废旧电路板资源的回收及利用研究

苏日古格

（天津普林电路股份有限公司，天津 300308）

废旧电路板资源的回收及利用研究

苏日古格

（天津普林电路股份有限公司，天津 300308）

印刷电路板是当今社会使用最多的电子元件，其应用范围极广，更新换代速度也很快。因此，废弃电路板的处理成为人们关注的焦点。严格来说，废旧电路板并不能算是“废物”，其中有80%～90%的东西是可以回收利用的，因此其具有很高的回收利用价值。本文阐述了废旧电路板的危害性以及其资源化利用价值，并阐述了物理回收过程中可利用的关键技术，如拆解技术、破碎技术、分选技术等，以期实现资源的循环利用和环境的有效保护。

废旧电路板；资源；回收；利用

随着社会经济的持续发展，信息技术不断更替，电子科技不断升级，而电子产品所产生的垃圾也越来越多。电子垃圾可以分为以下几类：电路板、金属零件、电池、电线以及有机壳塑料。其中，部分来自公共场合、家庭以及企业，其主要是由于信息更替而产生的废旧电子产品；部分则来自于产品产生时产生的边角料以及各种零部件[1]。随着生活日益信息化，电子废弃物的产生成了必然的结果。如果人们不能很好地处理废弃的电子产品，而随意堆放，那么不仅占用大量空间资源，还会污染环境，危害动植物与人类的生命安全。当今社会使用最多的电子元件便是印刷电路板，其应用范围极广，同时更新换代的速度也很快。因此，废弃电路板的处理工作成了所有人关注的焦点。

1 废旧电路板的危害性以及其资源化利用价值

1.1 废旧电路板的危害性

1.1.1 废旧电路板本身危险程度高

众所周知，废旧印刷电路板被划分在危险废物一类中。虽然人们可以将其拆解，把不属于危险废物的部分分离开来简化其处理工作，但是废旧电路板生产量大，而且在分类时不系统，加上监管的不到位，使得只有少部分能够被回收利用，大部分都被随意堆积和掩埋，从而占用大量土地资源，增加了环境风险。

1.1.2 印刷电路板中含有大量有毒成分和重金属

印刷电路板中含有大量的溴化苯（PBB）、溴化联苯乙醚（PBDE）等有毒成分以及铜、铅等重金属，这些物质一旦进入环境，便会对土壤和水源产生难以修复的损害。如果不及时处理，其中的铜、铅等重金属就会渗入水体和土壤，而动植物和人类之间存在食物链关系，这些重金属最终会影响人类的生命安全。如果随意焚烧的话，印刷电路板中的多氯联苯、卤化物阻燃剂以及有机物会产生大量氮氧化物和二噁英等有害气体，最后会污染大气[2]。此外，不合理处理工作也会对回收废旧电路板的工作人员产生不利影响，使得工作人员的呼吸系统、消化系统和神经系统发病率明显提高，甚至有可能身陷癌症。

1.2 废旧电路板资源化后价值高

从资源的角度来看，其实印刷电路板并不能算是“废物”，人们应该称其为有待开发的“第二资源”，电路板中有80%～90%的东西是可以回收从而循环利用的，因此它具有很高的回收利用价值。并且，印刷电路板中含有大量铜以及贵金属金、银，相比而言，它的金属品质比矿石还要高出几十倍到上百倍。废旧电路板中铜含量最高，高达26．8%，而金、银的含量也分别达到809 g/t和33 009 g/t，远远超过普通金银矿中的金银含量。据有关调查显示，印刷电路板单层板含铜5%～6%，双层板含铜10%～12%，多层板含铜20%～30%[3]。相较于重新从矿石中提取金属，回收利用废旧电路板不仅能够减轻现今金属资源紧张的状况，还能减少对环境的破坏，避免二次污染。

2 物理回收过程中可利用的技术

最早的物理回收技术出现在20世纪，由美国矿产局发明并使用，主要是针对废旧军用物品的处理。与此同时，这类物理机械处理方法也在德国、加拿大、日本等发达国家产生并使用。到今天，机械物理处理方法已基本成形，其大致分为以下几种技术：拆解、破碎和分选技术。

