一种回收废旧印刷线路板中铜的工艺优化

张兴华

（广东伟创科技开发有限公司 广东开平 529000）

随着电子工业和通讯行业的迅速发展，电子、通讯设备更新换代速度加快，电子废弃物产生量大大增加，其中废旧印刷线路板（WPCBs）是电子废弃物的重要组成部分。据报道，从废弃电子电器中拆解出来的WPCBs占废弃电子电器量的8%，仅报废的计算机中就有每年近10000tWPCBs。线路板是几乎所有电子电气产品的基础元件，种类繁多，数量巨大，其中含有大量的铜等有价值金属。目前，我国铜资源对外依存度较高，国内铜矿中铜的平均品位0.8%，而铜在WPCBs中占20%以上，极具回收价值。因此，从环境保护和循环经济的角度来看，回收利用蕴藏在WPCBs中的铜既避免了对环境的污染又促进了资源的循环使用。但是，目前由于缺乏高效、环保的资源回收工艺，导致大量电子废弃物随意丢弃，不仅造成了资源的浪费，而且对环境造成了严重的破坏。因此，开发一种清洁、高效回收废旧印刷线路板中金属铜的工艺或是对现有工艺进行优化改造，对于金属铜资源再生利用及减少重金属元素对环境的污染具有非常实际的意义。

1 WPCBs 资源化处理技术

目前国内外资源化处理WPCBs的技术工艺主要有机械物理分选、热处理、湿法冶金、微生物处理等，其中热处理又包括火法冶金处理、热解技术等。

1.1 机械物理分选

机械物理分选包括破碎和分选，是指首先通过破碎使线路板中金属成分与非金属解离开来，然后根据其中各种材料物理性质的差异，采用适合的分选技术进行分离，实现金属的回收。MelchiorreM等介绍了DaimLerBenzUlmmResearchCentre在不断研究的基础上开发的结合液氮冷冻破碎、静电分选的四段式处理工艺，该工艺的优点在于低温可以加强破碎效果、避免机械破碎产生过热、从而导致电路板中塑料等物质的氧化、燃烧，形成有害气体。

机械物理法能够对金属与非金属实现很好地分离，但是其分离效果仍不能满足工业生产所需要的纯度，所以机械物理法只能作为WPCBs资源化的预处理方式。

1.2 热处理

1.2.1 火法冶金

火法冶金的基本原理是利用冶金炉高温加热剥离非金属物质，贵金属熔融于其他金属熔炼物料或熔盐中，再加以分离。F.G.Day在其专利中用火法冶金回收电子废弃物，炉膛温度至少为1400℃，所得熔融金属相包含稀贵金属。铂和金的回收率分别达到80.3%和94.2%，此法对银和铜的富集效果也较好。

火法冶金的优点在于处理量大，金属富集程度高，对稀贵金属回收效果好。缺点是电子垃圾中含有大量的多氯联苯、卤化物阻燃剂等，在焚烧熔炼过程中很容易形成二恶英等有毒气体，对大气环境造成污染，尾气处理成本较高。

1.2.2 热解技术

热解技术是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，从而将大分子量的有机物转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭，与线路板中的金属等固体物分离开来；由于线路板成分比较复杂，处理工艺较复杂，目前的研究主要是在实验室阶段。

龙来寿等采用真空热解装置对废弃线路板进行真空热解预处理，然后对预处理后的线路板通过剪切破碎和气流分选法回收热解渣中的金属铜，结果表明，与不经预处理相比，铜的回收率高，超过99%，且所回收的产品中铜的品位较高。

1.3 湿法冶金

湿法冶金技术的基本原理主要是利用贵金属能溶解在硝酸、王水和其它酸的特点，将其从电子废物中脱除，并从液相中予以回收。AndreaMecucc研究了在硝酸溶液中浸出WPCBs粉料中铜，结果表明常温下铜的浸出率随着硝酸的浓度升高而升高，提高温度对铜浸出率有明显的提高。当温度为80℃时，4mol/L硝酸能在相同是时间内使铜的浸出率达到83%。

湿法冶金的优点在于回收得到的金属纯度高，生产规模可以灵活控制，先期投资小，其缺点在于可能造成废液的二次污染，应采用可循环利用的生产工艺减少排放。

1.4 微生物处理

微生物处理就是利用微生物浸取PCBWs中的金属组分。Bralldle等用硫杆菌和真菌回收电子废弃物粉尘中的金属，发现废料浓度大于10g/L时，真菌对Cu和Sn浸出率达到65%，Al、Ni、Pb、Zn浸出率超过90%，当废料浓度在5～10g/L时，硫杆菌可浸出超过90%的Cu、Zn、Ni、Al和Pb。

