电子废弃物处理与资源化技术概述

电子废弃物处理与资源化技术概述1概述电子工业的飞速发展和电子设备的广泛使用，给人类的生产和生活方式带来了极大的变革，同时也产生了消耗大量资源和能源、污染环境、增大废弃物量等一系列问题。随着电子技术的进一步发展，电子产品更新换代的周期不断缩短，废旧电子产品的数量与日俱增，这对环境造成了严重的危害。电子废弃物的资源化处理已经成为当前亟待解决的课题，引起了全社会的广泛关注。电子垃圾回收和再利用技术及工艺电子垃圾中金属材料的回收。2电子垃圾的有价性电子废弃物中含有许多可以资源化利用的材料，如各种塑料可以被直接回收利用;金属、贵重金属和稀有金属的提纯利用以及树脂纤维材料的再生利用等。丹麦技术大学的研究结果显示:1t随意收集的电子板卡中含有大约272.4kg塑料、129.8kg铜、0.45kg黄金、40.9kg铁、29.5kg铅、20kg镍和10kg锑，如果能回收利用，仅这0.45kg黄金就价值6000美元。因此，电子废弃物的回收利用具有明显的社会效益和经济效益。表1电脑电路板中所含的物质成分及比例[1]物质名称比例/%物质名称比例/%物质名称比例/%塑料49.799锑1.825钯0.021铜23.728锌0.747铍0.015铁7.467银0.083溴化物4.646金0.083铈0.008铅4.480镉0.066铂0.006锡3.650钽0.032镧0.005镍3.319钼0.026汞0.0023电子垃圾回收和再利用技术综述目前国内外对电子废弃物的资源化系统主要包括前期系统技术（用物理和机械的方法进行分选、破碎、提取回收）和后期系统技术（用化学、生物方法转化回收）。技术分类如下表表2电子废弃物资源化系统技术分类具体分类前期系统技术（用物理和保持废弃物原形的回收，重复利用（分选、修补、清洁洗涤）;机械的方法进行分选、破碎、提取回收）。破坏废弃物原形的回收材料：靠物理作用使废弃物原料化，再生利用（破碎、物理或机械方法的分离精制）。后期系统技术（用化学、生物方法转化回收）。回收物质：用化学和生物的方法使物料原料化、产品化而再生利用（转化+分离精制、热解、催化分解、熔融、烧结、堆肥发酵）;回收能源（燃烧、发电、水蒸气、热水等）。3.1电子垃圾中金属废弃物的回收对电子垃圾的回收处理最早可追溯到20世纪60年代，不过当时仅局限于对贵金属的回收和再利用，而如今的电子垃圾回收处理已发展成对各种有用材料（包括金属和塑料等）的全面回收。并且，现有电子垃圾的处理技术已有了相当大的发展，回收率也大大增加，同时还出现了很多新兴的处理技术。伴随电子垃圾处理工艺的日益增多及技术的不断改进，目前很多材料的回收率都超过90%。归纳起来，电子垃圾中常见的金属材料回收处理方法有机械处理法、火法冶金、湿法冶金以及微生物法等，其回收原理、优缺点和应用情况如表3所示。值得指出的是，金、银、钯、铂等贵金属是电子垃圾金属材料回收和再利用的重要部分，也是回收电子垃圾的主要经济推动力。对于贵金属，常采用湿法冶金进行回收。湿法冶金技术其实质是利用化学药剂对经破碎与分离等预处理后的电子垃圾浸取贵金属的一种方法。湿法冶金按浸取工艺中所用药剂的不同，又可以分为硝酸-王水浸金法、氯化法和氰化法等，其中又以硝酸-王水浸金法最常用。湿法冶金具有工艺简单、浸取贵金属速率快和回收率高等特点，但其成本高且二次污染相对严重。最近有报道称采用生物法回收贵金属二次污染小、成本低且回收率高达99%，因此该法值得推广应用。表3常见电子垃圾回收方法及其特点[2]处理方法原理优点缺点应用情况机械处理法对电子垃圾进行破碎使各种成分单体解离，再利用破碎后颗粒物理性质的差异（如密度、电性、磁性和形状等）进行分离。污染小、操作简单、不需要对电子垃圾做预处理，易实现规模化。处理后一般不是最终产品。综合回收有用材料，同时可作为其它回收方法的预处理。火法冶金利用冶金炉高温加热剥离非金属物质，贵金属熔融于其他金属操作简单方便，能得到较纯的产品，回收率较高。