废弃电路板的综合处理与回收利用技术
废弃电路板的综合处理与回收利用技术
周益辉1 曾毅夫1 龙桂花2 湛志华3
1凯天环保科技股份有限公司 2湖南科技学院
长沙 410100
外语语言文学系 永州 425100
3
桂林师范高等专科学校 化学与工程技术系 桂林 541001
摘要：对废弃电路板的材料成分进行了分析，针对不同的两种废弃电路板提出了资源化处理路线，并对废弃电路板金属和非金属资源的深加工处理技术进行了探讨。 关键词：废弃电路板；金属；非金属；回收 中图分类号:X705 文献标识码:A
The recycle technologies of waste printed circuit boards
Zhou Yi-hui1 Zeng Yi-fu1 Long Gui-hua2 Zhan Zhi-hua3 1Kaitian Environmental Technology Co., Ltd, Changsha 410100
2Hunan University of Science and Engineering, Foreign Languages Institute, Yongzhou 425100 3Guilin Normal College, Department of Chemistry and Engineering Technology, Guilin 541001 Abstract: The material characteristic of waste printed circuit boards was analyzed, and the recycle routes for the two types of waste printed circuit boards were put forward, and further processes for metals and nonmetals resources of waste printed circuit boards was discussed. Keywords: waste printed circuit boards; metals; nonmetals; recycling
0 前言
经济的发展和科技的进步使得电子工业迅猛发展，给人类的生产、生活方式带来了深刻的变革。同时由于电子产品的更新换代周期不断缩短，大量的电子产品在达到使用寿命后报废成为了电子废弃物，由此产生的电子废弃物每年以18％的速度增长，成为世界上增长最快的垃圾之一[1]。废弃电路板是电子废弃物中成分和结构最为复杂、同时也是最难处理的部件，如果不加处理、任意堆放或填埋或处理不当将给周围的环境带来很大的威胁；此外，我国正在大力发展循环经济，倡导建立资源节约型社会，以缓解人口、资源、环境对社会可持续性发展带来的巨大压力。废弃电路板的综合处理与回收利用已成为资源环境领域的一个重要课题。
废弃电路板中含有大量的可利用的塑料、玻璃、金属和稀贵金属等资源，若随意处置废弃电路板不但会给环境带来潜在的危害，而且会造成资源的极大浪费。因此废弃电路板的无害化与资源化处置，不仅能保护人类赖以生存的自然环境，同时也能够实现资源的回收利用。本文综合废弃电路板的特点，分别探讨了不同废弃电路板及金属与非金属资源的综合处理与回收利用技术。
1周益辉(1983-)，男，硕士，环保工程师，主要从事固体废弃物的资源化与产业化研究
，Email: yihuizhou210@yahoo.cn
基金项目：湖南省社会科技发展支撑计划重点项目（项目编号：2009SK2004）
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废弃电路板的综合处理与回收利用技术
1 废弃电路板的材料成分分析
废弃电路板的回收处理在很大程度上依赖于对其材料组成与结构的认识，因此，从定性和定量的角度确定废弃电路板上各种物质的组成和含量非常必要。印刷线路板的基板材料通常为玻璃纤维强化酚醛树脂或环氧树脂，其上焊接有各种构件，成分非常复杂，其中含有多种金属，具有很高的资源回收价值。瑞典Ronnskar冶炼厂[2]算机中的印刷电路板的组分进行了分析，结果如表1所示。
表1 电脑电路板的主要物质组成
物质名称 比例/% 物质名称 比例/%
塑料 49.779 镉 0.066
铜 23.728 钽 0.032
铁 7.467 钯 0.021
溴化物 4.646 钼 0.026
铅 4.480 铍 0.015
锡 3.650 钴 0.014
镍 3.319 铈 0.008
锑 锌 金、银 1.825 0.747 0.166 铂 镧 0.006 0.005
汞 0.002
从材料组成来看，废弃电路板中含有大量可回收的金属和塑料等非金属物质，具有很高的回收利用价值。废弃印刷电路板含有的金属分为两大类：①基本金属:如铝、铜、铁、镍、铅、锡等；②贵金属和稀有金属:如金、银、铂、钯等。一般而言,废弃印刷电路板中基本金属含量高，贵金属和稀有金属含量低。然而废弃印刷电路板还含有铅、汞、镉等重金属和溴化阻燃剂等有毒有害物质，如果处理不当会对大气、土壤和地下水造成严重污染，对人类健康造成巨大的危害。
2 废弃电路板整体综合处理技术