2.1 拆解技术

大部分废旧电路板上的电子元件是可以重复利用的，可循环价值较高。虽然科技的发展使得废旧电路板被淘汰，但作为其组成部分的大部分元件还是能够使用的，仍然具有较高的使用可能。不过，许多元器件都含有有毒物质以及重金属，在破碎废旧电路板时，需要先将这些元器件拆解分离，从而减少后期处理困难[4]。拆解工作作为整个废旧电路板重新利用的第一步，必须要保证其有效性，这推动了当今电路板拆解技术朝着多元化、高效化和智能化方向不断发展。美国的Ahmed EISayed等人曾就废旧电子产品的处理问题做过专门的调查和研究，为了有效防止处理过程中的不确定性，其发明了一种有效的智能拆解单位，这一单位主要由相机、距离传感器、工业机器手以及组件分割视觉算法等部分构成，主要运用了感知性能，了解到被拆解元器件的具体位置坐标、了解到外形封装的信息，最后使用GA算法，确定最优拆解序列，然后开始拆解工作。这一模式能够避免那些不确定性，灵活处理和拆解元器件，实现最优目标。后来，韩国Jaeryeong Lee等人也设计出了一种能够拆除电路板表面元件的装置，主要分为三个不同部分，一个就是金刚石研磨机，转速极快，能够将表面元器件的根部焊点磨损，使其脱落；一个是电路板推进旋转臂，上有9个液压缸可以用来固定和移动电路板；另一个是过滤体系，可以将一些元器件和磨损过程中产生的焊锡粉末过滤掉，这一处理过程是真空的[5]。中国学者何毅等人设计的则是一种不一样的设备，其主要的原理是通过连续加热使得元件自主拆卸，将入料、拆卸和出料过程自动化，其自动化拆解率可以高达90%，真正实现了高效与自动化。

2.2 破碎技术

破碎是以完全分离金属与非金属为目的的机械操作，主要应用于固态物质，整个操作过程不影响物体的体积和质量，只是增加其表面积，从而达到目的。据有关资料显示，所有电路都是金属与非金属相间分布的，在分选工作开始前，人们必须将目标金属给分化出来，这样才能实现解离目标，继续下面的分离操作。现有的电路板破碎方法有干式、半干式、湿式三种，应用最广的当属干式机械破碎法，它主要使用的是采矿工业部门的直接机械破碎法，通过摩擦、剪切、挤压、冲击、劈裂、弯曲等方式来达到破碎效果，其中效果最好的便是冲击和剪切。在破碎时，人们需要保证电路板的物料粒度，也就是完全破碎，然后追求解离度，即金属体能够被完全解离的粒度。据资料显示，当物料粒度过粗或过细时，金属体分离效果并不好，所以人们必须将其控制在一定范围内。通过干式破碎机械试验，人们发现，当物料粒度小于1.2 mm时，金属会出现好的解离性，而当物料粒度不断减小，它的解离度却随之增大。在粒度小于0.45 mm时，金属能够和非金属实现完全解离。然而，在生活中，干式机械破碎往往会出现二次污染，并且需要的机械设备要求高，所以干式机械破碎法渐渐被大众放弃，失去主流地位。现今，全球的注意力都集中在研发高效、环保设备，低温和湿式的破碎工艺以及多级破碎手段的研发和利用上，这些研究已经取得了一定的成就。最初的破碎技术比较原始，主要是利用矿石破碎机械来破碎电子废弃物，然而两者在硬度等方面都不相同，所以矿石破碎机械虽然在一定程度上能够破碎电子产品，但效果并不佳。而随着研究的深入，当破碎量减少时，拆解量会增加，这样对机械回收的整体效果更有效果。学者邹亮等人对废弃电路板的低温粉碎展开系统的研究，通过系统的试验发现，低温可以使电路板脆性更明显，当温度至-120℃时，只需要5 min的冷冻时间，便可以获得较多细粒级产品，而这些产品都具有较高的解离度和较平滑的颗粒表面。此外，他们还发现，高压电脉冲的破碎物中，粗粒级产率大，而且细粒级产率也比较小，所以高压电脉冲能够减少“过粉碎”现象，保证破碎的效果。

