废线路板树脂粉末的无害化处理与资源化利用研究

张 裴

（江苏蓝联环境科技有限公司，江苏 常州 213000）

引言

线路板（PCB）是现代电器制造的核心，广泛应用于各种电器电子产品（EEE）的生产中。随着经济增长和社会的进步，我国逐渐成为电子产品的主要生产、出口和消费中心。这种快速增长导致了大量的电子产品被废弃。随之而来的是如何有效地回收和处理这些废弃的产品，特别是废弃的线路板（WPCB）。因此，对WPCB进行无害化处理和资源化利用已经上升为一个重要且迫切的议题。

1 废线路板树脂粉末

1.1 废线路板树脂粉末的产量

废线路板树脂粉末主要来源于电器电子废弃物的回收处理以及线路板生产过程中产生的废料和边角料，其中电子废弃物的回收处理为主导来源。随着科技和电子产品使用的普及，电子废弃物产量不断增长。

2021年，全球电器电子废弃物产量预计已超过6 500万吨，而且这一数字仍在持续上升。由此产生的废线路板数量也在相应增加。具体到线路板组成，其含量因不同的电器电子产品而异。一般来说，废印刷线路板年产量约占电子废弃物总量的5%～8%。线路板树脂的含量大约占线路板总质量的50%，其后是占线路板质量的30%的金属元素，同时还包含一定比例的玻璃纤维和其它无机填料。考虑到这一趋势，预计2023年，我国废线路板树脂产量将超过120万吨。随着这种增长，如何有效地处理和利用废线路板树脂粉末变得越发重要，这不仅关乎环境保护，还涉及资源的有效循环利用[1]。

1.2 废线路板树脂粉末的来源

废线路板树脂粉末主要来自废线路板的机械回收过程。机械回收法是当下工业领域废线路板的首选回收方法，该方法基于电路板各组成部分之间的物理化学性质差异来进行分离和富集。整个过程包括拆卸、破碎和分选三大关键步骤。完成机械回收后得到的树脂粉末需要进一步处理，或可以被利用作为其它产品的生产原材料[2]。

1.2.1 拆卸过程

拆卸是废线路板回收过程中的首个步骤，旨在将电子元器件从基板上分离并进行分类回收与处理。在早期，线路板的拆卸主要依赖于人工操作。但由于其效率低且易造成环境污染，逐渐无法满足现代产业和环境保护的要求。因此，近几年废线路板的拆卸方法经历了一场变革，从完全手工作业逐步向机械化和自动化转型。这不仅提高了拆卸效率，还有助于减少对环境的污染并提升回收品质。

1.2.2 破碎过程

破碎是废线路板回收的关键步骤，旨在将废线路板中的单体部分尽量分离，为后续的分选提供方便。常用的破碎机械包括旋转破碎机、剪切破碎机和键式破碎机。破碎后的尺寸直接影响分选的效率和机械的能源使用。为了获得最佳的分选效果，废线路板应被破碎到0.6 mm以下的粒径。这样的细粒度可以确保其中的各组分达到完全分离，从而提高回收效率和品质。

1.2.3 分选步骤

分选步骤旨在根据废线路板破碎后的物质成分的不同性质，如磁性和密度，来进行分类和富集。为了实现这一目标，采用了多种方法，包括磁选、静电分选、涡电流分选、形状分选和密度分选等。在现代工业中，废线路板的分选过程，主要集中于结合气流分选与静电分选的方法，这种组合方法已经被证明是高效且可靠的，能确保废物的有效回收和资源的最大化利用。

2 废线路板树脂粉末的处理方法

废线路板树脂粉末的处理方法多种多样，其中包括焚烧法、填埋法、热解回收法、溶剂法、超临界法、等离子体熔炼法及物理回收法。但在当前的研究中，最受重视的是热解回收法和物理回收法。实际的工业化处理中，焚烧法、填埋法和物理回收法被广泛应用，因为它们被认为是最适合处理废线路板树脂粉末的有效方法。

2.1 热解回收法

热解回收法为废线路板树脂粉末的处理提供了一种高效、环保的方法。热解，一个在缺氧条件下进行的有机物质分解过程，当应用于废线路板树脂粉末时，可以将其转化为多种有用的产品。在400～600 ℃的特定温度范围内，树脂粉末被分解为气态、液态和固态三个主要部分。其中，气态产物，例如氢和甲烷，不仅是可再生的能源来源，还可以减少对传统能源的依赖。

液态产物包含了油和其它有机化合物，这些产物有着广泛的应用前景。它们可以被进一步提炼，或者直接作为化学工业的原材料，为制造业带来巨大的潜在价值。固态残渣，如炭黑和各种无机盐，也有它们的用途。这些残渣可以作为高质量的填充材料，或者在其它领域中被重新利用。热解回收法不仅帮助我们解决了废线路板树脂粉末的处理问题，更为我们打开了一个充满机会的新领域，同时大大降低了废物对环境造成的潜在风险。

