废弃电路板的资源特点及回收处理技术

□文/周益辉 曾毅夫 叶明强

湖南凯天环保科技股份有限公司

废弃电路板的资源特点及回收处理技术

□文/周益辉 曾毅夫 叶明强

湖南凯天环保科技股份有限公司

The Resource Characteristics and Recycle Technologies of Waste Printed Circuit Boards

本文对废弃电路板的资源特点进行了总结，综述了目前应用较广的几种废弃电路板回收技术，即机械处理法、火法、湿法和热解技术，简要分析了现有技术的优势和不足，并展望了废弃电路板资源化技术今后发展的方向。

废弃电路板 处理技术 回收

印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)是电子工业的基础，是各类电子产品中不可缺少的重要组成部分。近年来，由于电子与信息行业的产品更新换代加速，导致大量电子废弃物形成，废弃电路板的数量以惊人的速度逐年增加。据估计，废弃电路板在电子废弃物中所占的比重为3%左右。以电子工业发达的广东省东莞市为例，每月产生的废弃电路板超过5 000吨，整个广东省超过8 000吨。除国内产生大量的废弃电路板外，每年大量进口的电子废弃物中也含有大量的废弃电路板。

废弃电路板主要由有机强化树脂、玻璃纤维、铜箔和电子元件组成，其中含有大量的有价金属（如铜、铁、铝、锡、铅等），还含有贵金属（如金、银、铂、钯等），具有很高的资源回收价值。然而，废弃电路板中还含有铅、汞、镉、铬等多种重金属和聚氯乙烯、卤化物阻燃剂等有毒有害物质，处理不当将对环境造成严重的二次污染。因此，如何有效地实现废弃电路板无害化回收，实现其再资源化，对于减轻环境压力和防止环境污染，提高二次资源的再利用率，确保我国经济、社会和环境可持续发展都有着十分重要的意义。

一、废弃电路板资源特点

1. 废弃电路板的来源

废弃线路板的来源主要有两个，一是废弃的电子电器产品中所含有的印刷线路板，二是印刷线路板在生产过程中形成的边角料和报废品。从计算机、电视机到电子玩具等，几乎所有的电子产品中都含有印刷线路板。因此，电子电器产品一旦被废弃，会产生大量的废弃电路板。随着科技日新月异的发展，电子电器产品被淘汰的速度越来越快，将形成大量的废弃电路板。除此之外，据有关资料显示，印刷电路板在生产过程中由于裁剪工艺产生的边角料高达24%。

2. 废弃电路板的材料组成

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。目前已有不少研究者对废弃电路板的组成和结构特点进行了研究，结果表明不同的电子产品对应的电路板中元素组成和含量各不相同。例如，电视机中印刷电路板上贵金属的含量比计算机少，铁、铅和镍的含量多，但所含元素的种类基本相同。瑞典Ronnskar冶炼厂对个人计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

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。废弃电路板含有的金属分为两大类：一是基本金属，如铝、铜、铁、镍、铅、锡等；二是贵金属和稀有金属，如金、银、铂、钯等。一般而言，废弃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危害。

二、废弃电路板回收处理技术

目前，最常用的废弃电路板回收技术主要有机械处理法、火法、湿法、热解等或几种技术的组合方法。

1. 机械处理法

机械处理法是先将废弃电路板破碎成细小颗粒，然后根据其中各组分物理性质的差异实现分离的方法，一般包括破碎、磨碎、分选等处理工艺。日本NEC公司采用去除元件和焊料后再破碎分选的方法处理废弃电路板，其处理流程如图1所示。去除元器件和焊料后，分别使用剪切破碎机和具有剪断和冲击作用磨碎机，将废板粉碎成小于1mm的粉末。再经过重力分选和静电分选过两级分选可以得到铜含量约82%的铜粉，其中超过94%的铜得到了回收。树脂和玻璃纤维混合粉末尺寸主要在100～300μm之间，可以用作聚合物产品如油漆、涂料和建筑材料等商品的添加剂。

上海交通大学许振明课题组对废弃电路板的机械回收处理进行了研究。其回收工艺主要包括两级破碎、静电分选、金属回收和非金属材料的再利用，如图2所示。首先采用剪切式旋转破碎机和冲击式旋转磨碎机相结合进行一级破碎和二级破碎，达到金属-非金属充分解离的程度，然后应用辊式电晕-静电复合电场高压电选机，对已破碎的废弃电路板进行金属颗粒与非金属颗粒的分选。

对于上述机械处理技术而言，各种材料尽可能充分地单体解离是高效率分选的前提。废弃电路板破碎程度不仅影响破碎设备的能耗，还将影响后续的分选效率，所以说破碎是关键的一步。由于印刷电路板基材硬度高、韧性强，要求细碎能耗大，破碎过程中部分机械能转变成热能，树脂、塑料等有机物由于局部高温产生有毒气体，还将不可避免地产生噪音和含有玻璃纤维、有机树脂的粉尘，对环境造成不利影响。

