電子廢棄物的特點(diǎn)及機(jī)械處理技術(shù)

□文/周益輝 曾毅夫 葉明強(qiáng)

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電子廢棄物的特點(diǎn)及機(jī)械處理技術(shù)

□文/周益輝 曾毅夫 葉明強(qiáng)

湖南凱天環(huán)保科技股份有限公司

The Characteristics and Mechanical Treatment Technologies of Electronic Waste

隨著信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，層出不窮的技術(shù)創(chuàng)新與持續(xù)的市場(chǎng)膨脹需求使電子電器產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度大大加快，從而產(chǎn)生了大量的電子廢棄物。20世紀(jì)80年代中后期以來(lái)，大量家電進(jìn)入我國(guó)家庭，按照10～15年的使用年限計(jì)算，從2003年開(kāi)始電子廢棄物已到了淘汰報(bào)廢的高峰期。據(jù)有關(guān)資料顯示，2004年我國(guó)電冰箱社會(huì)保有量就達(dá)到約為1.3億臺(tái)，洗衣機(jī)約1.7億臺(tái)，電視機(jī)約3.5億臺(tái)。此外，近年來(lái)我國(guó)手機(jī)、電腦等新型電子消費(fèi)品需求激增，而電腦和手機(jī)的更新?lián)Q代的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)家電產(chǎn)品，促進(jìn)了電子廢棄物的急速增長(zhǎng)。

電子廢棄物含有大量的重金屬、制冷劑、溴化阻燃劑等有毒有害成分，因而能夠?qū)Νh(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重危害；隨著技術(shù)水平的提高和世界性資源危機(jī)的出現(xiàn)，電子廢棄物作為一種不斷增長(zhǎng)的潛在性資源也逐漸得到人們的認(rèn)可。因此，電子廢棄物的無(wú)害化和資源化處理成為資源環(huán)境領(lǐng)域一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前電子廢棄物最常用的處理技術(shù)為火法冶煉、濕法和機(jī)械法。機(jī)械處理技術(shù)包括拆解分離、破碎分選等方法，不需要考慮產(chǎn)品干燥和污泥處置等問(wèn)題，不會(huì)造成二次污染，符合當(dāng)前的市場(chǎng)要求。本文著重分析電子廢棄物的主要特點(diǎn)，并介紹電子廢棄物的拆解分離和破碎分選等機(jī)械處理技術(shù)。

一、電子廢棄物的特點(diǎn)

1. 潛在危害大

電子廢棄物的成分復(fù)雜，其中半數(shù)以上的材料對(duì)人體有害，有一些甚至是劇毒的，如表1所示。

電子廢棄物中的有毒有害物質(zhì)滲入土壤、進(jìn)入河流和地下水，將會(huì)造成當(dāng)?shù)赝寥篮偷叵滤奈廴?，直接或間接地對(duì)當(dāng)?shù)氐木用窦捌渌纳镌斐蓳p害。有機(jī)物經(jīng)過(guò)焚燒，會(huì)釋放出大量的有害氣體，如劇毒的二惡英、呋喃、多氯聯(lián)苯類等致癌物質(zhì)，對(duì)自然環(huán)境和人體造成危害；無(wú)機(jī)汞在微生物的作用下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆?，進(jìn)入人的大腦后破壞神經(jīng)系統(tǒng)，重者會(huì)導(dǎo)致人死亡；鉛會(huì)破壞人的神經(jīng)、血液系統(tǒng)以及腎臟，影響幼兒大腦的發(fā)育；鉻化物會(huì)破壞人體的DNA，引致哮喘等疾病。冰箱、空調(diào)和制冷設(shè)備中的氟利昂排放到大氣中后將會(huì)破壞臭氧層，1個(gè)氟利昂分子會(huì)破壞105個(gè)臭氧分子，將引起溫室效應(yīng)，增加人類皮膚癌的發(fā)生幾率。溴系阻燃劑和含氯塑料低水平的填埋或不適當(dāng)?shù)娜紵驮偕鷮?huì)排放有毒有害物質(zhì)，壓縮機(jī)中的潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)使用后，其品質(zhì)將發(fā)生不同程度的變化，未經(jīng)處理也會(huì)造成環(huán)境污染。

