线路板熔锡废气多级净化处理技术与应用

韩晓明，常元花，崔亚丰，王晨，杜涛

（1.中再生洛阳投资开发有限公司，河南洛阳 471000；2.中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津 300191）

随着信息时代的到来，各类电器电子产品层出不穷，更新换代的速度也随之加快，废弃电器电子产品数量不断增加，印刷线路板被广泛应用于各类电器电子产品中。根据商务部发布《中国再生资源回收行业发展报告（2020）》的数据显示，截至2019年底，全国共有109 家企业纳入废弃电器电子产品处理基金补贴企业名单，“四机一脑”的回收量约17 100 万台，报废量超过390 万t，回收量增长显著。

根据《废弃电器电子产品规范拆解处理作业及生产管理指南（2015年版》，废线路板（WPCBs）属于电视机、电脑等拆解处理后的关键拆解产物。WPCBs 主要来源于废弃电器电子产品，其产生量约占废弃电器电子产品总产量的6%[1，2]。线路板主要由基板、铜箔、各类元器件、接插件以及黏合剂组成[3]。由于成分复杂且含有较多的有机物质，因此WPCBs 的处理不当可能会对周边环境或人体健康造成一定危害[4，5]。根据《危险废物名录（2021年版）》，WPCBs 属于危险废物，需要通过具有相关处理处置资质的单位进行处理。

WPCBs 处理中通常采用加热方式拆除表面的元器件、接插件，该过程统称为“熔锡”。该过程可将基板与元器件进行分离，有利于后续稀贵金属的进一步资源化回收。基板、焊点以及元器件等在高温受热条件下会释放大量含有毒有害成分的刺激性气体。因此，线路板熔锡废气的净化处理在WPCBs 资源化过程中占据重要地位。

1 废气中污染物的来源分析

根据工艺流程，熔锡废气中的主要污染物来源于熔融的焊锡及其添加剂、受热的基板及其添加剂、电子元器件以及拆解产生的烟尘。其中，锡炉熔锡过程中会产生含重金属的粉尘；受热情况下焊锡中的添加剂会分解释放有机气体；PCB 树脂本身受热也会释放有害气体，同时其表面的添加剂也会受热分解或挥发；电子元件的外套塑料层、表面油漆、封装元器件外部的塑料封装等在高温加热时均会释放刺激性气体。拆解产生的烟尘来源有两种，一是WPCBs 被冲击时产生的烟尘；另一种是从冲击装置上滴落的少量油脂受热产生的油雾。

2 废气成分分析

废气成分分析主要包括有机物成分、无机成分、颗粒物成分等三方面。WPCBs 回收过程所释放有机物主要为芳香族化合物，具体见表1所示。根据大量的实验数据和有关单位采用色谱和质谱分析结果表明，苯酚、2，6-二溴苯酚相对含量之和约85%，丙酮、邻甲基苯酚等其他有机物的含量相对较低。此外，废气中含有大量S、N、Cl 等元素，形成无机酸性气体，具有刺激性、腐蚀性。鉴于WPCBs 的特性，熔锡过程会产生含有Sn、Pb、Sb、Sr、Hg、Cd、Cu 等重金属的烟尘，其中，Sn 含量最高，其次是Sb 和Sr，而Cd 和Cu 的含量相对较少。

表1 有机物成分分析

通过上述废气成分分析，可得出该类工艺废气具有以下特点。

（1）废气主要成分为高沸点有机物，如：苯酚沸点为181.9 ℃，2，6-二溴苯酚沸点为255~256 ℃。

（2）废气中含有一定量的酸性物质，如含S、N、Cl等元素的无机酸性气体，以及苯酚、树脂酸等带有一定的酸性的有机成分。

（3）废气中含重金属物颗粒物。

（4）废气温度较高，通常要高于100 ℃。

3 废气净化方案

根据以上废气成分及特性分析，有针对性地提出了一套四级净化方案。

（1）湿式洗涤。通过循环水把尾气快速冷凝，将沸点低于循环水温的气态有机物冷凝成液态，并把粒径较小的油细雾粒（0．1～1．0 μm）的粒径增大，然后转移到水中，而粒径较大的油粒则被直接冲洗下来。液态有机物基本不溶于水，也不会发生反应产生新的化合物，只是形成浮油漂浮在水面。通过在洗涤液中补入碱液与带酸性的有机物和无机酸性气体进行中和反应生成盐类后清洗下来，同时也防止酸对设备的腐蚀。洗涤液喷淋也可有效去除颗粒物。

