浅谈印刷电路板拆解技术的研究现状

张晓娇,李挺

(上海第二工业大学 环境与材料工程学院,上海 201209)

浅谈印刷电路板拆解技术的研究现状

张晓娇,李挺

(上海第二工业大学 环境与材料工程学院,上海 201209)

摘要:指出了废弃印刷电路板的回收处理大体分为拆卸和破碎、物质富集分离、产品精制三个阶段，为了能够回收印刷电路板上的元器件,有必要对线路板上的元器件进行无损拆解。对国内外现有印刷电路板的处理处置技术进行了分析,提出了一种新的、高效、高资源利用率的线路板处理处置方向。

关键词:印刷电路板;拆解;元器件;资源化

1引言

随着电子行业的快速发展,使得电子产品的消耗快速增长,随之产生的是电子产品的大量废弃。印刷电路板几乎存在所有的电子产品中,同时作为电子产品的核心部件正在以惊人的速度报废。除此之外,我国是印刷电路板行业的生产大国,是全球产值最大的 PCB 生产国[1~3]。印刷线路板在生产过程中,产生约 24%的边角废料。我国也是印刷电路板的消费大国,几种主要的家用电器的社会保有量巨大。而且随着科学技术的发展与革新,电子产品更新速度越来越快,电子产品的使用寿命相应会缩短,这将使电子废弃物的数量呈直线增长之势。有关资料显示[4,5],美欧等国产生的电子垃圾 80%出口都被装进集装箱运到了印度、中国和巴基斯坦。其中中国又占了 90%。而废弃印刷线路板在电子废弃物中所占的比重约为 8%左右[6]。可见伴随电子废弃物产生的废弃印刷线路板的数量同样十分惊人。

由以上可以看出我国废弃印刷线路板的主要来源有废旧电器中的电路板、加工边角废料和进口的电子垃圾。因此,我国的废弃印刷线路板回收已经到了关键时刻,必须努力提升我国废家电处理技术水平。以解决我国废家电处理技术的技术瓶颈,提高本国企业在国际上的竞争力。

废弃印刷电路板上含有多种贵重金属(金、银和钯等)、稀有金属(铌和钽等)和大量的基本金属(铜、铁和铝等),倘若随意丢弃这些废弃电子产品或者经过不正确的处理,都会对环境造成严重的污染,同时也是一种资源的流失。在矿产资源日渐减少的今天,对于电子废弃物这座“城市矿山”进行合理的开发利用是减轻当前资源危机的重要方法。目前印刷线路板的处理处置都是未经拆解直接破碎分离金属和塑料。在对PCB资源化处理过程中,对其进行有效拆解必不可少,通过拆解可以回收具有商业价值的元器件并拆除危害性零部件以简化后续的材料分离再生过程。但是目前对这些废弃印刷电路板的处理处置技术尚不成熟,主要是小作坊通过手工操作来进行初步拆解处理,没有形成完整的产业链,深加工工艺比较欠缺。

2国内外废弃印刷电路板元器件拆解技术现状

目前现有的废线路板资源化处理方式主要有[7~9]2 种:一是以回收资源为目的的材料完全再生的回收方式,该方法主要回收其中的金属与非金属资源;二是结合拆解元器件的回收方式,这种方法不仅要求回收其中的金属和非金属资源,而且回收其中的可用电子元器件。前者的主要优点是机械化程度高、效率高,可节约劳动力成本,但是其设备投资巨大,后期处理困难,资源化程度相对较低;而后者工艺复杂。目前,我国对于拆解元器件的回收方式还处于可行性研究阶段,其发展受技术和经济两方面因素的制约。技术上阻碍PCB自动拆解的主要障碍是印刷电路板尺寸型号繁多,相同类型的产品数量少,所以自动化拆解困难。同时因数电路板的收集管理也是阻碍拆解的因素之一。

2.1　国内拆解技术现状

20世纪90年代,国内主要以野蛮粗鲁的方式拆解处理电路板[10,11],如电路板烘烤拆解和强酸溶解,这种处理方式缺乏技术指导,给环境带来了巨大的污染与灾害。目前废弃电路板再资源化研究成果按方法及工艺主要分为四大类[12]:机械物理法、化学溶解法、生物浸出法和焚烧热解法”。国内对废弃印刷电路板的处理方法主要是[13]机械物理法,处理方式大致分为两种:一种是将元器件连同废弃PCB基板一同破碎,最后分选出有价值的金属。这种方式虽然可以从回收的有价金属中获得一定的经济效益,但是与回收完整元器件所换回的经济效益相比是相差甚远的;另一种是采用人工拆解的处理方式将元器件从废弃PCB上去除。此方式虽然保持了元器件的完整性,使其可再次利用,但是其拆解效率不高,而且容易对人体造成伤害。

