电子废弃物中材料组成及塑料回收处理技术现状

罗少刚，王静荣，李志杰，徐海萍，史国银

（上海第二工业大学环境与材料工程学院，上海201209）



电子废弃物中材料组成及塑料回收处理技术现状

罗少刚，王静荣，李志杰，徐海萍，史国银

（上海第二工业大学环境与材料工程学院，上海201209）

摘要：随着大量电子产品的生产和使用，电子废弃物的产量也迅速增加。在这些电子废弃物中，塑料占有很大比重，而且其回收具有良好的经济效益。为了促进塑料更好地回收，介绍了常用电子废弃物中的材料组成，常用塑料的种类及其所占比重，以及电子产品中塑料处理现状及常用处理技术。

关键词：电子废弃物；塑料；回收利用

随着电子信息技术的飞快发展及人们对电子产品的大量需求，电子产品的产量逐年增大，种类也越来越多，同时电子产品更新换代的速度也逐渐加快，电子产品的使用周期减短，从而产生越来越多的电子废弃物。在2014电器电子产品回收处理技术及生产者责任延伸制度国际会议上，商务部报告称，2013年全国回收拆解废弃电器电子产品总量超过1.1亿台，同比增长38.3%。自2010年以来，中国每年仅电冰箱、电视机、空调、洗衣机、电脑等主要的五类电子产品的理论废弃量约为8 000万～1亿台，实际废弃量约为6 000万台。另外，联合国环境总署（UNEP）的一份报告预测，2020年中国市场上计算机电子垃圾将比2007年增长4倍，手机电子垃圾将增长6倍［1］。截至2011年，全球每年会产生4 300万t电子废弃物，预计到2016年，全球的电子垃圾将会高达9 350万t，与2011年相比，电子废弃物垃圾总量翻倍增长，成倍增长的电子垃圾将使得城市环境承载能力得到严峻考验，因此，随着人们环保意识的提高，电子废弃物的回收处理将会成为人们关注的重点。

在对电子废弃物的回收及利用中，重金属的回收利用技术已趋于成熟，但对于塑料的回收研究相对较少。如今，塑料在电子产品中应用广泛，所占比重也在逐渐增大。丹麦一学者曾在收集的1 t电子卡板中，分离出塑料272 kg，铜130 kg，铁41 kg，铅29 kg，锑20 kg，镍18 kg，锡10 kg及黄金0.45 kg［2］。因此，对废弃电子产品中塑料的回收及利用研究已经成为各个国家普遍关注的问题。文中主要介绍了电子废弃物中材料组成以及电子废弃物中塑料的回收利用技术现状。

1 电子废弃物的材料组成

废弃电子产品中的材料主要有塑料、金属与玻璃，其比重分别占33%，49%，12%，这些占据电子废弃物总量的90%以上。当然，当收集到废旧电脑和电视的比例不同时，各种物质的比例也就会有所变化。例如，废弃电脑中，塑料、金属、玻璃分别占总量的23%，48%，25%，废弃电视中，玻璃、塑料、金属分别占总量的48%，25%，32%。图1为电子垃圾中各种材料的分布。表1为常用家用电器的材料组成及所占百分比［3］。

另外，葡萄牙学者Graca Martinho等人对电子废弃物中塑料所占比重及其所占成分进行了研究。经过对3 400个样品分析，塑料质量及其比重如表2所示。样品包括冷却设备、小型电子设备、打印机、复印设备、中央处理器、CRT显示器和CRT电视，从表2可以看出，除中央处理器外，塑料在其他电子废弃物中都占有较大的比重。表3为各电子废弃物中塑料的主要成分及所占比重［4］。通过分析发现，样品塑料中最常见的聚合物是聚苯乙烯（PS）、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯共聚物（PC/ABS）、高冲击聚苯乙烯（HIPS）和聚丙烯（PP）。

图1 电子垃圾中各种材料的分布

表1 4种主要家用电器成分及所占比重 %

表2 电子废弃物中塑料质量及其所占比重

表3 各电子废弃物中塑料主要成分及其所占比重

其中PP，PS，ABS等较为常见。但由于材料的性能差异，在不同家电中塑料比重差异也较大，例如，含有烯烃类物质的耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）能提供良好的抗冲击保护，这些树脂通常用于显示器和电视机显像管的保护，而聚乙烯和聚氯乙烯是优良电绝缘体。