生物技术具有工艺简单、费用低、操作方便的优点，不利之处主要是浸取时间长，对金属含量高的原料效果不明显，目前尚在实验室研究阶段。

其他方法还有微波处理、超临界技术、等离子技术等。但总体来说，以上各技术大多侧重于WPCBs中金属的回收利用，对其中非金属材料的无害化和资源化的回收利用相对较少。此外，具有清洁生产工艺特点的WPCBs资源化处理工艺相对较少。因而，开发出一种具有清洁生产工艺特点的资源化处理技术或是对现有的回收技术进行优化改造，以提高金属回收率和非金属材料的利用率，并降低回收过程中的能耗具有非常重要的意义。

2 一种回收WPCBs 中金属铜的工艺优化

某公司原有废旧印刷线路板金属铜回收工艺流程及有关参数如图1所示：

图1 优化前铜回收工艺流程

本工艺的主要缺点在于：一是破碎环节的能耗高，每加工一吨料仅粗破就要耗电129kW·h；二是铜回收后从沉淀池外运的粉渣中还含有2~3%的铜，不仅带来较大的环境风险，还造成铜资源的浪费。因此，针对原有工艺以上两点，进行了如下工艺优化改造：（1）金属粉和粉渣分选工艺优化；（2）废线路板破碎工艺和节能改造。

2.1金属粉和粉渣分选工艺优化

经技术人员对原有工艺流程进行仔细研究后发现，只要把摇床产生的一次粉渣利用已有摇床再经过一次分选就可以了，同样可以回收一次粉渣中的铜粉，只需要对原有的沉淀池稍微进行改造，把原有的沉淀池分为独立的两部分，分别作为一级粉渣和二级粉渣的沉淀池，在一级沉淀里增加一台泵即可，用于一级粉渣的抽送。改造后工艺流程见图2。

图2 优化后铜回收工艺流程

优化过程没有增加新的摇床设备，但在操作上是独立的，即用于一次粉渣的扫选时给料中没有由二次破碎机而来的线路板渣。整体来看，虽然从设备上没有大的增加，但在工艺上增加了一次粉渣的扫选环节，使一次粉渣中2~3%的铜粉也得到有效回收，从整体上使铜的回收率从不到98%提高到99%以上。

2.2 废线路板破碎工艺和节能优化

破碎机是废线路板综合利用过程中能耗最大的设备，但也是不可缺少的。项目实施前使用的破碎机为手工直接投料，进料不均，加上破碎机本身存在的物料输送系统设计缺陷，不能使物料均匀地进入破碎口，造成破碎机工作负荷严重不均，极大地影响了工作效率。经现场测试主电机的能源效率只能达到25～30%，造成很大电能浪费。

废线路板破碎工艺和节能优化主要是针对安装在主轴上的活动刀具进行改造，改变原有活动刀具的排列方式和安装倾角，同时不再使用甩锤，把原来的冲剪式破碎改为切剥式破碎，使间歇式冲击负荷变为连续式均衡负荷。

2.3 工艺优化后取得的效益

2.3.1 金属回收率

根据研究,工艺优化改造后铜的回收利用率均在99.2%以上，全年加权平均回收率为99.32%。

2.3.2 处理废旧印刷线路板电能吨耗

工艺优化改造前废旧印刷线路板粗破加工用电机功率为45kW，每小时约加工350kg原料，即每加工一吨料仅粗破就要耗电129kW·h，改进后用电机功率为22kW，同样加工350kg原料约40分钟，即每加工一吨原料粗破耗电42kW·h，比改进前减少耗电87kW·h，每吨废线路板综合能耗由先前的129kW·h降低到42kW·h。不仅如此，优化改造后的切剥式破碎十分有利于覆铜板中的金属与非金属分离，只需一次加工即可完成破碎，大大提高了工作效率，同时可使粉渣中的金属含量减少至1%以下。

2.3.3 经济效益

工艺优化改造后所产生的经济效益主要体现在两个方面，一是金属回收率的提高，使铜粉产量增加所产生的经济效益，二是线路板处理能耗的降低，节省电能产生的经济效益。

经实际运行，优化改造后一年内因金属回收率的提高而增加的铜粉产量为8.38t，按铜粉平均市场价格4.8万元/t计，所产生的经济效益为43.58万元/a。全年废旧印刷线路板处理量共2462.89t，按处理每吨节能87kW·h计算，共节电214271.4kW·h，按0.87元/kW·h，共减少电费支出18.64万元/a。

3 结语

上述优化改造后的铜的回收工艺，不仅铜的回收率高，达到99.32%，且能耗低，综合能耗为42kW·h/t,无废水废气产生，是一种较好的清洁生产工艺，值得推广应用。但其中其他金属，如铝、锡、铅、金、银等金属没有与铜分离，可以开展相关的研究工作，进一步提高铜粉中铜的纯度，并使其他贵重金属得以富集利用。另外，还应对铜回收后剩余粉渣的处理处置技术进行探索研究，提高其综合利用率，使得WPCBs得到真正的资源化和无害化处理。

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