2. 再生價(jià)值高

電子電器產(chǎn)品中含有豐富的金屬、塑料、玻璃等可以回收利用的物質(zhì)。計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)無(wú)損拆解下來(lái)的各種電子元器件，有的還可以繼續(xù)使用。電子廢棄物中含有金、銀、鈀、鉑等貴重金屬和大量的基本金屬。例如，每噸電子板卡中含有大約272kg塑料、130kg銅、0.45kg黃金、41kg鐵、30kg鉛、20kg錫、18kg鎳、10kg銻。表2是日本1996年四種典型家電產(chǎn)品的材料含量。

可以看出，廢舊家電產(chǎn)品中含有大量的金屬、塑料及其他產(chǎn)品，具有巨大的回收價(jià)值。有研究估計(jì)，根據(jù)金屬含量的不同，每噸電子廢棄物價(jià)值達(dá)幾千美元，若再考慮到電子廢棄物中有的具有較高價(jià)值且仍可繼續(xù)使用的部分部件，電子廢棄物具有很高的潛在價(jià)值，蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，回收利用的前景十分廣闊。

表1 電子廢棄物中的有毒有害物質(zhì)

二、電子廢棄物的機(jī)械處理技術(shù)

雖然電子廢棄物潛在價(jià)值非常高，但由于含有大量有毒、有害物質(zhì)，要想實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的無(wú)害化和資源化，需要先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。機(jī)械處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電子廢棄物各組分的分離回收，一般包括拆解分離和破碎分選。值得一提的是，機(jī)械處理技術(shù)還只是電子廢棄物組分的分類富集，它的資源化還應(yīng)包括分選產(chǎn)品的深加工，真正實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的循環(huán)利用。

1. 拆解分離

由于電子廢棄物在拆解過(guò)程中會(huì)有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，若采取不適宜的拆解方法，有毒有害物質(zhì)就會(huì)釋放出來(lái)污染環(huán)境，對(duì)人類健康也會(huì)帶來(lái)危害。因此，采用科學(xué)的拆解方法和拆解工藝是非常必要的。

廢舊電子電器主要由家用電器、辦公電器、工業(yè)電子廢棄物和手機(jī)等組成，其中，電視機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)和電腦的數(shù)量較多，是回收處理的主要對(duì)象。考慮到物質(zhì)回收的因素，可以將這些電子電器產(chǎn)品分為電路板、金屬件、塑料、玻璃和其他需要特殊處理的物質(zhì)，如表3所示。因此在拆解過(guò)程中就應(yīng)該遵循這些原則，將廢舊電子產(chǎn)品拆解成可以進(jìn)行各個(gè)物質(zhì)回收的狀態(tài)。拆解過(guò)程中，還要講一個(gè)原則，就是能提前拆分的物質(zhì)盡可能提前拆分，這是因?yàn)椋簭幕旌衔锪现蟹蛛x純物質(zhì)的成本隨著混合物料的種類增加而增加。

手工拆解是最為靈活有效的拆解辦法，借助輔助工具對(duì)廢舊電子電器產(chǎn)品進(jìn)行拆解可確保材料組成在拆解供需得到盡可能的分離，進(jìn)而可以簡(jiǎn)化后續(xù)有關(guān)的材料分離富集處理過(guò)程，提高分離效率。對(duì)拆解件進(jìn)行分揀分類，使有價(jià)元器件直接回用，并將有毒有害部件進(jìn)行專門處理，其余部分分類收集并送相關(guān)工序作回收處理。

電子廢棄物產(chǎn)品種類多，資源再生過(guò)程有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。根據(jù)電子電器設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料組成，在對(duì)其進(jìn)行拆解時(shí)結(jié)合其組分特點(diǎn)給予相應(yīng)的特殊處理。

