废弃电路板预分离焊锡处理技术研究

废弃电路板预分离焊锡处理技术研究

王旭1，张洪建1,2，皇甫延琦1，张尧烨1

(1.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116;

2. 江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏 徐州 221116)

摘要：针对废弃电路板金属回收处理工艺的优化研究，基于环境工程专业视角，提出处理废弃电路板之前预分离焊锡金属的方法，通过使用数控气氛炉等装置进行多次实验，确定控制加热温度250℃、加热时间5min可以实现预分离焊锡金属的最佳状态，从而减少后续提取其他金属的技术复杂度，提高金属综合回收效率，有助于工业化处理废弃电路板，实现资源循环利用。

关键词：废弃电路板；焊锡；预分离；技术；研究

收稿日期：2014-05-23

作者简介：王旭(1991-)，男，本科，环境工程。

通讯作者：张洪建(1970-)，男，博士，研究方向：电子废弃物资源化回收。

中图分类号：X76文献标识码： A

现有的废弃电路板资源化回收技术主要有机械破碎法、火法、热解法、湿法等，这些处理工艺成本往往较高，且技术内容复杂，处理电路板过程中存在着不同程度的污染问题，实际生产中难以有效应用[1~2]。针对废弃电路板的研究一般集中于贵金属的提取回收，专门研究电路板表面焊锡性质并进行实验，研究其对电路板金属分离回收影响的论著较少。如何高效、清洁、低成本回收废弃电路板中的焊锡至今仍是废弃电路板资源回收技术中的难题之一。若不解决废弃电路板中焊锡的回收问题，既不能实现资源循环利用，也不利于其他金属的回收。因此，废弃电路板中的焊锡回收也是一个必须解决的技术问题[3~4]。

1基础实验研究

1.1实验原理简介

印刷电路板是由树脂、玻璃纤维、高纯度铜箔、印制元件及电子元器件组成的复合材料[5]。电路板由焊锡、基板和众多电子元器件组成，且电子元器件主要以表面安装形式或通孔插装的形式通过焊锡安装在基板上。电路板中锡铅金属占金属总量的15.38%，且主要存在于电路板表面的焊锡中[6~8]。焊锡中的锡熔点231.89℃、铅熔点327.50℃，具有相对其他金属“低熔点”的特点，能够在一定温度、时间条件下率先熔出，实现提前分离，可以为后续金属铜等物质提取回收提供较大便利，有利于工业化生产处理，具有较大的潜在利用价值[9]。

1.2实验器材

KBF11Q型数控气氛炉，废弃电路板，生物柴油，油浴锅，坩埚钳等。

1.3实验研究的创新点

(1)研究废弃电路板锡铅金属赋存状态及其高温解离机理；

(2)根据锡铅金属低熔点的物理特性，研究在分离其他贵金属之前通过氮气气氛高温加热工艺实现其与基板的有效预分离，为后续铜、铝等金属的分离提纯减化工艺流程和降低难度；

(3)研究废弃电路板在不同处理条件下基板成分变化规律及通过分析实验数据得到实现废弃电路板中焊锡有效预分离的最佳温度和时间条件。

摘要1.4实验技术流程

实验时选取一定面积且其表面焊锡分布较均匀的废弃电路板，经过初步简单拆解，去除电路板表面形状较大的电子元器件做其他利用[10]。将初步处理后的电路板置于油浴锅且浸入已经加好的生物柴油中，再将油浴锅置于数控气氛炉内(工作时，气氛炉可隔绝空气，保持氮气氛围)，关闭炉门，设置不同控制条件下时间与温度对应的数控程序，进行焊锡与电路板的预分离过程。由于已裂解的电路板不利于后续其他金属的提取，实验时应严格控制过程的进行。处理完成后，对电路板焊锡点数量的前后变化进行统计分析，从而得出不同影响因素对电路板焊锡分离的影响效果，最后分析实验结果并交流讨论。

1.5实验数据分析处理

(1)实验时选取10*10cm2的电路板(初步切割处理)，设置加热时间5min，加热温度分别选取200、210、220、230、240、250和260℃的条件下，探究温度对电路板焊锡回收的影响，实验数据见表1，分析图见图1。

(2)实验时选取10*10cm2的电路板(初步切割处理)，设置加热温度250℃，加热温度分别选取1、3、5、7和9min的条件下，探究温度对电路板焊锡回收的影响，实验数据见表2，分析图见图2。结合表1和表2的实验数据，对比处理软件做出的图1和图2，可以得出实验因变量与自变量的变化对应关系。

