國(guó)內(nèi)外線路板電子元件去除及貴金屬提取現(xiàn)狀分析

鄧明強(qiáng)，王肖倩，郭麗晶

（森藍(lán)環(huán)保（上海）有限公司，上海201204）

國(guó)內(nèi)外線路板電子元件去除及貴金屬提取現(xiàn)狀分析

鄧明強(qiáng)，王肖倩，郭麗晶

（森藍(lán)環(huán)保（上海）有限公司，上海201204）

圍繞線路板的處置和資源化利用，介紹了國(guó)內(nèi)外線路板電子元器件去除及貴金屬提取現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有回收方式的原理、效益和推廣程度進(jìn)行了闡述。

線路板回收；元器件去除；貴金屬提取

隨著經(jīng)濟(jì)和電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，以及電子電器產(chǎn)品更新?lián)Q代周期的縮短，我國(guó)電子電器產(chǎn)品已進(jìn)入一個(gè)持續(xù)性的報(bào)廢高峰期，尤其受家電“以舊換新”政策的刺激，廢舊電子電器庫(kù)存量急劇增加，預(yù)計(jì)到2020年，“四機(jī)一腦”報(bào)廢量將達(dá)1.37億臺(tái)[1]，其環(huán)保回收與再利用亦成為我國(guó)面臨的重大棘手問(wèn)題。而印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）作為電子產(chǎn)品的重要組成部分，廣泛存在于電子廢棄物中，其構(gòu)成復(fù)雜。以PC機(jī)為例，通常裝有二極管、電容器、電阻器、晶體管、變壓器、集成電路模塊等多種電子元件，通過(guò)錫焊聯(lián)接方式固接在線路板上。線路板含有塑料、惰性氧化物和大約30%的多種金屬[2]，其中約含銅20%、鐵8%、錫4%、鎳2%、鋅1%、銀0.2%、黃金0.1%、鈀0.005%，這些金屬純度超過(guò)自然界同類富礦金屬含量的10倍。線路板還含有溴、六價(jià)鉻、苯、鉛、汞、鎘等有毒有害物質(zhì)，在處理過(guò)程中易引起二次污染，如采用填埋法，其含有的重金屬可能會(huì)滲入土壤、進(jìn)入河流和地下水，造成土壤和水源的污染；采用焚燒其會(huì)釋放大量的二惡英、呋喃、多氯聯(lián)苯類致癌物質(zhì)，嚴(yán)重危害人類健康。

基于電子廢棄物及廢舊線路板的再生利用和處理具有環(huán)保和資源綜合利用的雙重意義。《國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要》明確提出：“完善再生資源回收體系，推進(jìn)再生資源規(guī)模化利用?！笔状卧趪?guó)家層面上將再生資源回收列入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃，凸顯了政策層面對(duì)資源回收領(lǐng)域的關(guān)注。2011年底，發(fā)改委為貫徹國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要，落實(shí)節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)基本國(guó)策，頒發(fā)了《“十二五”資源綜合利用指導(dǎo)意見(jiàn)》，將廢舊電器電子產(chǎn)品再生資源回收利用列為重點(diǎn)領(lǐng)域，要求在“十二五”期間繼續(xù)推進(jìn)廢舊電器電子產(chǎn)品回收、分揀、拆解、高值化、無(wú)害化、資源化處理，繼續(xù)推動(dòng)電子廢棄物整機(jī)拆解和電路板資源化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。而印刷電路板的處理和處置一直是廢舊電子電器無(wú)害化處理的難點(diǎn)，亦成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中亟需解決的問(wèn)題。

1 國(guó)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)

在廢棄電路板的物理法回收領(lǐng)域，就技術(shù)而言，國(guó)外處于領(lǐng)先地位，尤其是歐洲、美國(guó)、日本等地區(qū)和國(guó)家。針對(duì)廢棄的電路板，圍繞著電子元件去除和貴金屬提取等方面的研究和探索工作非?；钴S，提出了許多新的處理技術(shù)和工藝。德國(guó)、瑞典、日本等國(guó)相繼研究并提出了一些新的處理技術(shù)和方法。通常，一項(xiàng)完整的電路板回收處理技術(shù)包括3個(gè)步驟[3]：元件去除（包括手工和自動(dòng)拆除），金屬分離與富集，機(jī)械或化學(xué)精煉提純。

1.1 元件去除

德國(guó)的研究者提出了一項(xiàng)廢棄電路板電子元件自動(dòng)化拆除技術(shù)。在自動(dòng)拆除步驟之前，首先手工拆除可重新使用以及包含有毒成分的電子元件。然后，使用圖像的識(shí)別技術(shù)捕捉線路板信息，并分析確定特定元件，然后自動(dòng)機(jī)械設(shè)備接受指令，并將所選擇的元件拆除分離。接著機(jī)器發(fā)射紅外輻射加熱線路板，當(dāng)焊劑熔化后將所有元件脫除。最后，使用系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)對(duì)分離下來(lái)的元器件進(jìn)行識(shí)別分析，并自動(dòng)將不同的組件分類，將不同元件分別處理。

