熔池熔炼技术处理废电路板的工业化应用

2017-02-28刘杰,李德忠,刘风华等

资源再生 2017年1期

熔池熔炼技术处理废电路板的
工业化应用

介绍了熔池熔炼技术原理及其优势，分析了熔池熔炼技术在处理废电路板时的技术特点。结合中国节能贵屿火法项目的生产实践，重点介绍了已取得的工业化研究成果。

熔池熔炼；废电路板；工业化

随着经济的快速发展和电子产品更新换代速度的加快，国内电子废弃物的产生量呈逐年增加的趋势，废电路板的产生量也随之逐年增加。大量电子废弃物的产生给环境带来了巨大的承载压力，而废电路板中含有大量的铜、金、银等有价金属元素，如何合理处置废电路板，并从中再生回收有价金属元素受到人们的高度关注[1-2]。

目前，国内外从废电路板中回收有价金属元素的方式主要包括物理法、火法和湿法三种[3-5]。其中，火法是发达国家处理废电路板的主要方法，且对该技术严格保密；湿法多以酸浸为主，易产生大量的工业废水等二次污染，故湿法在国外没有形成大规模的工业化应用。而国内普遍以物理法为主，其核心只是在于对物料进行简单分类，分类后仍需火法或湿法加工。本文在总结分析熔池熔炼技术原理及其特点的基础上，重点介绍了熔池熔炼技术在处理废电路板领域的特性，并结合中国节能贵屿火法项目的实际应用情况，分析了熔池熔炼技术处理废电路板的可行性。

一、熔池熔炼技术原理及特点

1.1 熔池熔炼技术原理

熔池熔炼技术是将炉料直接加入到鼓风翻腾的熔池中迅速完成气、液、固相间主要反应的熔炼方法。其基本原则就是在适当的温度和气氛（氧势）下，使有价金属元素得到富集，而脉石矿物等成分则富集到炉渣中，使炉料中的有价元素依其物理化学性质不同分别富集到铜锍、炉渣和烟尘中，以利于进一步利用。这种强化熔炼的冶金方法适用于有色金属原料熔化、硫化、氧化、还原、造锍和烟化等冶金过程。

1.2 熔池熔炼技术处理废电路板的优势

发达国家多采用熔池熔炼技术处理废电路板和废杂铜混合料（如德国、比利时、日本、韩国），而国内熔池熔炼技术多应用于矿石冶炼领域。在处理废电路板时，目前国内多采用鼓风炉、阳极炉等传统的火法工艺。传统火法工艺的最大缺点就是会产生二噁英、硫化物、氮氧化物等有毒有害气体，造成严重的环境污染。

与鼓风炉、阳极炉等传统火法工艺不同，熔池熔炼技术是将破碎后的废电路板直接加入鼓风翻腾的熔池中，迅速完成气、液、固三相间反应的熔炼方法，具有原材料适用性强、反应速度快、床能率大、烟尘率低等优势，不仅减少了熔炼过程的金属逃逸，而且通过简单的参数控制即可实现熔化、氧化、还原、烟化等不同熔炼功能间的相互转化。此外，熔池熔炼技术还能够充分利用废电路板中的玻璃纤维等物质，在熔炼过程中起到熔剂作用，减少了造渣熔剂的加入，解决了国内湿法、物理法等工艺之后处理被动处理玻璃纤维碎屑的问题，提高了玻璃纤维的利用价值。

1.3 小型化的熔池熔炼炉符合废电路板拆解产业的业态需求

2015年我国五种主要废弃电器电子产品（废电视机、废冰箱、废洗衣机、废空调、废电脑）的回收量约为15274万台，约合348万吨，年同比增长达到了12.5%。尽管电子废弃物的产生量较大，但国内具有拆解补贴资质的企业就有109家，且拆解回收企业遍布全国29个省市自治区。与传统铜冶炼企业相比，废电路板拆解企业规模小，废电路板产生量少。同时，根据国家危险废物名录的规定，废电路板属于危险废弃物，跨省转运需根据国家及地方的相关规定进行申报，审批通过后方可跨省转运。存在审批周期较长，不利于集中处置等问题。

因此，与传统铜冶炼企业不同，处理废电路板的企业规模应结合当地的实际产生量确定，规模不易过大。所以，小型化的熔池熔炼炉符合废电路板拆解产业的业态需求。

二、熔池熔炼技术处理废电路板的特点

2.1 把握熔铜与炼铜的不同

由于铜矿石原料中的铜多以硫化铜或氧化铜类物质存在，在铜冶炼过程中需经氧化、还原等一系列化学反应，才能得到粗铜。而废电路板中的铜多以单质形式存在，无需经过氧化、还原反应，仅需在高温状态下将铜熔化后，使铜得到富集即可。因此，与从矿石中冶炼铜的方式不同，在利用熔池熔炼技术处理废电路板时，需正确把握熔铜与炼铜的不同之处。在借鉴炼铜的工艺技术原理时，应根据废电路板的特性，进行优化工艺操作方式，进而得到较好的熔铜效果。

2.2 有效控制熔池熔炼炉内部气氛，确保物料充分燃烧

炉内反应气氛是实现铜渣有效分离的关键因素之一。传统铜冶炼过程中，氧化气氛与还原气氛分别在熔炼炉的不同时间节点完成；而在处理废电路板时，由于是熔铜的过程，所加入空气（或富氧）的目的就是保证废电路板的充分燃烧，废电路板加热分解产生的物质会与氧发生化学反应，并依靠废电路板中有机物及其分解物的充分燃烧，杜绝二噁英等有害物质的产生。因此，熔池熔炼炉内的气氛控制需根据电路板的成份不同而具体调节。

2.3 合理调配入炉的废电路板中金属品位，实现自热运行

熔炼过程温度控制是熔炼过程关键的控制参数之一。传统铜冶炼过程中，热量的来源一部分是物料之间发生反应放出的热量，但大部分热量依靠外界提供燃料来保证熔炼过程的温度。而在处理废电路板时，所有物料直接加入到熔池中实现完全燃烧，废电路板中的有机物（含量在30%以上）燃烧放出大量的热量，可满足熔池熔炼炉的正常生产，实现熔池熔炼炉的自热运行。因此，熔池熔炼炉的能量消耗主要集中在开炉阶段，开炉后的外部能源供给较少，节能效果显著。

2.4 有效控制铝、铁等杂项金属的入炉，以降低渣量

造渣是熔炼过程中重要的一环，也是熔炼效果好坏的直接体现。炉渣渣型控制的目的在于根据物料组成将炉渣控制在熔点最低、黏性最小和流动性最好的成分范围之内，降低炉渣中的有价金属含量，提高熔炼回收率。

在处理废电路板时，由于废电路板中含有电容、电阻、铁氧体及元器件等物质，在熔炼过程中铝、铁等元素易形成高熔点物质，引起炉渣渣型黏性增大，严重时会导致熔炼炉底部产生冻结层。为消除冻结层或使铝、铁等物质不形成高熔点物质，需额外加入大量的造渣溶剂，以形成低共熔点的物质，但此时熔炼炉的炉渣量势必增大。因此，有效控制好含铝、铁等物质的加入量，对提高熔炼炉的处理能力、减少炉渣产生量具有十分重要的作用。