2.2 溶剂回收法

溶剂回收法在废线路板树脂的处理中起到了关键的作用。这种方法的核心是使用特定的溶剂，目的是将树脂中的有价值成分溶解并分离出来。为了实现这一目标，首先需要确保所选的溶剂与待回收的树脂材料具有良好的亲和力。此外，溶剂的选择还需要考虑其蒸气压、稳定性和对环境的影响等因素。当选择了合适的溶剂后，废线路板树脂粉末就可以在这种溶剂中进行浸泡，从而使其中的有价值成分得到溶解。

在成功将有价值成分溶解后，接下来的步骤是分离和净化。这通常通过离心、过滤或蒸馏等方法来实现，以确保得到的成分纯度高。但值得注意的是，由于这一过程中使用了大量的溶剂，因此必须对其进行妥善的处理，确保不对环境造成进一步的伤害。一种有效的方法是进行溶剂的回收和再利用，这不仅可以减少成本，还能降低环境风险。然而，需要警惕的是，不当的处理可能会导致有害的溶剂残留，这对环境和人体都可能构成潜在风险。因此，在进行溶剂回收法时，必须确保整个过程的安全性和效率。

2.3 超临界法

超临界流体是当物质处于其临界点以上的温度和压力时的状态，它融合了液体的高密度特性和气体的低粘度和高扩散性特性。其中，超临界二氧化碳（CO2）由于其低的临界温度（31.1 ℃）和临界压力（73.8 bar），以及非毒性、无害和易于回收的特点，已经被广泛应用于提取和分离技术中。在超临界状态下，CO2的溶解性会显著增加，使其能够高效地溶解废线路板树脂中的多种有机物质。

为了提取废线路板树脂中的有机物，首先需要将粉碎后的树脂放入高压反应釜中，然后注入超临界CO2。在设定的温度和压力条件下，CO2将渗透到树脂中，与其中的有机物结合，随后这些有机物会被带出反应釜并收集。值得注意的是，这一过程中的温度和压力参数对提取效果至关重要，需要根据实际情况进行调整和优化。一旦提取过程完成，CO2可以通过减压和冷却的方式从系统中轻松回收，再次利用。此外，与传统的有机溶剂相比，超临界CO2的使用大大降低了残留物和环境污染的风险，使其成为一个既高效又绿色的提取方法。

2.4 物理回收法

物理回收法的关键在于技术的进步和设备的精确性。在破碎阶段，废线路板首先被机械地粉碎成较小的颗粒，这有助于后续的分离和筛选。不同于化学方法，这种破碎过程对环境几乎无害，并且可以大幅度减少处理时间。接着，通过筛选，可以根据粒径大小将不同的材料分离出来，这对于后续的资源回收和再利用至关重要。

当然，筛选只是第一步。为了进一步提高回收纯度，需要利用更为精密的分离技术，如涡电流分离、磁性分离和重力分离等。涡电流分离主要用于分离金属和非金属材料，而磁性分离可以高效地将磁性金属如铁从混合物中分离出来。重力分离则利用物质的密度差异来实现分离。这些技术不仅可以显著提高回收效率，还能确保回收出的原料质量达到一定标准，进而为下游应用提供高品质的原料。因此，随着物理回收技术的进步，工业界对其的接受度和应用范围也在不断扩大。

3 用废线路板树脂粉末制备脂塑复合材料

3.1 脂塑复合材料概述

脂塑复合材料是一种创新型的复合材料，由热固性树脂、热塑性塑料和纤维材料经特定比例混合而成。在添加了适量的助剂和改性剂后，通过挤出、注射或压制等技术手段制成。这种材料融合了强度高、抗冲击性强、不易磨损、尺寸稳定性好等多种优点，使其具备出色的机械、化学和加工性能。与传统木材相比，脂塑复合材料在性能上有显著优势，不仅抗虫、耐腐蚀，还拥有良好的耐老化特性和低吸水性。可进行二次加工的特点使其在建筑施工中广受欢迎。更为重要的是，这种材料作为原生木质型材的高级替代品，有助于减轻对森林资源的压力，进一步保护珍贵的生态资源。当脂塑复合材料达到使用寿命或受损时，还可进行回收再利用，形成一个循环经济体系，既减少了固体废物的产生，也节省了原始资源[3]。