（2）三相分离。该过程主要将洗涤后的气体、洗涤沉降的颗粒物与油污以及洗涤液体等进行有效的气、固、液高效分离，为后续气态污染物的进一步去除做好预处理。

（3）光催化氧化。光化学氧化技术（也称光催化氧化技术）是近几十年来发展起来的一项高级氧化技术，光催化氧化是目前光化学方法应用于环境污染控制的诸多研究中最活跃的领域，特别是在气体净化、除臭杀菌以及污水处理等方面，应用越来越广泛。光催化氧化装置将废气中的有机物最终氧化生成CO2和H2O。

（4）碱洗装置。因废气中含有S、N、Cl 等元素，经光催化氧化装置氧化后生成酸根离子，可通过碱洗生成盐类后清洗下来。最终完成废气的无害化处理。

4 方案实施效果

某企业采用本方案处理线路板熔锡废气，工艺流程如图1所示。从图1中可见，熔锡废气收集后经动力波碱性洗涤有效去除颗粒物及油雾。经验证，该方式可有效实现95%的颗粒物去除，并且通过快速冷却和洗涤，除油雾效率可达85%，远高于喷淋塔、填料塔等传统的洗涤设备。此外，动力波洗涤器结构紧凑、造价低、占地面积小。采用动力波净化系统的投资，比采用传统的工艺与设备要节省30%以上。在该工序设计补碱工艺，一方面是主要由于废气呈酸性，需要不断补充碱性液体与其进行中和反应；另一方面是由于通过碱洗减少油污和颗粒物的粘合，防止管道堵塞现象的发生，同时也防止酸性物质对设备的腐蚀。实际生产中配置15%的氢氧化钠溶液用于碱液补充。

图1 净化工艺流程示意图

经动力波洗涤后排出的气体仍含有水和粉尘，而水中也含有油污，为保障后续净化效果，在动力波洗涤气体出口安装高效的三级气、固、液分离设备。首先，通过动力波洗涤的大容积中间水箱实施膨胀，依靠重力势能，进行第一级气、固、液分离。接下来通过装置中的旋流板，使气体旋转产生离心力，实施第二级气、固、液分离，最后通过装置中的网式除沫器，产生的毛细管效应（小水滴变成大水滴后下沉），实施第三级气、固、液分离。该分离设备安装有高压冲洗水泵，定时对旋流板和网式除沫器进行冲洗，防止堵塞现象的发生。

经三相分离后的气体进入光催化氧化装置。装置前级为光直接氧化区，后级为光催化氧化区。在光直接氧化区按网式结构交叉安装有多层双波长（185 nm、254 nm）紫外灯。在光催化氧化区安装多层涂有TiO2光催化剂的具有极大比表面积光催化基板，板与板中间安装有多排紫外灯。在紫外光照射下光催化剂表面产生空穴和电子，空穴进一步与光催化剂表面的水分子反应生成羟基自由基，在空穴和羟基自由基的强氧化作用下，把光直接氧化区未能氧化完的有机物进一步氧化，最终全部氧化成CO2和H2O，同时把SO2、NOx 等无机污染物直接氧化成NO3-和SO42-等无害成分。

为确保净化处理效果，工艺流程末端配置喷淋塔、碱洗循环水槽、计量泵等碱洗装置。配碱槽和动力波补碱装置合用，并单独设置一台碱洗循环水槽，碱洗水通过计量泵连续补碱循环使用。

在本净化系统中，洗涤液（水），经多次循环洗涤后，积累了大量的油状污染物和金属颗粒物，既要确保洗涤效果，又要防止有污水排放而造成的二次污染，必须对循环水进行处理。装置配置二个循环水槽进行相互切换，在一个水槽工作时，另一个水槽进行静止、除油和除渣。除油采用钢带除油机，把表面的油抽出后回收。除渣（主要是金属）可通过螺杆泵把水槽底部的渣打入离心机进行渣、水分离后回收，除渣水返回循环水槽。

本方案可保证熔锡废气净化后颗粒物、非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯、锡及其化合物、铅及其化合物以及臭气浓度满足相关排放标准，详见表2所示。

表2 污染物排放限值与执行标准

5 结语

随着全社会环境保护意识的增强，对WPCBs 熔锡废气净化效果提出了更高的要求。一方面要改进现有工艺，推进先进技术转化应用，另一方面要加强工序之间的衔接与配合，特别是协同处理效果方面。此外，还要提高工艺设计的节能优化，以实际行动助力低碳、循环、可持续发展。