我国目前废弃印刷电路板处理处置形式有3种[14]:一是家庭作坊式:采用手工或者依靠最简单的工具(改锥、钳子等)进行的拆解,人工将有价成分分类回收;或者采用简单酸溶或露天焚烧等落后方式回收高附加值组分。难以回收利用的剩余组分就随意堆放或抛弃。在过去相当长的一段时间,这种处理方式在沿海地区广泛流行,但是生产效率低,工作环境差。随着废板数量增多,必须考虑拆解的效率和经济性问题。二是有一些中等规模的企业,购买和安装了用于拆解的主要设备设施,但是为节省资金,必要的污染防护措施不配套,在连续生产过程中也易造成二次污染。三是严格按照环保要求,采用先进工艺,进行拆解实现资源化处理,加工处理过程中产生的废水、废气、废渣都能得以合理处置。这种处理方式和设施在我国已经存在,比如南京金泽公司,新加坡伟成工业有限公司在无锡投资建设的电子电器废物处理厂。

然而实际上我国大部分废旧电子电器不是直接进入再生资源回收企业,而是流入二手市场,或通过捐赠方式转移到相对欠发达的地区或收入较低的个人,直接或经过适当修理重新利用;或暂时存储起来搁置不用;少部分彻底不能按原功能使用的废弃电器一般都被小商小贩收走,进行拆解,回收原料,以获得经济利益[15]。

对印刷电路板的拆解处理,除通用的采用熔锡炉原理进行PCB拆解外,其他更为科学的脱焊拆卸的研究较少,工业化的报道更为鲜见。合肥工业大学[13,16]开发了在硅油导热介质中脱焊分离PCB器件,并利用超临界流体分离印刷电路板不同材料层的方法及装置;亦有将被PCB置于反应釜的CO2 超临界流体环境中,直至印刷电路板粘结层失去粘结作用,强化基层与导电层分离,元器件自行脱落方面的研究都取得了较好的效果。

国内的一些文献虽有PCB板元件绿色脱焊回收的报道,但多数停留在实验室研究阶段,技术尚不成熟,存在许多问题,暂时无法推广使用。而国外的一些自动化脱焊设备又做得系统结构非常复杂,成本很高,不适合中国国情。

2.2　国外拆解技术现状

对于电子废弃物的拆解,尤其是废弃印刷电路板的拆解方面,德国和日本处于世界领先水平,并且对拆解过程具有较高的自动化和机械化。例如日本的[13,15]NEC公司通过对电子印刷电路板的制作过程的研究,开发出了一套自动拆卸废弃印刷电路板上电子元器件的装置。他的主要原理是利用加热熔解焊料。加热方式选用的是红外加热。通过红外加热熔焊后,采用两级去除的方式(即垂直和水平方向的冲击力作用)使表面焊接电子元器件从基板上脱落,不会造成任何损伤。然后再次结合加热、外部冲击力和表面浸蚀技术,达到完全脱焊。脱落的焊料可以作为精炼铅、锡的原料。此项技术获得了很好的经济价值和环境效益。

除此之外,德国的[3,15~17]FAPS公司在废旧电路板的自动拆解方面也有一整套的生产线。它主要通过采用与电路板自动装配方式相反的原则进行拆解。拆解的第一步是通过清理工序将废旧电路板分成两类。其中一类先经过手工拆解对电路板上的特殊电子器件进行拆除,比如电池等。然后对所有的电路板进行同时拆解。

另一类是无需手工拆解即可以直接进行同时拆解的电路板。其分类过程一般采用手工作业,这在电子废弃物拆解业相当普遍。将废旧电路板拆解之后,元件将被分成不同的种类。在预分类的阶段需要手工预先拆除一些特殊的元器件,比如铺在PCB表面的贵金属以及非破坏性的可再次利用的带插孔元器件如CPU、存储芯片。

3结语

与发达国家相比较可以看出,目前我国废弃电路板管理中存在的问题主要有:回收体系落后,回收再利用率低;再生利用处置水平低,工艺相当落后,污染严重:另外,管理人员不懂法不知法,操作人员不具备相关的专业技术和污染防治知识、技能,也是造成管理不善而产生环境污染的一个主要原因。

现有的拆解技术主要是物理方法通过加热或者破碎等技术进行处置,资源化利用程度低,对元器件损毁严重,而且不利于金属的回收,加重了后续处理负担,因此采用化学方法对电路板进行脱焊并回收元器件,再从溶液中回收焊料或者直接将浸溶剂作为原料用于工业生产,这种方法极大回收金属及元器件,且后续处理简单,将成为一种新的发展趋势。

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A Brief Discussion of the Research Situation of Disassembly Technology

of Waste Printed Circuit Boards

Zhang Xiaojiao,Li Ting

(SchoolofEnvironmentalandMaterialsEngineering,ShanghaiSecondPolytechnic

University,Shanghai201209,China)

Abstract:There exist lots of methods for the processing of printed circuit boards.Currently,the recovery processing of printed circuit boards is divided into three stages,including disassembly and break,material's gathering and separation,and product purification.The efficiency of resource utilization of the waste printed circuit boards is quite low.Therefore,adopting the concept of circular economy and recycling recovery processing is one of the ways to deal with printed circuit boards reasonably.In order to recycle the components on printed circuit boards,it is necessary to disassemble components from PCB in good condition.Through the understanding of current processing technology of PCB,this article puts forward a new processing direction of PCB,which is of high efficiency and resource utilization rate.

Key words:printed circuit boards;disassembly;components;reclamation

中图分类号:X705

文献标识码:A

文章编号:1674-9944(2015)01-0266-03

作者简介:张晓娇(1988—),女,湖北襄阳人,上海第二工业大学硕士研究生。

收稿日期:2014-12-01