从废印制电路板元器件中分离电容器的方法

邢云霞，刘景洋，郭杨，郭玉文，付晓恒

（1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083；2.中国环境科学研究院，北京 100012）

废印制电路板上的电子元器件中因含有有毒有害物质如铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、六价铬（Cr6+）、多溴联苯（PBB）、多溴联苯醚（PBDE）、多氯联苯（PCB）以及有耗臭氧层的物质，在金属回收前需预先处理[1]。电容器中含有镉、多氯联苯等有害物质[2]，并且还含有电解液，破碎后容易造成物料的粘连，对回收金属造成困难和污染。目前，国内外相关学者在对于拆解电子元器件方面进行了大量的研究[3-12]。但在电容器与其他元器件分离方面研究尚未见文献报道。针对该问题，采用筛分与磁选相结合的物理方法，对电容器与其他元器件分离进行了研究。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

挑选50块具有代表性的废印制电路板，采用文献［13］配置2 mol/L左右的硝酸溶液浸泡废印制电路板的方法剥离元器件，收集剥离下来的插槽、电容器、贴片、接口等元器件，冲洗干净并风干后作为实验材料。

1.2 实验方法

1.2.1 元器件成分分析

取适量的元器件用液氮冷冻后，用重型粉碎机（德国Retch，SM2000）破碎，过 4 mm 筛子，再次冷冻、破碎，过1 mm筛子，采用文献［14］王水加高氯酸的方法消解样品。消解后，过滤、定容。用原子吸收光谱仪（日立Z-2000）分析溶液中金属离子的浓度。

1.2.2 元器件筛分

将风干后的元器件在振动筛（Retsch AS200振幅3.00 mm/”g”，间隔时间 30 s，时间 2 min）上用 19 mm，9.5 mm，4 mm 3个方形孔筛子[15]分批筛分，收集各个粒度范围内的元器件，称重。

1.2.3 磁选与筛分相结合分离电容器

将元器件平铺，选用 15.2×10.2×2.5（cm）的方形磁铁，调整磁铁下表面与元器件的距离（简称磁矩），在水平方向上移动磁铁，将强磁性元器件和弱磁性元器件与极弱性元器件分离开，并称重。

用宽度为8 mm的条形筛筛分元器件，收集筛上物和筛下物，称重。

1.2.4 磁场强度的测量

用高斯计（上海亨通磁电科技有限公司，HT201）测量距离磁铁表面不同距离范围内的磁场强度。

2 结果与讨论

2.1 主要元器件的尺寸及金属含量

表1为几种主要元器件中14种金属百分含量对照表。

表1 几种主要元器件中金属百分含量对照表 ％

由表1可知，7种主要元器件中，铜线绕阻中Fe含量最高，高达57.47％，为强磁性元器件；其次是电容器，Fe含量为2.09％，为弱磁性元器件；其他种类的元器件Fe的含量很低，为极弱磁性元器件。由此可见，可以根据元器件磁性的不同将电容器与其他种类的元器件分离开。对于电容器来说，8种金属总量只占电容器质量的3.63％，其回收价值不高。插槽、大接口、铜线绕阻、芯片4大类元器件金属含量能达到20％～90％以上。贵金属Ag主要存在于贴片中。

表2为过不同孔径筛网得到的元器件种类及质量。“＞”表示为筛上物，“＜”表示为筛下物。

由表2可知，经过筛分后，50％以上的元器件与电容器得到分离，筛分效果很明显。电容器的分布具有明显的尺寸分布特征，主要分布在9.5～19 mm和4.0～9.5 mm范围内，其质量为1 910 g，占元器件总量的15.57％。

表2 各粒度范围内元器件的质量

2.2 分离4.0～9.5 mm和9.5～19.5 mm范围内的电容器

2.2.1 磁选和筛分相结合分离9.5～19 mm范围内的电容器

首先，将磁矩控制在4～5 cm的范围内（由高斯计检测此时磁场强度大约为20.19～24.56 mt）进行一次磁选，含铁部分主要为铜线绕阻类的强磁性类元器件（见图1b），将剩余元器件过8 mm的条形筛，筛上物主要为电容器（见图1c），筛下物主要为芯片和引脚（见图 1d）。

表3为条形筛分离9.5～19 mm范围内电容器的分离效果表，“＞”表示为筛上物，“＜”表示为筛下物。

表3 条形筛分离9.5～19 mm范围内的电容器

由表3可知，磁选后的元器件过8 mm条形筛筛分后，电容器全部集中在筛上物，除此之外，筛上物中还有少量电池槽、破碎的插槽及接口 ，比例为12.17％。筛下物主要为芯片和引脚，具有回收价值。

2.2.2 磁选分离4～9.5 mm范围内的电容器

将磁矩控制在0～2 cm范围内进行磁选，含铁部分主要为弱磁性的电容器（见图2b），其余部分主要为芯片和引脚类极弱磁性元器件（见图2c）。

表4为磁选分离4.0～9.5mm范围内的电容器分离效果表。

表4 磁选分离4.0～9.5 cm范围内的电容器

由表4可知，当磁矩＜2 cm时，磁选出的含Fe部分的电容器占总电容器量的92.93％，并含有少量其他破碎的开关、插槽等，其回收价值不高，一并与电容器作为危废处理。

2.3 讨论

（1）采用8 mm宽的条形筛对9.5～19 mm范围内的元器件进行筛分，筛上物中含有12.17％的非电容器，其仍具有一定的回收价值，为进一步提高金属回收量，需要在今后的研究中寻找更好的方法将其分离出来。

（2）对4.0～9.5 mm范围内的元器件进行磁选，有7.07％的电容器未被磁选出，主要是由于电容器前端的引脚脱落，不能被磁铁吸附，在今后的研究中可以考虑减短浸提实验时间或者加入某种药剂，以防止电容器前端引脚的脱落。

3 结论

（1）废印制电路板元器件经过筛分，50％以上的元器件与电容器得到分离。

（2）废印制电路板元器件经过筛分发现，电容器具有明显的尺寸分布特征，主要分布在9.5～19 mm和4.0～9.5 mm 2个粒度范围内，其质量分数分别占到该粒度范围内元器件质量的28.6％和56.78％。

（3）采用磁选和条形筛相结合的方法分离9.5～19 mm范围内的电容器，首先是强磁性的铜线绕阻被磁铁磁选出，剩余元器件用8 mm宽条形筛进行筛分，电容器全部位于筛上物中，筛下物主要为芯片和引脚。采用磁选的方法分离4～9.5 mm范围内的电容器，可以将92.93％的电容器分离出来。

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