废弃电路板是整个电子废弃物的核心，也是最难处理的部件。关于它的回收处理，国内外研究机构和企业已经做了广泛的研究。综合现有的产业化技术，根据废弃电路板的实际情况，现提出废弃电路板的处理路线。 2.1 大中型电子产品废弃电路板处理路线
来自于电脑、电视、冰箱等大中型电器的废弃电路板，面积较大，含元器件相对较多，成分复杂，如图1所示。因此，有必要先进行元件和基板的分离，以提高回收效率。
图1 大中型电子产品的废弃电路板
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废弃电路板元件基板分离元件基板真空炭化蒸馏破碎分级Zn炭化渣有机燃料磁选Fe破碎树脂粉涡电流分选静电分选混合金属粉末（Cu,Pb,Sn,贵金属）炭渣混合金属粉末（Cu,Pb,Sn,Al,Ni,贵金属）
图2 大中型电子产品废弃电路板的处理路线
图2是针对大中型电子电器产品提出的回收路线。废弃电路板首先采用专门的设备实现基板和电子元件的分离，然后分别进行处理。元件进行真空炭化蒸馏，目的是分离出电子元件的有机物和蒸馏出低沸点金属（锌，还有少量的镉锑汞等）。炭化渣经磁选分离出铁，再经破碎和涡电流分选后得到炭渣和混合金属粉末。 3.2 小型电子产品废弃电路板的处理路线
小型电器的电路板形状各异，一般来自于电子玩具、灯管、插座、手机等。虽然同样含有各种元件，成分也比较复杂，元器件相对小，如图3所示。因此，此类废弃电路板不便于进行元件和基板的分离，应采用整体破碎分选的方法较为适宜。
图3 小型电子产品的废弃电路板
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废弃电路板破碎磁选Fe分级静电分选混合金属粉末（Cu,Pb,Sn,Zn,Ni,稀贵金属）树脂粉真空蒸馏混合金属粉末（Cu,Pb,Sn,Ni,稀贵金属）Zn
图4 小型电子产品废弃电路板的处理路线
图4是针对小型电子产品的电路板提出的回收路线。废弃电路板整体破碎后，经过破碎经过磁选除铁，再进行静电分选实现金属与树脂粉末的分离。金属粉体再经过真空蒸馏后分离出低沸点金属，得到含有Cu、Pb、Sn和稀贵金属的混合金属粉末。 3 废弃电路板金属与非金属资源的深加工技术
3.1 金属资源的分离与提炼
经分选后，金属粉末与非金属粉末基本上得到了分离，但是非金属中不可避免地存在少量的金属。Cu、Fe、Al、Pb、Sn、Zn、Ni、贵金属（如Au、Ag、Pd、Pt），这些都是废弃电路板中的主要金属，其中的铁可以用磁选机进行分离；Al可以通过涡电流分离；Zn、Cd、Hg可以通过真空蒸馏分离；剩下混合金属粉末，主体为Cu，还有少量的焊锡（即Pb和Sn）、贵金属和极少量的其他稀有金属。
对于废弃电路板中的焊锡（即Pb和Sn）来说，若在处理废弃电路板之前将其分离回收是最理想的。中南大学丘克强教授课题组[3]利用焊锡低熔点这一性质，开发了一种废弃电路板焊锡回收的装置，几乎实现焊锡的完全分离回收。因此，处理大中型电子产品的废弃电路板，在分离电子元件和基板的过程中，完全有可能实现焊锡的同步分离。
上面讨论过不同类型废弃电路板的处理方法，可知并不是所有的电路板适合于分离元件基板，仍有大量的废弃电路板直接破碎分选，焊锡（即Pb和Sn）进入混合金属粉末。从混合金属粉末中分离回收焊锡，若能开发一种装置能采用焊锡熔化后分离回收是废弃电路板资源化的一大技术突破；一般采用“浸出+电积”湿法冶金的方法剥离焊锡[4]，浸出液可采用包含硝酸、硝酸铁，氨基苯甲酸的溶液或者含有Ti（Ⅳ）的酸液。
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含铜和贵金属的混合金属粉末的资源化，仍是一个难以解决的问题。混合金属粉末的主体是铜，处理路线根据实际情况而定。若是市场铜价很高，硫酸铜的价格低迷，则直接作为产品送冶炼厂处理；如果是硫酸铜的价格较高，可采用湿法冶金的方法进行处理，采取的路线一般是先浸出铜后进行贵金属提纯。如图5所示，废弃电路板被破碎分选等一系列工序后得到铜粉。据有关文献[5]报道，采用稀硫酸、氯化钠和硫酸铜的混合溶液对其中的铜进行浸出试验，处理工艺如图6所示。
图5 废弃电路板破碎分选得到富铜粉末
图6 废弃电路板金属粉末湿法处理路线
其浸出原理如下：
Cu + Cu2+ = 2Cu+ (1) Cu+ + Cl? = CuCl CuCl + Cl? = CuCl2? (2) 4CuCl2? + O2 + 2H2O = 2[Cu(OH)2·CuCl2] + 4Cl? (3) 4CuCl + O2 + 2H2O = 2[Cu(OH)2·CuCl2] (4) [Cu(OH)2·CuCl2] + H2SO4 = CuSO4 +CuCl2 +2H2O (5) CuSO4 + 5H2O = CuSO4·5H2O (6) 经过蒸发结晶后可得到纯硫酸铜产品，如图7所示：
图7 硫酸铜产品
实现铜的分离回收后，剩余的金属主要为贵金属（如金、银、铂、钯等），如图8所示，可采用现有的湿法成熟工艺，实现其资源化。
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