3.2 用废线路板树脂粉末制备脂塑复合材料机理

废线路板树脂粉末，以环氧树脂为主要组分，混杂着少量无机材料、铜箔碎片及极微量的重金属元素，被认为是制备脂塑复合材料的有潜力的原料。这种复合材料的独特性在于其将废线路板树脂粉末与其它增强材料相结合，从而大幅提升了其机械、物理、电性等综合性能。其中，环氧树脂的化学性质作为这一复合材料的基础，不仅增强了复合材料的特性，还有助于实现废线路板树脂粉末的高效、环保的回收再利用。多种材料与废线路板树脂粉末混合改性后，原本属于危险废物的树脂粉末无害化，可制作成为满足标准要求的酯塑材料。运用现代科技手段，使得废线路板树脂粉末不仅得到了资源化利用，还为制备高性能的脂塑复合材料提供了新的路径。

3.3 其它技术在脂塑复合材料生产中的应用

3.3.1 共挤技术

共挤技术的引入为脂塑复合材料的生产带来了革命性的变革。通过该技术，可以一次性将不同的材料通过共同的挤出头挤出，形成具有所需属性的复合材料。

在共挤过程中，由于不同材料可能表现出不同的流动特性，因此要实现它们的均匀分布和结合变得尤为重要。这样可以避免出现层间分离或不稳定结合的情况。对设备参数如温度、压力和流速的精确控制，不仅保证了产品的质量，还能确保生产效率的最大化，从而提高整体的生产效益。

共挤技术的应用非常广泛，除了常见的板材、管材和膜材生产，其技术已经渗透到更高级的制造过程中，如三维编织或高级纺丝技术。这些技术的引入使得脂塑复合材料可以实现更多功能和特性，进而满足更为丰富多样的工业应用和民用需求。随着这些应用的不断推广和完善，脂塑复合材料市场的潜力将进一步被挖掘，为相关行业带来了前所未有的机遇和挑战。

3.3.2 压花技术

压花技术在脂塑复合材料的生产中开辟了无数的创新可能。通过压花技术，不仅可以实现不同的视觉效果，还能够增强产品的实用性。压花技术在生产中的应用，不仅要求对模具设计和制造有深入的了解，更依赖于精确的设备和熟练的操作。不同的模具形状、深度以及所选材料的性质，都会对产品产生直接影响。因此，这种技术既考验设备的先进性，也挑战操作人员的专业技能和经验，只有两者完美结合，才能确保产品的质量和外观达到预期标准。

尽管压花技术为脂塑复合材料带来了多样性和个性化，但它也带来了一系列的挑战，例如如何确保不同批次的产品具有一致的质量和外观，如何减少生产过程中的浪费，以及如何更环保地进行生产。

3.3.3 3D打印技术

3D打印技术在脂塑复合材料的生产领域中，表现出了巨大的潜能，成为当今制造业的一大变革力量。如今有了3D打印技术，只需一个详细的三维模型，便可以快速、准确地打印出所需的部件或产品。这种创新的生产方式不仅大大简化了整个制造流程，节省了大量的时间和资源，同时也降低了由于人为操作或模具更换所导致的错误率和生产中的浪费。

废线路板树脂粉末的转化利用，特别是作为3D打印的原料，为制造业和环境保护带来了双重价值。首先，它为废弃物赋予了新的利用价值，契合了当前全球对循环经济的追求，有效地将废物转化为宝藏，实现了资源的最大化利用。其次，废线路板树脂粉末本身的特性，如良好的耐热性、导电性等，使得3D打印的产品有着其它传统材料难以比拟的优势。这不仅满足了日常的生产需求，而且也打开了一扇针对特殊应用之门，如高温或特定电气环境中使用等，进一步拓宽了其应用范围。

技术进步是时代进步的明显标志，它推动生产方法和流程持续地向前迭代和优化。3D打印技术无疑是这一变革的领军力量，为现代制造业带来了诸多革命性的优势。其中，它所带来的高度灵活性，让复杂结构的产品制造变得更为简单高效；它的定制能力满足了现代消费者对个性化产品的追求；而对回收材料的利用，不仅呼应了可持续发展的理念，还大大降低了生产成本。这些显著的特点使得3D打印技术在脂塑复合材料领域具有巨大的潜力和应用价值，预计将来会有更多的研究和创新聚焦于此。

4 结语

废线路板树脂粉末的无害化处理与资源化利用，对环境保护和可持续发展至关重要。深入探讨各种废线路板处理方法，从热解回收到物理方法，探讨其中的技术原理和应用前景具有重要的应用价值。同时，脂塑复合材料的研究为废线路板树脂粉末提供了一个创新的利用路径，这不仅减少了固体废弃物的排放，更为制造业带来了新的原料来源。再加上与先进的共挤技术、压花技术和3D打印技术的结合，为脂塑复合材料生产提供了更多的可能性。在面对资源和环境压力的实际背景下，废线路板树脂粉末的无害化处理与资源化利用，正是科技创新为我们提供的环境保护新思路。