根據(jù)電子廢棄物的特點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)電子廢棄物中常見(jiàn)廢舊電子產(chǎn)品的拆解分離進(jìn)行舉例分析。針對(duì)空調(diào)、冰箱、冰柜等含有毒有害的氟利昂制冷劑的廢舊家電產(chǎn)品和洗衣機(jī)，建議拆解流程如圖1所示。廢舊制冷家電首先需要吸取制冷劑，然后再進(jìn)行拆解分離處理；洗衣機(jī)的拆解相對(duì)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有特殊物質(zhì)需要處理，其處理過(guò)程屬于一般機(jī)電設(shè)備的拆解。

對(duì)于含硒鼓和墨盒設(shè)備，包括打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等，因墨盒、硒鼓具有危害性，在處理過(guò)程中應(yīng)予以足夠重視，建議拆解流程如圖2所示。

電腦顯示器分為顯像管與液晶顯示器兩大類，其材料特性不同，對(duì)應(yīng)的拆解工藝也有所不同。對(duì)于顯像管類顯示器和電視機(jī)，要分離出CRT再進(jìn)行分類處理；對(duì)于液晶顯示器，其中用于密封連接的液晶物質(zhì)被認(rèn)為是可致癌或促進(jìn)致癌的物質(zhì)，無(wú)害化處理很重要。

表2 四種典型家電的材料構(gòu)成比 單位：wt%

表3 廢舊電子產(chǎn)品的分類

圖1 冰箱、空調(diào)等電器的拆解工藝流程

圖2 打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等的拆解工藝流程

一般來(lái)說(shuō)，電子廢棄物經(jīng)過(guò)人工拆解后，基本上可以得到5大類材料組分。根據(jù)各自特點(diǎn)采用不同技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，如表4所示，其中電路板、顯示器等的回收處理是廢棄電子產(chǎn)品資源化的技術(shù)關(guān)鍵。

2. 破碎分選

對(duì)于電子廢棄物的金屬與塑料的連接體來(lái)說(shuō)，如果不能在拆解分離工序中分離或者分離效率不高，那么物理破碎和分選是實(shí)現(xiàn)其資源化的理想出路。對(duì)于機(jī)械破碎分選技術(shù)來(lái)講,各種材料盡可能充分地單體解離是高效率分選的前提。破碎程度的選擇不僅影響到破碎設(shè)備的能源消耗，還將影響到后續(xù)的分選效率，因此，破碎是關(guān)鍵的一步。

電子廢棄物的破碎路線與設(shè)備可根據(jù)電子廢棄物本身的特點(diǎn)決定，比如，對(duì)于熱塑性外殼來(lái)說(shuō)，普通的沖擊式破碎機(jī)即可將其中的塑料和金屬解離；而對(duì)于廢棄電路板來(lái)說(shuō)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和組成，熱固性樹(shù)脂材料韌性大、不易解離，需要采取特殊的破碎工藝。

破碎的目的主要是為了金屬與非金屬的解離，以便提高物料的分選效率，同時(shí)也是便于分離物料的打包、運(yùn)輸。對(duì)一般的廢舊電器來(lái)說(shuō)，塑料外殼和一些部件很容易實(shí)現(xiàn)解離，但是對(duì)于少數(shù)部件來(lái)說(shuō)，尤其對(duì)廢棄電路板來(lái)說(shuō)，破碎顆粒的粒徑是非常關(guān)鍵的，下面著重介紹廢棄電路板的破碎分選。

廢棄電路板的形狀為扁平形，是由玻璃纖維、樹(shù)脂和金屬等多種成分組成。由于金屬具有較高強(qiáng)度，玻璃纖維具有脆性，樹(shù)脂具有韌性，三者層壓粘結(jié)，破碎解離的難度相對(duì)較大。有關(guān)廢棄電路板剪切破碎試驗(yàn)結(jié)果顯示廢棄電路板具有較強(qiáng)的抗剪切性能，因此要想將廢棄電路板充分破碎，達(dá)到理想的破碎效果，需要采用剪切和沖擊聯(lián)合的破碎方式，即“粗碎+細(xì)碎”模式。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外普遍采用機(jī)械破碎分選法分離廢棄印刷電路板中的金屬與非金屬。機(jī)械破碎分選技術(shù)是將廢棄印刷電路板破碎成細(xì)小顆粒，然后根據(jù)其材料物理性質(zhì)的差異對(duì)不同成分進(jìn)行分離，主要包括破碎、分選等處理工藝。破碎的目的是使廢棄印刷線路板中的金屬盡可能地單體解離，以便于提高分選效率。破碎的方法很多，主要有沖擊破碎、剪切破碎、擠壓破碎、摩擦破碎，此外還有低溫破碎和濕式破碎等。常用的破碎設(shè)備主要有錘碎機(jī)、錘磨機(jī)、切碎機(jī)和旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)等。分選是依據(jù)廢棄印刷線路板中材料的磁性、電性和密度等物理性質(zhì)的差異實(shí)現(xiàn)不同組分的分離。

