废镀锡电线电缆的再生新技术

周益辉 ，丘克强

（1.中南大学化学化工学院，湖南 长沙，410083；2.湖南凯天环保科技股份有限公司，湖南 长沙，410100）

随着电力通讯事业的飞速发展，社会对电线电缆的需求日益增加，随之而来的废电线电缆也与日俱增，加上金属资源日益匮乏，国际铜、锡价格高居不下，废电线电缆的回收对经济和社会都具有重要意义[1-2]。由于传统的导体铜线在高温挤塑时会有部分氧化，且在导线连接时容易出现接触不良，因此，现有的铜导线普遍在表面镀锡，以使其具有良好的抗腐蚀性能和焊接性能。废镀锡电线电缆由塑料外皮、铜导体和锡镀层组成，若将其中的塑料、铜和锡分别分离回收，能产生良好的经济效益，因此它的回收及资源化具有重要的意义。

以往对于废电线电缆的处理一般利用电线电缆塑料外皮的可燃性，采用焚烧的方法回收废弃电线电缆中的金属[3]。这种落后的处理方法，不仅对周围环境造成严重污染，而且还白白浪费了塑料外皮这一可回收再利用的资源。现在最常用的废电线电缆回收技术有剥线和粉碎两种[4-13]。剥线技术的原理就是通过切刀将废电线电缆表皮沿其轴线方向切开，使金属导线与外表皮分离；粉碎技术是通过切断机和粉碎机等机械设备将废电线电缆直接破碎成颗粒状，再通过分选设备将塑料和金属分离开来。可以看出，现有的废电线电缆的回收技术着重于分离铜和塑料，而对铜导线上的锡镀层的分离回收无能为力。而从锡的回收方法来看，主要有酸浸法和电解法两种[14-15]，但这两种方法回收锡均存在回收成本高、工艺流程长等问题。

为了更合理、更有效地实现废镀锡电线电缆资源化，设计了一种在真空条件下既能实现有机塑料的热解液化，又能分离回收铜和锡的方法，一步高效实现了废镀锡电线电缆全组分高值化清洁再生。

1 实验

1.1 实验材料与装置

实验样品采用直径为1 mm的废弃镀锡电线。实验装置为自行设计的设备，主要由电机、反应器、转鼓、电阻炉、冷凝系统、真空泵、气体收集器等组成，如图1所示。其中带有均匀滤孔的转鼓是为分离回收锡专门设计的；真空压力计用于监测容器内部压力；气体收集器用于收集热解过程中生成的不凝气体。

1.2 实验方法

取50.13 g废镀锡电线装入转鼓中，使转鼓处在容器内部，连接好整个装置。实验时设置以下实验条件：体系起始压力为400 Pa，冷阱温度-20℃，升温速率20℃/min，终温500℃，终温保温时间为30 min。打开冷却水，开真空泵，使得体系处于真空状态（体系压力约为400 Pa），然后对废镀锡电线进行程序升温加热。实验流程如图2所示。

在热解过程中，废镀锡电线的外层塑料热解挥发物进入低温冷阱冷却成液态油，不可冷凝气体经干燥、碱液吸收后进入气体收集器。在热解的过程中开动电机使转鼓旋转，锡和碳渣从转鼓中迅速滤出沉积在反应容器底部，铜线则留在转鼓中。

2 结果与讨论

废镀锡电线在真空条件下热解后，热解挥发气体从反应器中逸出进入冷阱，大部分冷凝为液态油，少量不可冷凝气体经过干燥、碱液吸收后进入气体收集器。在废镀锡电线热解的同时，锡和碳渣通过离心分离与铜线分离。实验后得到热解油、铜线和含锡碳渣，如图3所示。