日本公司開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)拆除廢棄電路板中電子元件的裝置，這種裝置主要利用紅外加熱和兩級(jí)去除的方式，使穿孔元件和表面元件脫落件造成損傷，然后再結(jié)合加熱、沖擊力和表面剝蝕技術(shù)，使電路板上脫焊，同時(shí)線路板基板完好無(wú)損，然后再結(jié)合加熱、沖擊力和表面剝蝕技術(shù)，使電路板上的焊料脫焊。

美國(guó)和日本的一些公司早期開(kāi)發(fā)了適用于維修的專用芯片拆解設(shè)備,但只能適用于SMT類芯片,不適用于普通線路板上電子元器件的拆解。如美國(guó)OK集團(tuán)的熱風(fēng)回流焊接及返修系統(tǒng)BGA-3592-G/CSP-3502-G和日本M.S.Engineering Co,Ltd.的MS系列返修工作站,這兩類設(shè)備都是在含鉛焊料時(shí)代的代表性產(chǎn)品。實(shí)際應(yīng)用中,這類設(shè)備只能對(duì)SMT類芯片進(jìn)行安裝和拆除工作,而用于拆解計(jì)算機(jī)主板的CPU或南北橋芯片,拆解時(shí)間較長(zhǎng),達(dá)不到大規(guī)模的工業(yè)拆解應(yīng)用,而每臺(tái)設(shè)備的價(jià)格約20萬(wàn)元人民幣。

1.2 破碎與分離

線路板基板主要是由樹(shù)脂材料、塑料和附著金屬組成，硬度較高、韌性較強(qiáng)，采用具有剪、切作用的破碎設(shè)備可以達(dá)到較好的解離效果。常用的破碎設(shè)備主要有切碎機(jī)、旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)、錘碎機(jī)、錘磨機(jī)等。日本NEC采用兩級(jí)粉碎設(shè)備將拆除元件的樹(shù)脂基板破碎成粉末，兩級(jí)粉碎的原理是：一級(jí)重力分離，分離出來(lái)的物質(zhì)主要是玻璃纖維和精細(xì)樹(shù)脂粉末，二級(jí)靜電分離，剩余富含的顆粒送進(jìn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)靜電分離器中將銅與樹(shù)脂粉末分離。

線路板經(jīng)過(guò)人工去除或自動(dòng)拆除、基板分離、原材料回收過(guò)程后，得到各種電子元器件及樹(shù)脂、金屬、塑料粉末材料。這些材料中有的可以資源化再利用，有的可進(jìn)行下一步處理，如貴金屬提純等資源化處理，剩余部分送入危廢處理廠。

2 國(guó)內(nèi)電子元件去除和貴金屬提取現(xiàn)狀

我國(guó)電子廢棄物拆解回收行業(yè)起步較晚，目前多數(shù)處理技術(shù)都是以回收原料為目的，生產(chǎn)方式較粗獷，技術(shù)和理論都相對(duì)薄弱，尤其是線路板的資源化回收是行業(yè)一大難題，規(guī)模和回收率相對(duì)較低，在回收效益和環(huán)境污染方面存在很大問(wèn)題。以廣東貴嶼為代表的線路板土作坊仍是回收主力軍。

2.1 電路板元件拆除

國(guó)內(nèi)對(duì)廢棄電路板電子元件拆除的研究較少，相關(guān)報(bào)道文獻(xiàn)也不多，目前的研究只能說(shuō)處于初步探索階段，一些專利也僅止于理論層面，一些試點(diǎn)單位的現(xiàn)實(shí)實(shí)踐也與國(guó)外線路板技術(shù)應(yīng)用相差甚遠(yuǎn)。

國(guó)內(nèi)發(fā)明專利CN1832663A提出，將焊接有電子元件的待處理線路板浸沒(méi)在液態(tài)導(dǎo)熱介質(zhì)中，加熱液態(tài)介質(zhì)，使其溫度高于焊錫熔點(diǎn)，待焊錫熔化后元器件脫落，再分別收集焊錫、線路板和元器件。國(guó)內(nèi)發(fā)明專利CN1590032A提出了一種將電路板上電子元件拆除下來(lái)的電子元件載具，原理是回流焊去除元器件，將線路板放置在固定的回流焊爐槽體內(nèi)，槽體內(nèi)部有夾子可以?shī)A住線路板，使其固定在槽體內(nèi)部，調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，當(dāng)回流焊爐內(nèi)溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，用一個(gè)沖擊器震落線路板上電子元器件，承載器用于承載從該電路板上震落的電子元件。另一國(guó)內(nèi)發(fā)明專利CN1600458A提出了一種導(dǎo)入熱空氣熔融線路板焊錫從而使電子元器件脫落的方法。將線路板水平放置在反應(yīng)器接受臺(tái)上，頂部加裝熱空氣口，操作時(shí)調(diào)整通氣孔熱空氣風(fēng)量和溫度，保持電路板上的焊料合金處于熔融狀態(tài)。緊貼著處理電路板下表面的機(jī)械滾刷沿電路板運(yùn)動(dòng)反方向滾動(dòng)，通過(guò)滾刷上刷毛的機(jī)械力把電路板電子元件掃下，滾刷旁邊的強(qiáng)力吸頭吸入松動(dòng)和散落的電子元件和焊料合金。發(fā)明專利CN101014229A提出了一種將電子元件從廢舊電路板上整體拆除的方法與設(shè)備。將電路板固定在箱體上，或是采用限位箱盛裝線路板，然后電加熱電路板，通過(guò)活動(dòng)沖擊桿給電路板固定裝置實(shí)施沖擊，激振裝置的彈性鋼會(huì)保持一定彈性狀態(tài)和回彈強(qiáng)度，線路板元器件會(huì)隨著沖擊強(qiáng)度和密度加大而脫落，冷卻后再對(duì)電路板基板和電子元件進(jìn)行分類分揀。