表1　温度条件对电路板焊锡金属回收的正交实验结果

表2　加热时间条件对电路板焊锡金属回收的正交实验结果

2基于多因素分析的温度、时间对焊锡分离率的影响结果分析与讨论

2.1温度变化对电路板焊锡分离率的影响

加热温度是焊锡分离回收的重要影响因素，它决定焊锡熔融的程度。一定条件下，实验温度越高，液态焊锡的黏度越小，流动性越好，越易从废弃电路板中分离。因此，在保持废弃电路板不发生裂解的条件下，实验温度应尽可能高。由表1和图1分析可知温度为200℃和210℃时，电路板上大部分焊点处有焊锡残留，锡铅只有少部分得以分离；温度为220℃、230℃和240℃时，电路板上焊点处焊锡残留逐渐减少，规律为随着温度的升高，焊锡的残留率降低；温度为250℃和260℃时，电路板上焊点处几乎无焊锡残留，表明焊锡分离较好接近最佳温度值，但在260℃时，基板出现裂解情况，不利于后续其他金属的回收。因此，选取250℃为焊锡预分离的最佳温度。

2.2加热时间对电路板焊锡分离率的影响

加热时间是焊锡分离回收的另一个重要影响因素，加热时间过短电路板表面的焊锡不能得到充分分离，时间过长导致电路板发生裂解反应，进而影响电路板金属回收的效率。由表2和图2分析可知，实验时取1min和3min，加热时间过短，焊锡没有加热完全，导致分离回收时效率不高；时间取5、7和9min时，由于加热充分，锡铅回收率大幅度提高，规律为随着加热时间增长，焊点的分离率增加。但是7min和9min时基板已经开始裂解，不利于后续其他金属的提取。因此，选取5min是焊锡预分离回收的最佳加热时间。

3结语

废弃电路板组成成分复杂、种类繁多，其回收被公认为工程领域中相当复杂的难题[11]。实验发现，电子元器件和焊锡的分离回收对于提高废弃电路板的金属回收利用率有很好的促进作用，表现在两点：一是经过预分离后，基板与电子元器件可以分别进行处理，进而为后续其他金属回收过程降低技术难度与处理成本，提高了金属回收利用率。二是焊锡的预分离消除了其对废弃电路板其它金属特别是贵重金属回收带来的不便[12]。废弃电路板焊锡金属的分离回收可使大量的焊锡得到重新利用，更重要的是减少焊锡中含有的铅对生态环境可能带来的潜在危害，对于改善人类的生存环境、资源的循环利用和可持续发展都具有重要意义。

参考文献：

[1]阮培华.电子信息产品步入强制环保时代[J].高科技与产业化，2007，(5).

[2]吴倩，邱克强.热解技术处理废弃电路板的研究进展[J].化工环保，2008，28(4).

[3]Lee J C, Song H T,Yoo J M. Present status of the recycling of waste electrical and electronic equipment in Korea: A review[J].Resources,Conservation and Recycling, 2007, 50(4):378-396.

[4]HE Wenzhi, LI Guangming, MA Xingfa, et al. WEEE recovery strategies and the WEEE treatment status in China[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006, 136(3):502-5.

[5]何亚群，段晨龙，王海锋，等.电子废弃物资源化处理[M].北京：化学工业出版社， 2006.

[6]Hall W J, Williams P T. Separation and recovery of materials from scrap printedcircuit boards[J]. Resources Conservation and Recycling, 2007, 51(3).

[7]沈志刚.废弃线路板的物理回收处理技术及成套设备[A].欧盟电子电气产品回收技术交流与合作研讨会论文集[C].上海：2004.

[8]王波，洪丽.废弃印刷线路板处置技术的研究进展[J]. 安全与环境学报，2013，13(1). 688-710.

[9]陈占华.废电路板中金属再生利用研究[D]. 长沙：中南大学，2005.

[10]周益辉，邱克强. 回收废弃印刷电路板焊锡的新技术[J]. 中南大学学报(自然科学版)，2011，42(7).

[11]周益辉. 真空热裂解和离心分离技术实现废弃电路板中有机树脂和焊锡的资源化研究[D]. 长沙：中南大学，2010.

[12]全翠. 废电路板热解特性及其热解油的资源化研究[D]. 大连： 大连理工大学，2012.

Research on the Technology of Pre-separating the Solder

from Waste Printed Circuit Boards

WANG Xu1,ZHANG Hong-jian1,2,HAUNGPU YAN-qi1,ZHANG Yao-ye1

(1.School of Environment Science and Spatial Informatics,CUMT,Xuzhou Jiangsu 221116 China)

Abstract：The optimal research on the technology of recovering metals from waste printed circuit boards was done.The method of pre-separating the solder was suggested.Many tests were done using different devices such as CNC atmosphere furnace to look for the most optimal condition of solder separation.The 250℃ of heating temperature and 5 minutes of heating time could realize the pre-separation of solder from the waste circuit boards.This pretreatment could decrease the difficulty of separating other metals on the boards and increase the recovery rates of metals.

Key words： waste printed circuit boards;solder;pre-separation;technology;study