術(shù)的發(fā)展趨勢應(yīng)該是：處理形式產(chǎn)業(yè)化，資源回收最大化，處理技術(shù)科學(xué)化。針對電子廢棄物來源廣、成分范圍波動大、多金屬共存甚至多種金屬和多種非金屬材料（如多種有機(jī)高分子材料）共存的特點(diǎn)，必須研究涉及其分離、提純與資源再循環(huán)再利用過程的化學(xué)理論問題，包括宏量金屬的物理分離和化學(xué)分離，微量貴重金屬的高效富集和提取，體系多組分性能差異及其選擇性調(diào)控原理，為電子廢棄物二次資源的高效循環(huán)利用和無害化回收提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。 
4參考文獻(xiàn) 
略