图1 日本NEC公司研发的废弃电路板回收流程

图2 废弃电路板回收流程

德国Daimler-BenzUlm Research Centre公司提出了一种液氮冷冻破碎的技术对电路板进行处理，具有四段式工艺：预破碎、液氮冷冻粉碎、分类、静电分选。这种用低温破碎的方法使废弃电路板基材脆化更容易破碎，减少了有毒气体的产生。但是，液氮冷冻使得处理成本大大增加，对设备的要求也很高。由此可见，机械法处理废弃电路板，在环境保护和资源化回收利用等方面还存在着一些问题。

2. 火法冶金

火法冶金是一种回收废弃电路板金属尤其是贵金属的传统技术。在火法冶金过程中，废弃电路板首先被燃烧以去除塑料，然后对剩余金属进行熔渣和提炼。比利时Umicore公司提出用铜熔炼的方法处理电子废弃物，其处理流程如图3所示。废弃电路板等电子废料经预处理后，送入Isa熔炼炉进行熔炼。产生的气体送硫酸厂处理；得到的粗铜送电解精炼回收铜、贵金属和稀有金属；炉渣送铅鼓风炉回收铅、锡等其他金属以及贵金属和稀有金属等。

高温冶金处理的最大优点是能够处理所有形式的电子类废品，但也存在许多缺点。单纯采用高温冶金处理废弃电路板存在一些问题：一是废弃电路板的有机塑料没有实现高附加值资源化；二是焊锡等金属在火法冶金过程中回收量很低或无法得到回收；三是火法冶金过程中产生大量的废气、废渣需要妥善处理与处置。

图3 比利时Umicore公司的金属熔炼流程

3. 湿法冶金

湿法冶金也是一种传统的废弃电路板回收技术。Young Jun Park等提出了一种“机械破碎分选+湿法冶金”的方法处理印刷电路板，主要包括破碎、铁铝分选、焊料浸出回收、铜浸出回收、贵金属回收和镍锌分离几部分，如图4所示。分别用磁选和涡电流分选分离铁和铝后，用含有Ti（Ⅳ）的酸液处理废弃电路板使锡或含锡和含铅的合金溶解为Sn（Ⅱ）和Pb（Ⅱ），通过电积的方法把锡离子和铅离子还原为金属锡和铅而回收；最后采用硫酸铵溶液浸出、萃取、电积得到铜，再进行贵金属回收、锌和镍的分离回收。采用湿法冶金处理废弃电路板具有金属回收率高、金属纯度高等优点，然而湿法工艺流程复杂、化学试剂耗量大，在处理过程中产生大量的废水、废渣需要妥善处理。

4. 热解

热解是在缺氧或无氧条件下将有机物加热至一定温度，使有机树脂中的化学键断裂，把网状的大分子分解成有机小分子，残留物为无机化合物，生成气体、液体(油)、固体(焦)并加以回收的过程。从PCB的组成能够看出，树脂塑料等高分子材料占废弃PCB重量的30%左右，由于这类材料直接或间接来源于石油产品，具有很高的热值，利用它们既可产生能源也可生产相关的化学产品，以一定的形式回收这部分材料具有经济和环境的双重价值。近年来，随着工业的急速发展，人们逐渐意识到环境保护和开发再生能源的重要性，热解技术开始用于固体废物的资源化处理。由于热解法对固体废物特别是有机高分子聚合材料处理所具有的减量化、无害化和资源回收率高等明显优势，国内外已开展了采用热解方法处理废弃电路板的理论研究和工程实践。

目前大部分废弃电路板的热解研究是在氮气气氛下进行的，而在真空条件下对废弃电路板进行热解的研究很少。真空热解与以惰性气氛下进行的热解技术相比具有很多优点，比如真空条件下能减少二次裂解反应的发生，降低样品的热分解温度，且避免了引入载气，从而降低了回收成本。中南大学丘克强课题组研发了处理废弃电路板的新技术，其中就包括了废弃电路板有机树脂的真空热解分离技术，其热解装置如图5所示。

采用热解技术在减容减量方面有很大的优势，能实现有机物和金属的一步分离。但是，目前这种方法用于产业化还存在着技术难题：一是热解油的脱卤；二是热解尾气治理。

三、结语

废弃电路板含有大量的普通金属和贵金属、有机树脂、玻璃纤维等有价资源，对其回收有着巨大的经济效益；由于其中含有大量的有毒有害物质，若不对其进行处理而直接填埋或者采用不当的工艺技术和设备处理，将给人类健康和生态环境造成严重危害，因此，科学有效地回收处理废弃电路板有利于人体健康与环境保护。自然资源逐渐减少的今天，对废弃电路板进行回收利用，有利于节约能源，提高资源的循环利用率，对促进经济社会的可持续发展有着重要的意义。

综合现有的回收技术来看，火法处理量大，但能耗高、资源回收率低、废气废渣处理成本高；湿法分离回收成本高, 若处理不当还会对水资源造成严重污染；热解技术在减容减量方面是可行的，但热解油的利用是该技术产业化的瓶颈；用干式机械破碎分选的方法回收金属、贵重金属及其他组分，可获得高的回收率。已有的实践说明，采用粉碎、筛分、气流分级、磁选、电选等干法分离技术应该作为目前及今后解决废弃电路板回收利用问题的出路。

略

图4 废弃电路板的金属回收流程

图5 真空热解装置示意图

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