2.3 分选技术

分选技术是指根据电路板破碎物颗粒的粒度、导电性、磁性、密度和形状表面等性质差异来实现物料的富集和分离。密度差异分选是电路板分选技术的一个重点，除此以外，还有表面性质差异分选和磁电性质差异分选等。密度分选便是根据不同物料的粒度和密度，采用机械力和流体动力，实现不同层次的分层，从而达到产品标准要求。密度差异分选使用的技术主要有旋风分离技术、重选以及风力摇床。在组建电路板时，需要注意的是，金属中密度最小的便是铝（2.7 g/cm3）（其他金属如铜、铁的密度都在7.0 g/cm3以上），而塑料的密度在1.0～1.5 g/cm3，玻璃纤维的密度为2.0～2.8 g/cm3。由此人们可以发现，金属和非金属的密度还是有差距的，这就给电路板分离金属和非金属提供了理论依据[6]。在这个理论基础上，学者马国军等人利用磁选结合重选的方法来完成废旧电路板中金属的回收工作。无独有偶，学者许振明等人也对电路板的资源化进行深入研究，研发出能够处理电子废弃物的涡电流分选技术、多级高压静电分选及装备，在回收过程中能耗与成本更低，其技术合理性得到人们公认，处于国际领先水平。通过两个项目的对比，笔者发现采用磁选与重选相结合的方法，其金属回收率较高，而重选效果相对较差。

3 结语

废旧资源的充分利用可以较好地节约资源，保护环境。因此，人们必须大力开展废旧电路板的回收和利用工作。而电路板机械回收的首要工作便是拆解，拆解效果的好坏直接影响下一步工作的开展以及后续电路板的整体处理效果。目前，我国多使用半自动化拆解技术，一次拆解后再人工分类，不仅效率低下，还会对人体产生极大的危害。今后，人们应加强这方面的研究，从而促进资源的循环利用和环境的保护。

1 纪 昂，王建波，郭 杰，等.废旧电路板加热拆解过程中颗粒物的排放及其在人体呼吸系统的沉积特征[J].环境污染与防治，2017，39（6）：583-587.

2 祁正栋，刘洪军.废旧电路板中有色金属的机械物理回收技术[J].材料导报，2015，29（17）：122-127.

3 白 静，白建峰，戴 珏，等.废旧手机电路板酸性硫脲浸金过程动力学[J].环境工程学报，2016，10（3）：1400-1405.

4 孙春旭，郭 杰，王建波，等.废旧印刷电路板中电子元器件回收处理技术进展[J].材料导报，2016，30（9）：105-109.

5 赵冬梅，王雅萍，巫帅珍，等.工业余热拆卸废旧电路板[J].环境工程学报，2017，11（3）：1865-1870.

6 何宇辰.含金废旧电路板中金和铜的氯化法提取[D].上海：上海交通大学，2015.

Research on Recycling and Utilization of Waste Circuit Board Resources

Suriguge
(Tianjin Printronics Circuit Limited by Share Ltd., Tianjin 300308, China)

Printed circuit board is the most widely used electronic components of today's society, its wide range of applications, replacement speed is also very fast.Therefore, the disposal of discarded circuit boards has become the focus of attention.Strictly speaking, the waste circuit board can not be regarded as quot;wastequot;, of which 80% to 90% of the things can be recycled, so it has a high recycling value.This paper expounds the harm of waste circuit board and its resource utilization value, and expounds the key technologies which can be used in the process of physical recovery, such as dismantling technology, crushing technology and sorting technology, so as to realize the recycling of resources and the environment Effective protection.

waste printed circuit boards; resources; recycling; utilization

X76

A

1008-9500(2017)10-0054-03

2017-08-22

苏日古格（1988-），女，蒙古族，天津人，本科，研究方向：三废治理和环境保护。