2 电子废弃物塑料回收处理技术

2.1 电子废弃物塑料回收前处理

家电塑料的再生利用技术与一般塑料再生利用技术本质上没有区别［5］，家电塑料回收的主要特点在于回收时需要进行拆卸、清洗、分类等前处理。

拆卸的主要目的是将材料大体分类，同时去除其中的危险废弃物，电子废弃物拆解后按类进行分离。从图1中可以看出，塑料和金属是废旧家用电器中最多的两类材料，因此它们之间的有效分离分选是电子废弃物资源化处理的关键步骤。塑料与金属的分离主要是利用材料性能之间的差异而实现的。虽然塑料的种类繁多，但其物理化学性能相近，如密度较小、大多不导电等。利用这些差异，可采用涡流分选和电晕静电分选的方法实现二者的高效分离，表4是两种方法的对照［6］。

表4 涡流分选与电晕静电分选对照表

由于废旧塑料壳上面会残留一些油类等污垢，因此破碎后进行清洗。国内企业大多利用烧碱对粉碎塑料进行清洗，但清洗后碱水的排放将会对环境造成污染。

当金属与塑料分开后，主要对塑料进行种类间的分离。不同塑料的分离方法可分为两种：一是将含有塑料材质的产品进行拆卸或分解，通过人工分选，投入破碎机进行破碎；二是对材料进行粉碎后，利用密度或磁性上的不同对其进行分离。主要分离技术如表5所示［7］。

2.2 电子废弃物塑料回收处理技术

分离塑料后，再按照常规处理废塑料的技术方法进行回收处理。常见处理方法主要有填埋、焚烧、物理回收和化学分解回收。

表5 主要塑料分离技术

2.2.1 填埋

2011年我国固体塑料废弃物的几种处理方式中，填埋处理占处置总量的90%以上［8］。塑料填埋占地面积大，且很难降解，而塑料可回收利用效率高。虽然填埋工艺技术操作简单易行，但不能充分利用可再生资源实现其最大使用价值，因此欧盟计划在2020年前，废物填埋处理基本废除，尽可能再利用和循环，同时在回收废物的范围内进行能源回收。电子产品中塑料主要为ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）和PS（聚苯乙烯）。M Berruezo等人发现，PS塑料中添加TPS（热塑性淀粉）后，淀粉容易降解使混合物形成多孔结构，降低了PS的机械性能，高分子分解为碳链较低的物质，可被微生物直接吸收利用［9］。

2.2.2 焚烧

焚烧法主要是将不能再次利用的混杂塑料投到焚烧炉中焚化，由于塑料具有较高的热值，其焚烧后产生的大量热量可再次充分利用，但焚烧的过程中也伴随着大量有害气体的产生，对人类和环境造成危害。由于可回收热能，且工艺技术简单，被各地区普遍采用。

废塑料发热量的一般范围为33 472～37 656 kJ/kg，电子产品中塑料所占比例大约为30%，对其充分回收利用会将会产生良好的经济效益。在国外，许多以废旧塑料为原料开发应用技术已进行部分实施，如以废旧塑料为原料的水泥回转窑和高炉喷吹，以及将废旧塑料制成固形燃料来发电和制水泥等，最终达到了较好的效果［10］。在美国、日本都建有以废弃物为燃料进行发电的发电厂，日处理废弃物上千吨到几万吨，节省了原料及填埋所需土地，并较大限度地回用了能源［11］。2010年6月19日，来自美国波士顿东北大学的研究人员表示，他们研究开发了一种废弃物燃烧器，该燃烧器可将非生物降解塑料破解后形成燃料的替代品。该系统双罐式燃烧器设计的关键在于可持续性。首先在上一个罐中塑料废弃物经过热解被处理后转化成气体。然后气体进入下一个罐中，由于罐中有氧化剂，气体将会燃烧产生热能和蒸汽，热能可使燃烧器持续高温，而蒸汽则可用来产生电力。此设备将废塑料的能源价值进行了最充分的回收利用。由于塑料回收料中，成分复杂，燃烧过程中，含氯气体会对锅炉产生腐蚀作用，还有二恶英气体的产生，污染大气。

2.2.3 物理回收

物理回收有简单机械回收和改性再生回收两种方法。简单机械回收为不经过改性直接将清洗分选好的废塑料熔融后造粒，直接进行成型加工的工艺方法。该方法回收工艺简单，投资成本低，所以该工艺应用相对广泛。但是由于塑料的多次重复利用，其力学性能方面势必有所下降，因此不适合用于高档次的塑料制品的制备，使其应用范围受到了限制。

机械性回收的主要特点是不会改变废塑料的性质，是实现材料再利用的最好途径，它不仅能耗最低，而且产生的污染物质量最小，保护环境。RoHS指令出现之前，在大型家电如电视机、电冰箱、计算机、空调中的塑料很多含有溴系阻燃剂，焚烧热解处理将会产生一定的二恶英和呋喃，危害人类健康，污染环境，因此阻燃塑料适用于机械回收。但机械回收工序较多（见图2），而且废塑料成分的不确定性、分类的复杂性及杂质消除的复杂性等原因，难以满足再生品的质量要求，得到的回收料性能下降。只能用作次一级的原料，因此目前采用简单机械回收的比例并不高［12］。

