国内外电子废弃物的处理现状及其资源化技术(综述)

国内外电子废弃物的处理现状及其资源化技术一、前言电子信息技术在过去几十年里发生了突飞猛进的进步，给人类社会的生产、生活方式带来了深刻的变革。这种变革在大幅度提高生产效率、改善人类生活状况的同时，也带来了严重的环境和社会问题，大量电子废弃物的产生就是其中之一。欧盟发表的有关电子及电器废物的报告指出，每5年这类电子垃圾便增加16%-28%，比总废物量的增长速度快34倍，是世界上增长最快的垃圾，12年后地球表面电子垃圾的年产量将会翻番[1,2,3]。电子废弃物俗称电子垃圾，包括各种废旧电脑、通信设备、家用电器，以及被淘汰的精密电子仪器仪表等。电子废弃物含有大量重金属和其他有毒成份，如有机阻燃剂、聚氛联苯、铅、砷、镍、铬、汞等物质，若没有专门机构进行收集，并采用先进的符合环保要求的技术和设备进行处理，则会对环境和人体健康构成严重危害。二、国内外电子废弃物的现状及政策1、电子废弃物的总量巨大有关资料表明，中国是世界上较大的家电生产国和消费国之一。统计显示，目前我国电视机的社会保有量达3.5亿台，冰箱1.3亿台，洗衣机1.7亿台[4]。美国是电脑及电子产品的发源地，也是消费大国。自1985年以来，美国个人电脑销售量每年增加23%以上，超过50%的家庭拥有电脑。美国每年的电子废弃物的量正以3%~5%的速度增长，以占全美垃圾量的2%~5%[5]。根据一项最新研究报告显示，美国近20年来售出的电脑，已有3/4闲置在消费者的仓库中。日本是家电生产王国，也是废弃家电大国。据日本有关部门的统计，日本每年要废弃1800万台电视、冰箱、空调和洗衣机，重量达60万吨。在这些废弃家电中，各类金属有10万吨。日本常用的电脑有桌上型和掌上型两大类，每年生产1200万台，年产生废旧电脑约8万吨[6]。2、电子废弃物的危害巨大电子废弃物不同于一般的城市垃圾，其制造材料复杂，有些家电材料还含有化学物质，如不妥善处理而直接填埋，会对环境造成污染。如电冰箱的制冷剂是破坏臭氧层的元凶；电脑、电视机的显像管属于具有爆炸性的废物；各种电路板中的铅、聚氛乙烯、汞等有毒物质很容易污染土壤及地下水，当雨水接触到这些埋在地下的垃圾时会引起化学反应，形成“垃圾渗滤液”，其毒性更大。即使把填埋区的底部和顶部密封，也可能由于地面沉降、地质变迁等原因使密封的纤维胶布和掉接的接口损毁或遭侵蚀而导致泄漏或造成持续性的污染。大量家用电器，在给人们生活和工作带来便利的同时，又给人类带来大量的有毒物质，危害人类健康。有报告表明:平均每100g手机机身中含有14g铜、0.19g银、0.03g金和0.01g钯，此外其电池及其它部件中含有砷、锑、镐、铅、镍、锌等；每个电子计算机显像管内都含有铅及其它如铬、铜、镍、金等重金属，这些重金属可以对人体器官及组织造成不同程度的损害，是致癌、致畸形或致突变物质，大多数可使大脑、脊髓、肾脏、神经等受到损伤，其余可使身体变弱[7,8,9]。3、国内外的相关政策美国15年前就建立了两个回收利用机构，一个对废弃的家电进行体检，通过探测装置，将其中还可使用的部件与整机分离开来，工人们将这些部件组装起来，“重新上岗”；另一个机构被称为“终处置”，是将剩下的材料拆开，把铝、金、铜、塑料等分类、压碎，运往各个专门的处理厂处理。据统计，1995年美国有75%的大家电进行了回收利用，由此提供了10%的再生钢铁。日本在旧家电的处理方面做出了有益的探索，他们的成功经验是：第一，通过立法支持废旧电子产品的回收利用。明确规定了电冰箱、洗衣机的再商品化率(资源回收)必须达到50%以上；电视机的再商品化率必须达到55%以上，空调器的再商品化率达到60%以上；第二，规定制造商回收利用负责制。法律规定，制造商和进口商制造、进口的家用电器有回收义务，并需按照再商品化率标准对其实施再商品化；第三，建立回收利用付费机制。法规中规定，废弃者应该支付与废旧电子产品收集、再商品化等有关的费用。目前，日本规定的4种废旧电子产品的再商品化费用，每台电冰箱平均4600日元，每台室内空调器3500日元，每台洗衣机2400日元[10]。