德國(guó)Kamet Recycling GmbH公司采用的處理工藝是通過(guò)破碎、重選、磁選、渦流分離的方法獲得鐵、鋁、貴金屬和有機(jī)物等幾個(gè)組分。日本NEC公司采用兩段式破碎法分離回收電路板，分別使用剪切破碎機(jī)和特制的具有剪斷和沖擊作用磨碎機(jī)，將廢板粉碎成小于1mm的粉末。再經(jīng)過(guò)兩級(jí)分選可以得到銅含量約82%(重量)的銅粉，其中超過(guò)94%的銅得到了回收。

瑞典的Zhang S等人用實(shí)驗(yàn)室離心破碎機(jī)將廢棄PCB破碎，使樣品均質(zhì)化，破碎后樣品可通過(guò)渦流分離器前部的8個(gè)收集容器得出物質(zhì)分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2mm以下的顆粒中金屬幾乎全部釋放分離；鐵磁體除16mm以上與塑料插緊的部分外，其它顆粒的分離度也很高；7mm以上的鋁也有較好的分離。

李佳等對(duì)廢棄印刷電路板的機(jī)械回收處理進(jìn)行了研究?；厥展に囍饕ǎ簝杉?jí)破碎、靜電分選、金屬回收和非金屬材料的再利用。首先采用剪切式旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)和沖擊式旋轉(zhuǎn)磨碎機(jī)相結(jié)合進(jìn)行一級(jí)破碎和二級(jí)破碎，達(dá)到金屬和非金屬充分解離的程度，然后對(duì)已破碎的廢棄電路板進(jìn)行金屬顆粒與非金屬顆粒的靜電分選。

現(xiàn)有的機(jī)械破碎分選法著重回收廢棄電路板金屬，沒(méi)有全面考慮其中的有機(jī)樹(shù)脂、玻璃纖維等材料的無(wú)害化資源化處理。此外，由于廢棄印刷電路板韌性強(qiáng)、硬度高，細(xì)碎過(guò)程能量消耗很大，而且過(guò)粉碎很嚴(yán)重。破碎時(shí)部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致有機(jī)樹(shù)脂燃燒產(chǎn)生有毒有害氣體。而且過(guò)粉碎減小了玻璃纖維的粒度，加上某些金屬與非金屬包裹粘連，限制了非金屬的利用。細(xì)粉碎已成為廢棄印刷電路板資源化的瓶頸。德國(guó)Daimler-Benz Ulm Research Centre提出的液氮冷凍破碎雖然解決了這一問(wèn)題，但冷凍使流程變得復(fù)雜，大大增加了投資與運(yùn)行的成本。

電子廢棄物是一種潛在危害大的污染物，同時(shí)也是寶貴的二次資源。應(yīng)當(dāng)采用高效的方法實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的回收利用，同時(shí)也應(yīng)注重避免造成二次污染。機(jī)械處理技術(shù)能實(shí)現(xiàn)電子廢棄物資源的清潔無(wú)害化分離回收，是當(dāng)今也應(yīng)是將來(lái)最有潛力的方法之一。當(dāng)前我國(guó)的電子廢棄物回收處理技術(shù)還處在起步階段，需要政策扶持，更需要有適合我國(guó)國(guó)情的技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣。

表4 廢舊電子產(chǎn)品拆解組分及處理方法

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