图2 机械回收工艺路线

为了让再生塑料应用到高品质塑料产品领域，往往在再造过程中添加一些添加剂对其进行改性，从而使再生产品性能加强。改性再生技术是通过化学接枝或者机械共混的方式将废旧塑料改性后再进行成型加工。目前，以废旧塑料为原料与其他材料混合生产新材料的技术方法已得到人们的广泛关注，而且具有十分广阔的市场应用前景［13］。

上海英科实业有限公司是以废弃PS塑料为原料，通过清洗分选、物理压缩增密、熔融塑化、脱挥排气、过滤去除杂质、发泡挤出切粒、熔融定型，并按照不同的市场需求进行改性，满足相应的标准。通过微发泡双层共挤工艺，用再生粒子制作成各种款式的仿木建材，该工艺大大提高了再生产品的性能，同时取得了良好的经济效益［14］。

2.2.4 化学回收

化学回收主要是通过热解、裂解、醇分解等化学方法对废塑料进行回收处理。

热解是在隔绝空气或者在少量氧气的条件下加热，使其化学键断裂分解成有机小分子，最后回收得到热解气和热解油的方法［15］。

家电中的塑料相对比较耐热，塑料热解温度相对较高，一般在400℃左右。当需要高产量的化学原料时，可提高热解温度到700～900℃［16］。塑料是由石油为原料合成出来的产物，所以塑料降解技术可将高分子聚合物分解成低碳单体或石油来进行回收。如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。例如加热PVC，200℃时PVC开始发生脱氯反应，当加热到300～500℃时，PVC大部分分解成低碳物质，进一步加热将会发生断链反应［17］。日本现已利用催化裂解装置，成功将废旧塑料裂解生成汽油［18］，与热裂解相比，催化裂解工艺轻油回收率高，产品质量好［19］。特别是汽油，辛烷值达到90.6，可以直接作为90#无铅汽油使用，转化率为70%，具有较高的经济效益［20］。

然而，有部分塑料在热解的时候会产生有毒有害物质，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、尼龙塑料等含有氯、氮等元素的塑料，不适宜用高温处理，醇分解或水分解技术则有效降低其回收难度，提高回收效率。常用塑料的化学回收方法如表6所示。

表6 常用塑料的化学回收方法

日本帝人公司对利用乙二醇将废弃聚对苯二甲酸乙二酯（PET）瓶分解为苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（EG）的循环利用工艺进行了研究［21］。当温度为乙二醇沸点和压强为0.1 MPa的条件下，将粉碎后的PET瓶溶解在乙二醇中，此时PET解聚为对苯二甲酸双羟基乙二醇酯（BHET）。过滤后，甲醇与BHET通过酯交换反应，就会生成DMT和EG。

3 结束语

目前各地家电以旧换新等政策的实施，废旧电器再生利用示范工程的相继建成投产，国家注册电子废弃物拆解企业的增多，以及废旧电子产品网上回收平台的建立，种种迹象表明，循环可持续发展将是社会发展的必然道路。随着电子产品的大量报废，占很大比重的废塑料的量能也迅速增加，作为白色污染、难降解又具有回收价值的废塑料，不论从资源角度还是环境角度讲，对塑料的再生利用都是很有意义的。

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中图分类号：X76

文献标志码：A

文章编号：1674-0912（2016）03-0034-04

收稿日期（2016－01－31）

基金项目：国家自然科学基金（51207085）；上海教委科研创新项目（13ZZ140，14YZ154）

作者简介：罗少刚（1990-），男，陕西宝鸡人，硕士研究生，研究方向：电子废弃物资源化

通讯作者：王静荣（1976-），女，山东人，博士，副教授，研究方向：废旧高分子材料的资源化以及聚合物基复合材料制备与性能研究。

Analysis of electronic waste components and plastics recycling technology

LUO Shaogang，WANG Jingrong，LI Zhijie，XU Haiping，SHI Guoyin
（School of Environmental and Materials Engineering，Shanghai Second Polytechnic University，Shanghai 201209，China）

Abstract:With a large production of electronic goods，the production of electronic wastes is increasing rapidly.In these electronic wastes，plastics occupy a large proportion and have good economic value.In order to promote plastic recycling，this paper introduced the components of the electronic waste，the types and proportions of commonly used plastic in electronic waste，as well as the status of plastics processing and common processing technics of electronic waste.

Keywords:environmental engineering；electronic waste；plastic；recycling