欧盟公布了旨在加强电子废弃物回收处理的《废弃电子电气设备指令》和《关于在电气电子设备中禁止使用某些有害物质指令》，其主要内容是：在2005年8月13日后投放市场的产品，其废弃后的收集、处理、回收和环保处置等相关费用将由生产商或进口商承担；含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯等有毒有害材料的产品，从2006年7月1日起，将不能出现在市场中。出口欧盟的厂商还要求必须具备一家环保处理商签定的回收处理合约。为了让电子垃圾处理起来更加方便，欧盟要求各市政管理机构必须在同一种类垃圾收集处摆放6个集装箱，用于大型电器、冰箱、荧光灯管、计算机、各种显示器和小电器。所有收集来的废旧电器必须根据其种类将70%至80%的材料实现再利用[11]。三、电子废弃物的资源化技术电子废弃物中回收处理技术可以概括为物理法、化学法和生物法。物理法主要有拆卸、破碎、分选等方法。化学法一直是广泛应用于处理电子废弃物的成熟方法。化学法又可分为火法冶金、湿法冶金等工艺。生物法实质是利用细菌浸取电子废物中的金属。其中物理法主要是辅助手段，是其他方法的预处理阶段。生物技术方法现在仍处于研究中，目前应用最多的就是化学法中的湿法冶金及化学法和物理法联合应用。1、物理法物理方法是根据废电路板中各组分物理性能的不同而实现回收的一种手段。主要的物理回收方法如图1[12]。目前，在瑞典、德国、日本、加拿大以及美国等都建有专门处理回收电子废弃物的工厂，采用各种机械处理法从废弃电视机、冰箱、电脑等废弃电器中回收塑料、玻璃、金属等材料。日本在电子废弃物资源化研究一直处于领先地位。日本的知名企业如富士、松下、东芝和日本电气株社会社(NEC)等普遍建有自己的家电回收再生产工场，其处理能力从20万台/年至100万台/年不等，其中以NEC公司技术较为成熟[13]。图2日本NEC公司开发的废弃线路板处理工艺近年，NusruthMohabuth等人研究出了垂直振动处理工艺来分离破碎的印刷电路板和破碎的电缆中的金属。据研究发现，90％的铜能从破碎的电缆中被回收。总平均浓度为85%的金属能从计算机电路板被回收，其实超过50%是铜。当碎片粒径在150-300时，发现有更好的分离回收效果。在细粒径范围金属能更好的分离，因此，一个更高的预期分离效率。这种方法是非常环保的干燥条件下的材料分离方法，没有污水的产生。需要去处理掉的非金属部分只包含很低浓度的有毒物质，如铅[14]。2、化学法化学处理技术的基本原理是利用电子废弃物中各种成分的化学稳定性的不同进行不同的提取工艺。2.1火法冶金热处理法主要包括焚化法、真空裂解法、微波法等。通常的电子废弃物主体部分都是由热固性的环氧树脂玻璃纤维复合材料制成的，这种材料不但具有不溶和不熔的特点，而且含有高浓度的溴化阻燃剂、重金属等多种成分，给再生利用带来很大的困难。其主要的工艺流程如图3[15]。2.2湿法冶金湿法冶金是目前应用较广泛的处理电子废弃物的方法。湿法冶金技术基本原理主要是利用金属能够溶解在硝酸、硫酸和王水等其他酸液中的特点，将金属从电子废物中脱除并从液相中予以回收。湿法冶金与火法冶金相比具有废气排放少，提取金属后残留物易于处理，经济效益显著，工艺流程简单等优点。图4是一套应用较广泛的从电子废弃物中提取贵金属的工艺流程[16]。3、生物技术利用细菌浸取金等贵金属是20世纪80年代开始研究的提取物料中低含量贵金属的新技术。该技术利用某些微生物在金矿物表面的吸附作用及微生物的氧化作用来解决难浸金矿石的选冶问题。微生物吸附金可以分为利用微生物的代谢产物来固定金离子和利用微生物直接固定金离子2种类型[17]。前者是利用细菌产生的硫化氢固定金，当菌体表面吸附了金离子达到饱和状态时，能形成絮凝体沉降下来；后者是利用三价铁离子的氧化性使金等贵金属合金中的其他金属氧化成可溶物而进人溶液，使贵金属裸露出来便于回收。生物技术提取金等贵金属具有工艺简单、费用低、操作方便的优点，但是浸取时间较长，浸取率较低，目前未真正投人使用。