废弃电路板电子元件和焊锡的分离回收技术

□文/周益辉曾毅夫龙桂花湛志华

1.湖南凯天环保科技股份有限公司 2.湖南科技学院 3.桂林师范高等专科学校

废弃电路板电子元件和焊锡的分离回收技术

Separating and Recycling of Electronic Components and Solder From Waste Printed Circuit Boards

□文/周益辉1曾毅夫1龙桂花2湛志华3

1.湖南凯天环保科技股份有限公司 2.湖南科技学院 3.桂林师范高等专科学校

本文综述了目前废弃电路板电子元件和焊锡的分离回收技术，即湿法和机械法，并对现有技术技术的特点进行了分析。

废弃电路板上含有大量的焊锡，具有宝贵的回收利用价值，焊锡的分离回收还能为废弃电路板其他资源的回收创造良好条件，已成为废弃电路板回收中的一个重要课题。值得注意的是，电子元件的分离往往伴随着焊锡的分离回收，因此，本文综合现有废弃电路板焊锡回收技术与电子元件分离技术展开概述。

一、废弃电路板电子元件和焊锡分离回收的意义

废弃电路板成分复杂，种类多样，它的回收被公认为一个相当复杂的难题。从印刷电路板的构造上不难看出，它由焊锡，基板和电子元件组成。基板由高分子聚合物(树脂)、玻璃纤维或牛皮纸及高纯度铜箔粘结而成。电子元件主要以表面安装或通孔插装的形式通过焊锡安装在基板上，如图1所示。

电子元件和焊锡的分离回收对废弃电路板的回收是非常有利的，主要体现在两个方面：一是焊锡的提前分离消除了其给废弃电路板其他金属尤其是贵金属回收带来的不便；二是电子元件分离后，基板和电子元件可分别处理，从而简化了后续回收工艺、降低了处理成本，使回收效率大大提高。

据研究表明，焊锡在废弃电路板中所占比重约为4%。电子元件是造成废弃电路板成分复杂的“元凶”，可想而知，分离电子元件后废弃电路板的得到了有效分类富集，极利于后续处理，具有很高的资源回收价值和经济效益。废弃电路板焊锡的回收可使大量的焊锡得到循环利用，更重要的是，它消除了其中的铅给环境带来的潜在危害，对改善人类的生存环境、资源的重新利用和可持续发展都具有重要的意义。

二、废弃电路板电子元件和焊锡的分离回收技术

目前, 回收废弃电路板的报道很多，但关于废弃电路板焊锡回收的研究较少。综合所有废弃电路板回收技术而言，涉及到焊锡回收处理技术主要有湿法和机械分离法等。

1. 湿法

湿法冶金处理废弃电路板的基本原理是利用金属能在盐酸、硝酸、王水等强酸或强氧化性溶液中溶解的性质，使之以离子态形式进入溶液，再用电化学的方法从溶液中回收金属。目前，国内外对湿法处理废弃电路板回收焊锡做了一定的研究。

1990年，英国Lmasa Limited研究了一种去除沉积在铜基体如电路板上锡、铅或锡铅合金的组合物。该组合物包含硝酸、硝酸铁，还含有氨基苯甲酸以限制对铜基体的侵蚀程度，利用这种组合物将废弃电路板焊锡浸出，然后再从浸出液中回收焊锡。

1999年，美国Morton公司提出了一种从印刷电路板上去除焊料和锡的组合物及其方法。该方法配制了以硝酸、硝酸铁和卤离子源作为主要组分的组合溶液，将废弃电路板浸没在这种溶液中，从而从电路板的铜基片上去除锡或焊料以及在其下的锡-铜合金。

2000年，我国的李德良等对印刷电路板焊锡的浸出进行了研究，开发了一种以烯丙基磺酸、硝酸、硝酸铁和咪唑为组分的新型退焊锡剂，用来快速、大量消去废弃电路板上的焊锡，以便拆卸电子元件。

图1 印刷电路板结构示意图

2009年，Gibson等采用含有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。

湿法实现焊锡从废弃电路板上分离，从工艺过程来看，焊锡被消除后电子元件易于从基板上脱除，此法也较容易实现产业化。湿法还具有金属回收率高、金属纯度高等优点。然而采用该处理方法回收焊锡和其它金属具有工艺流程复杂、化学试剂耗量大等缺点，而且在处理过程中会有大量的废水、废渣、废气产生，对环境造成不利影响。