焚烧时会产生有害气体，二次污染严重，金属主要用于回收贵金属，逐渐淘汰中。熔炼物料或熔盐中，随后再加以分离回收率低，能耗大，设备一般较昂贵湿法冶金利用贵金属能溶解在硝酸、王水等强酸的特点，将其从电子废物中脱除并从液相中回收。能得到较纯的产品，回收率高，废气排放少，提取贵金属后的残留物易于处理，工艺流程简单。二次污染较严重。主要用于回收贵金属。微生物法利用细菌浸取电子垃圾中的贵金属。对环境危害小，投资少，能耗少，药剂消耗少，对低品位的资源也能很好地回收。生产周期长，温度要求严格。主要用于回收贵金属。3.2电子垃圾中非金属材料的回收除了金属材料，制造电子产品过程中还使用了大量非金属材料，特别是工程塑料。塑料普遍具有良好的绝热和绝缘特性，并具有强度较高、耐压和韧性良好等特点。电子产品常用的塑料主要包括ABS、HIPS和PC/ABS等[3]。电子垃圾中的大件纯塑料一般采用机械法直接回收，而混合塑料的回收主要有机械法、化学法和热回收法，各种方法的特点比较如图1所示。其中热回收法被认为是回收塑料最环保的方法，瑞士和丹麦早在2002年就有70%的塑料是通过该法处理的;2003年西欧也有23%的塑料通过该方法回收处理[4]。图1回收混合塑料的3种方法4具体处理技术方法4.1机械处理方法利用各组分间的物理性质差异进行分选的机械处理方法存在着成本低，操作简单，不易造成二次污染，易实现规模化等优势。目前的机械处理方法主要包括拆解、破碎、分选等，处理后物质再经过冶炼、填埋、焚烧等处理后可获得的金属、塑料、玻璃等再生原材料。因此，机械处理可以使电子废弃物中的有价物质充分地富集，减少后续处理的难度，提高回收效率[5]。4.1.1拆解电子废弃物中含有多种电子元器件，如变压器、电池、电容、晶体管等，这些元器件中含有铅、汞、镉等多种重金属和有害物质，处理时可预先将其拆解下来，对于可靠性检测后不可回收再利用的元器件可以进行单独处理，这样不仅能富集有价物质，还可以防止其对后续工艺的污染，减少处理成本。目前，电子废弃物的拆解一般由手工完成，机械设备作为辅助，但随着电子工业的飞速发展，电子废弃物的数量日益增多，必须考虑采用机械化处理的方法，提高处理效率。日本NEC公司已研制开发了一套自动拆卸废电路板中电子元器件的装置，这种装置主要利用红外加热和两级去除的方式使穿孔元件和表面元件脱落，不会造成任何损伤。4.1.2破碎单体的充分解离是实现高效机械分选的前提，破碎是实现单体解离的有效方法。因此，根据物料的物理特性选择有效的破碎设备，并根据所采用的分选方法选择物料的破碎程度，不仅可以提高破碎效率，减少能源消耗，而且还能为不同物料的有效分选提供前提和保证。在选择破碎设备时，应充分考虑物料的物理特性。如拆除元器件后的废电路板，主要由玻璃纤维强化树脂覆铜板组成，存在着硬度较高，韧性较强，具有良好的抗弯性等特点，因此采用具有剪、切或冲击作用的破碎设备比较合适。瑞典的SR公司开发的转式破碎机与日本NEC公司的剪切式破碎，都采用剪切作用来破碎废旧印刷电路板，减小了解离后金属的缠绕作用，得到了较好的解离效果。瑞士Result技术公司开发了超音速方法破碎涂层线路板等多层复合制件，它利用各种层压材料的冲击和离心特性不同，将多层复合材料彼此分开，不同材料的变形情况不同，脆性材料碎成粉末，金属则形成多层球状物。4.1.3分选机械分选主要是利用物质间的物理性质差异（如密度、电性、磁性、形状及表面性质等）来实现不同物质的分离。机械分选包括湿法分选和干法分选。湿法分选有水力摇床、浮选、水力旋流分级等。干法分选包括空气摇床、电选、磁选和气流分选等。4.1.3.1按密度分选按各组分的密度差异进行分选的技术成熟地应用于选矿行业中。由于电子废弃物中含有大量的金属和塑料，他们的密度差异较大，容易按密度分离，所以密度分选法处理电子废弃物也具有一定优势。空气摇床是一种按密度分选的设备，现已广泛地应用于电子废弃物的分选过程中，其分选机理是:不同比重的颗粒混合物料给到床面上，与从床面缝隙吹入的空气混合，颗粒群在重力、电磁激振力、风力等综合作用下按密度差异产生松散分层，重颗粒受板的摩擦和振动作用向上移动，轻颗粒浮在床面上向下漂移，从而实现了金属和塑料的分离。