图4为废镀锡电线中塑料皮真空热解产物的产率。废镀锡电线上的锡镀层占质量比重很小，它在分离过程中以微粒的形式与碳渣混合在一起。因此，在计算废镀锡电线中塑料皮的原始质量时忽略锡的质量，通过废镀锡电线的原始质量和所得铜线质量的差值而得到塑料皮的近似原始质量；得到的碳渣的质量可近似为塑料皮的热解渣质量。塑料皮真空热解产物产率和铜线产率的计算公式如公式（1），（2），（3）和（4）所示：

废镀锡电线由塑料外皮、铜线和锡镀层组成。因此，在热解中若能将锡与铜分离即可实现废镀锡电线全组分资源化回收。锡的熔点低（231.89℃），在废镀锡电线热解液化时，锡呈熔化状态，而铜线则保持为固体。根据这一特点，研究设计了一个可转动的多孔空心转鼓，在废镀锡电线热解的同时，利用固液离心分离技术将锡镀层分离出来。在实验中，当达到热解终温时，以转速为1 200 r/min，旋转转鼓10 min，废镀锡电线中的锡即可完全分离回收。

实验得到的铜线为铜黄色，已看不到表面的白色锡镀层，这说明锡已得到分离回收。实验收集到的碳渣为塑料外皮的热解渣和极少量从铜线上分离的锡微粒组成的混合物。在今后大批量处理时，可考虑从含锡碳渣中进一步回收金属锡。

热解液体产品外观类似煤焦油，为了了解其组成，通过GC-MS进行分析，结果如图5和表1所示。

表1列出了从废镀锡电线真空热解油中鉴定出的19种主要化合物及其相对含量。由表1可知，热解油主要由甲苯、反-4-辛烯、3-甲基-2-庚烯、3-氯-3-甲基-庚烯、2-氯-辛烷和邻苯二甲酸二异辛酯等物质组成。其中邻苯二甲酸二异辛酯、3-氯-3-甲基-庚烯和反-4-辛烯是热解油中含量最多的3种组分，它们的相对含量之和高达60％以上。此类热解油产品主要组分的含量较高，组分相对简单，这是其分离和提纯的有利条件。邻苯二甲酸二异辛酯是一种价值较高的增塑剂，在热解油中的含量达35％以上；还有一定量的烯烃、烷烃以及芳香烃类物质也具有较高的价值，若将它们从热解油中分离提纯并循环利用，废镀锡电线中塑料的再生价值将大大提高。

表1 废镀锡电线真空热解油中的主要组分及含量

真空热解的气体，经过碱液吸收后，主要成分有一氧化碳、二氧化碳和甲烷、乙烷、丁烷等低级烷。由于其可燃成分多，热值也高，收集后可用于为热解过程提供热能。

本研究在真空热解有机塑料的同时，利用离心分离的方法实现锡的分离回收，从而实现了废镀锡电线中有机塑料、锡和铜的一步分离。因此，本文所述的清洁无害处理技术具有很好的应用前景，为废镀锡电线电缆的高效回收提供了新途径。

3 结论

本文提出了一种无污染、低成本、高效率回收废镀锡电线电缆的新方法，即真空热解废镀锡电线电缆的同时进行离心分离，实现了废镀锡电线电缆有机塑料、锡和铜的一步分离。

（1）将废镀锡电线在真空条件下进行热解，设置体系起始压力为400 Pa，升温速率为20℃/min，裂解终温为500℃，终温保温时间30 min，设置冷阱温度为-20℃。塑料皮真空热解后的铜线、热解渣、热解油和热解气的产率分别为 63.22％，33.79％，58.70％和7.91％。

（2）当达到热解终温时，以转速为1 200 r/min旋转转鼓10 min，废镀锡电线中的锡即可完全分离回收。

（3）GC/MS的分析结果表明，热解油主要由邻苯二甲酸二异辛酯、3-氯-3-甲基-庚烯和反-4-辛烯等组成。这种热解油可提炼加工成化工原料或进一步加工成燃料；热解产生的不可冷凝气体经碱液吸附后的主要成分有一氧化碳、二氧化碳，以及甲烷、乙烷和丁烷等低级烷，收集后可循环利用。

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