2. 机械分离法

目前，废弃电路板焊锡回收的研究集中于机械分离法，即加热焊锡至熔化后采用机械外力分离回收焊锡。由于废弃电路板电子元件的机械拆卸过程必定会有大量焊锡脱离基板而得到回收，本文将机械分离焊锡的方法与机械拆卸电子元件的方法加以区别，分别介绍它们各自的技术现状。

（1）机械分离焊锡的方法

焊锡达到熔化温度时，废弃电路板的其他物质不会发生变化，并且保持为固体。基于这一特点，研究工作者通常采用对废弃电路板加热至焊锡熔化后，利用机械外力将熔化的焊锡从电路板上分离的方法回收焊锡。

日本是研究废弃电路板焊锡回收技术最早也是最多的国家。早在1995年，日本千住金属工业株式会社发明了废弃电路板焊锡回收的方法：通过传送带将废弃电路板送入热油中浸泡以熔化焊锡，然后使用油中特别设计的装置向电路板喷射热油，从而使焊锡脱离电路板得到分离回收。

1999年，日本NEC公司开发了一种元器件自动拆卸装置，该装置包括两级加热和两级分离单元。首先，废弃电路板被安装在拆卸装置上，红外加热至焊锡熔化后，大部分元件和焊锡在推进器和机械臂的冲击力作用下脱落；然后将电路板再次加热到焊锡熔化，采用剪切推进器将剩余的焊锡去除。

2000年，日本的Yasuyuki Yamagiwa等提出了一种从废弃电路板分离回收电路板的方法。该方法所用设备设置有电路板装配架、自动传送带、面板加热器、热风加热器、机械滚刷、焊料收集装置。废弃电路板首先被固定在装配架上，经过辐射加热后被传送至具有热空气加热器的滚刷装置中，熔化的焊锡在滚刷力的作用下得到分离回收。

2001年，日本佳能株式会社研究了一种焊料回收方法。废弃电路板首先被固定在装置中，然后向印刷电路板喷射由金属微粒和液体热介质组成且温度保持在焊料合金熔点以上的混合流体，将焊料合金和电子元件从印刷电路板上刮离，进入混合流体中。由于各种物质比重不同，刮下的电子元件浮在液体热介质上，焊料合金及金属微粒一起沉淀到金属微粒层，由于比重不同而分离。

在国内，目前还没有专门研究废弃电路板焊锡回收的报道。近几年来，国内一些研究者对废弃电路板电子元件的拆卸产生了浓厚的兴趣，由于拆卸电子元件的过程伴随有焊锡分离，他们将电子元件和焊锡的回收一起进行了研究。

2005年，张杰研发了一种废弃电路板的电子元件、焊料的分拆与回收方法及装置。该方法通过热风加热废弃电路板所有焊点上的焊锡至熔融状态后，通过紧贴着待处理电路板下表面的机械滚刷沿电路板运动反方向滚动，借助滚刷上的刷毛的机械力把电路板上的电子元件扫下，并被滚刷旁边的强力吸头吸入松动和散落的电子元件和焊料合金。

2006年，台湾的巫协森提出了一种回收废弃电路板电子元件和焊锡的方法。对所有焊点加热拆除所有电子元件后，再加热脱除电子元件的废弃电路板至200℃以上，使焊锡熔化，用真空吸焊装置回收焊锡。考虑到该真空吸焊装置回收焊锡不完全，随后又用硝酸浸泡，将剩余的焊锡湿法浸出，以达到所有焊锡回收的目的。

2007年，清华大学的三项专利中，提出了对焊料熔融的电路板施加接触式或非接触式冲击来拆卸电路板上的元器件和分离焊料的方法。四川长虹电器股份有限公司发明了一种电路板元器件和焊料分离回收的方法。整个装置为一个保温体系，内部包括预热装置，熔融焊料加热装置，喷射高温高压气体的特殊喷嘴和翻转振动机构等。

2010年，中南大学发明了一种采用离心油浴的方法实现焊锡和电子元件的分离回收。废弃电路板批量置入一个离心机械中，经过油浴加热至焊锡熔化后，开动离心机械可实现焊锡和电子元件的分离回收。