4.1.3.2磁选和电选磁选是利用电子废弃物中各组分的磁性差异实现分选的，多用于除去废弃电路板中的铁磁性物质。静电分选是利用物质在高压电场中的电性差异实现分选的，对废弃物再生处理十分有效。其荷电机理有两种:一是通过离子或电子碰撞荷电，如电晕圆筒型分选机;二是通过接触和摩擦起电荷电，如摩擦电选，能够分选多种不同物料，尤其对两种混合塑料，分选十分有效。涡流分选技术现已被广泛地应用于回收电子废弃物中的非铁金属。其分选机理是当分选机中的磁场变化时，在导电的有色金属颗粒中感应产生涡电流，涡电流与磁场相互作用，对导电颗粒产生电动力，使导电颗粒和绝缘颗粒产生不同的运动轨迹，从而实现导体和非导体的分离。涡流分选要求颗粒的形状规则平整，而且粒度不能太小。铝的密度较低，使用普通的分选方法容易混入轻产物中，而使用涡流电选机可以高效地分离金属铝。单体的充分解离是实现高效机械分选的前提。4.2火法处理和湿法处理4.2.1火法冶金回收方法火法冶金回收方法是指通过焚烧、等离子电弧炉或高炉熔炼、烧结或熔融等火法处理的手段去除电子废弃物中塑料及其他有机成份而使金属得到富集并进一步回收利用的方法[6]。本方法主要包括焚烧、热解两种类型。火法冶金回收方法的优点是，可以处理所有形式的电子废弃物；回收的主要金属包括金、银、钯等贵金属以及铜等贱金属，且这些金属的回收效率较高。其缺点是，易造成有毒气体的逸出；电子废弃物中的陶瓷及玻璃成份使熔炼炉中的炉渣量增加、易造成某些金属损失于其中而无法回收，且大量的非金属成分在焚烧过程中损失。4.2.2湿法冶金回收方法湿法冶金回收方法是指利用电子废弃物中的绝大多数金属（包括贵金属和贱金属）能在硝酸、硫酸、王水等介质中溶解而进入液相的特点、使绝大部分贵金属和其他金属进入液相而与电子废弃物中的其他物料分离、然后从液相中回收贵金属和其他贱金属的方法[7]。该方法主要是通过电解的途径来回收印刷线路板中的金属[8]。与火法回收技术相比，湿法回收技术的优点是：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、回收得到的产品是单一的金属。但湿法回收技术的化学试剂实际消耗量大，工艺复杂，产生的废水量大。4.3其它处理方法微波法：微波法是指将PCB粉碎后放入坩埚中用微波加热，使其中的有机物分解挥发后再加热到1400℃左右使余下的废料熔化形成玻璃化物质，再将其冷却后，其中的金、银和其它的金属便以小珠的形式分离出来，剩余的玻璃质物质可以回收用作建筑材料。其主要处理流程图如图2。图2微波辐射方法在电子废弃物处理中的应用5电子垃圾回收处理的工艺电子垃圾回收处理的工艺流程非常重要，工艺流程设计直接关系到回收的效率与效益问题。到目前为止，已经有许多企业对电子垃圾处理的工艺流程展开了深入的研究，并提出了有各自特色的处理工艺路线。通过比较研究，得到了电子垃圾回收处理的最佳工艺流程图，如图3所示。图3电子垃圾回收处理的最佳工艺流程7结语电子废弃物是一类增长速度快、环境危害性大、富含多种有价物质的特殊废物。电子废弃物的资源化处理和利用对于建立循环物流型社会和实现可持续发展战略起着重要的作用。就我国而言，合理解决电子废弃物资源化问题有助于缓解人口、资源和环境的压力。目前，我国对电子废弃物的处理利用在管理和技术方面都还比较落后，需要进一步完善提高，以期切实有效地将这类危险废物变成二次资源，减少其对环境和人类的危害。参考文献：[1]王卓雅，温雪峰，赵跃民电子废弃物资源化现状及处理技术能源环境保护第十八卷第五期[2]尹立孟，刘亮岐电子垃圾的回收再利用及其成本-收益模型研究材料报道：综述篇2010年5月第24卷第5期105-112[3]魏金秀，汪永辉等国内外电子废弃物现状及其资源化技术[J].东华大学学报（自然科学版），2005，31（3）:133[4]Kang