上述几种常规方法中，机械法虽然具有环境友好的突出优点，但由于采用机械法需要高质量的大型处理设备，因此投资很大，并且由于电子废弃物中成分复杂，全自动的拆解分离技术尚未形成，手工拆解费用太高，以至于在劳动力价格较高的发达国家，只能整体转移到欠发达国家处理。对于火法冶金，虽然也能得到较高的金属回收率（通常其回收率高达90%以上），但存在着焚烧电子废弃物如印刷线路板上的粘结剂和其他有机物等时会产生大量有害气体形成二次污染，而且大量浮渣的排放增加了二次固体废弃物；此外，处理耗能大，处理设备昂贵，经济效益不高。因此火法冶金的应用从效益与经济方面综合考虑不太适合。生物技术方法现在仍处于研究中，其浸取时间较长，浸取率较低。而对于湿法回收工艺，由于该技术具有废气排放少、处理后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程简单等突出优点，因此目前它比机械法和火法冶金技术应用前景要广泛些。四、总结电子废弃物对环境的影响已成为全球化的问题，我国的形势尤其不容乐观。我国对于电子废弃物的管理及资源利用还处于起步阶段，应建立完备的法律法规监管体系，健全电子废弃物回收利用体系。此外，文中所述的湿法冶金和火法冶金提金技术虽然金的提取率较高，但引起的环境污染也很严重，很多有害物质如铅、汞、铬、镉等重金属由于难分离、回收效益不高，而被废弃流入自然环境，严重危害了我们周围的环境；而机械处理回收则存在处理设备基建费昂贵，且能耗大的问题[18]。因此，对电子废弃物处置仍是各国环保专家面临的严峻问题，而电子废弃物无害化回收技术则是电子垃圾资源回收的主要研究方向。参考文献[1]胡天觉，曾光明，袁兴中.从家用电器废物中回收贵金属[J].国资源综合利用，2001(7):12-15.[2]晓江.电子废弃物回收利用良方.环境导报，1997(4):33.[3]SUMELAINEYL.RecoveryofMetalfromElectornicScrap.JOM，1991，43(4):53-61，1047-4838.[4]王震，马鸿发.上海市电子废弃物产生量及管理对策初探[J].再生资源研究，2003，(3):16-1[5]吴蜂.电子废弃物的环境管理与处理处置技术初探--国外现状综述[J].中国环保产业，2001，(2):38一3[6]王卓眠，温雪峨，赵跃民.电子废弃物资源化现状及处理技术[J].能源环境保护，2004，18(5):19-21[7]ChingHuaLee，SuLiChang.ManagementofscrapcomputerrecyclingofTaiwan,Journalofhazardous,2000,(3)：209-220[8]FeldmannK，SchellerH.Disassemblyofelectronicproducts。Proceedingsofthe1994IEEEinternationalSymposiumonelectronicsandenvroment，IEEE，1994，81-8[9]YongyongGuo,XiaHuo,YanLia.Monitoringoflead,cadmium,chromiumandnickelinplacentafromane-wasterecyclingtowninChina[J],ScienceoftheTotalEnvironment,2010,(408)：3113-3117[10]J.David.Nickel-cadmiumbatteryrecyclingevolutioninEurope[J]，JournalofPowerSources，1995，57：71-73[11]环境省大臣官房废弃物及循环利用对策部.平成16年度(2004年度)调查项目产业废物产生和处理状况调查报告书[R].环境省大臣官房废弃物及循环利用对策部,2005,3:2-12.[12]ShunliZhang，EricForssberg.Mech