总体来讲，国内外采用机械分离的方法回收废弃电路板焊锡的效率普遍较低，原因是几乎所有的方法都只能对废弃电路板进行逐块处理。废弃电路板数量和种类繁多，而且大小不一，安装方式也不同，因此，现有的大多数机械分离法很难满足大规模回收处理的要求。

（2）机械拆卸电子元件的方法

印刷电路板作为整体废弃时，其中一部分电子元件的性能仍然完好，经拆卸后仍可继续使用。在研究废弃电路板电子元件拆卸方面，就技术而言，国外处于领先地位，一些研究者正在研制开发更符合机械化发展要求的自动化或半自动化拆卸技术。

1994年，德国FAPS公司提出了一种废弃电路板的自动拆卸方法，即采用与电路板自动装配相反的原则进行拆卸。在自动拆除步骤之前，首先手工拆除可重新使用以及包含有毒成份的电子元件，然后用3-D图像识别技术获取相关信息，确定特定元件，用自动机械设备将所选择的元件拆除。接着用红外辐射加热废弃电路板，当焊锡熔化后将所有元件脱除。最后，依据识别系统对分离下来的元件进行识别并自动分类。

2001年，奥地利维也纳工业大学研制出一套废弃电路板半自动化的拆卸系统。这个单元由四个计算机和若干个可编程逻辑控制器组成，其中包括一个视觉系统，一个传输系统，一个去除焊锡系统和一个机械人系统。视觉系统通过一个高质量的图像探测系统将芯片分为贵重的、环境有害的、和其他三大类。前两种芯片通过一个混合去焊锡-机器人工艺去除。去除焊锡系统用来去除表面贴装部件，其他复杂的连接则由机器人系统去除。拆卸完后，机器人系统可以收集元部件并传送至后续处理系统。

在国内，电路板元器件的拆卸技术尚处于研发阶段。由于国内人工成本较低，目前主要以手工拆卸为主，即通过用电烙铁或热风枪加热熔化焊料，并用镊子拆除元器件。这种方法不符合安全生产的要求，拆卸效率也相当低。

近年来，一些科研院所和企业开军后勤工程学院研究了一种先加热电路板再通过滚刷和振动冲击拆卸电子元件的装置；北京航空航天大学也研究了一种对废弃电路板先加热后振动实现电子元件拆卸的处理设备。

综观上述电子元件拆卸技术，几乎所有的拆卸装置都只能对废弃电路板进行逐一处理，目的是为了最大限度分离和循环再利用废弃电路板上的电子元器件，对焊锡的分离回收并未做考虑，这是所有拆卸技术共同存在的问题。此外，大多数废弃电路板却没有拆卸的价值，拆卸前需要对废弃电路板进行人工挑选和测试，这可能是目前拆卸电子元件技术没有得到广泛使用的根本原因。

三、结语

始进行废弃电路板电子元件的拆卸研究。2005年，海尔集团研发了一种先对废弃电路板加热，然后通过击打的方式实现电子元件拆卸的方法与装置；2006年，合肥工业大学研究了在液态加热介质中加热废弃电路板至焊锡熔化后，再通过超声波和机械振动拆卸电子元件的方法与装置；2007年，机械科学研究总院研究了电子元件拆卸力学模型，并设计了一种红外加热箱加热废弃电路板，通过对其实施冲击将电子元件拆卸；2008年，湖南万容科技有限公司研究了一种先对电路板进行加热再采用高频率振动的方式实现电子元件脱落的设备；解放

湿法冶金技术回收废弃电路板焊锡具有工艺流程复杂、回收成本高等缺点，且会对环境造成威胁。目前对废弃电路板焊锡回收研究较多的是机械分离法，但大部分技术只能逐块处理废弃电路板，在处理规模和回收效率等方面存在很大的局限性，且处理成本也很高。机械拆卸电子元件的方法虽然在拆卸过程中有部分焊锡脱离废弃电路板，但其目的是为了分离和循环再利用电子元器件，对焊锡的分离回收并未做考虑，而且也具有处理效率低、成本高等缺点。因此，现有的废弃电路板焊锡回收技术还不能满足工业化的要求，需要我们进一步研究和开发新的处理工艺与设备，改变现有技术的现状，以满足处理形式产业化、资源回收最大化、处理技术科学化的要求。

略