我國(guó)當(dāng)前更多的注意力集中在線路板的回收處理，對(duì)電路板電子元件的拆除研究較少，基本處于空白狀態(tài)，現(xiàn)有的幾個(gè)專利也存在不足。專利CN1832663A拆除下的電子元件、基板、焊錫會(huì)混有液體介質(zhì)，需進(jìn)一步清洗才能得到干凈的電子元器件，增加了后續(xù)處理成本；專利CN1590032A對(duì)體積要求苛刻，體積較大、較長(zhǎng)的線路板拆除效果不明顯，有效分離率不高；專利CN1600458A由于熱吹風(fēng)接收面積不均勻，線路板下表面不容易受熱，對(duì)于插裝元件的拆除效果不佳；專利CN101014229A由于每處理一塊電路板都需要夾持，影響其處理效率，不利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。另外，上述專利技術(shù)在國(guó)內(nèi)也未出現(xiàn)工程化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

2.2 線路板貴重金屬提取

廢電路板的元器件從基板上分離后，繼續(xù)進(jìn)一步資源化利用。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)廢線路板的資源化利用方法主要有濕法冶金法、熱處理法和機(jī)械物理法[3]。

濕法冶金法是依據(jù)各種金屬的化學(xué)穩(wěn)定性差異，通過(guò)浸取方法分步從廢線路板中回收貴金屬，可以從貴金屬含量較低的電子產(chǎn)品中有效回收利用貴金屬。此法工藝簡(jiǎn)單、投資少，是很多手工作坊處理廢線路板的主要方法。但此法存在部分金屬浸出效率低、浸出劑（如王水、氰化物等）及殘?jiān)哂懈g性和毒性易引起嚴(yán)重的二次污染等問(wèn)題。

熱處理法是通過(guò)焚燒、熱解、鐵板烘烤等高溫加熱手段去除廢線路板中的非金屬物質(zhì)，使金屬得到富集并可進(jìn)一步回收利用，常用的有焚燒和熱解2種技術(shù)[4]。焚燒技術(shù)日趨成熟，金屬回收率較高，但在焚燒過(guò)程中，廢線路板阻燃劑中含有的溴、氯等成分轉(zhuǎn)變?yōu)槎河?、呋喃等劇毒物質(zhì)。熱解是將廢線路板置于缺氧或無(wú)氧條件下分解成油狀和氣態(tài)的烴類化合物，剩余固相殘?jiān)ㄖ饕獮榻饘?、無(wú)機(jī)組分）可采用物理方法進(jìn)行進(jìn)一步分離回收。但有毒氣體回收處理成本較高，且塑料資源也未得到最大值的利用，況且目前該法尚處于研究階段。鐵板烘烤法，該方法也是企業(yè)采用較多的手段，即通過(guò)預(yù)熱的鐵板，把放置熱鐵板上的線路板上的焊錫熔化，然后通過(guò)手工磕掉線路板上的元器件，實(shí)現(xiàn)線路板基板、焊錫以及元器件的分離，污染嚴(yán)重，元器件毀壞也較為嚴(yán)重。

機(jī)械物理法是預(yù)先對(duì)廢線路板進(jìn)行機(jī)械破碎，然后根據(jù)廢線路板的組成材料間的物理性質(zhì)差異，采用磁選、渦流電選、液體浮選、風(fēng)力分選、靜電分選等物理方法分離回收金屬和非金屬材料。機(jī)械物理法以水力搖床分選、干法分離技術(shù)為主，是我國(guó)廢線路板資源化利用的重要技術(shù)之一，也是應(yīng)用較廣的技術(shù)。采用機(jī)械物理法處理廢線路板時(shí)，在機(jī)械粉碎產(chǎn)生的局部瞬時(shí)高溫（300℃）下，廢線路板中含有的樹(shù)脂會(huì)熱解并釋放出酚、甲酚、溴酚、溴苯、溴甲酚、苯胺、甲醇等多種毒性有機(jī)污染物，且粉碎過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生含玻璃纖維和樹(shù)脂的粉塵及噪音。

另外，還存在大量規(guī)模較小的廢線路板不規(guī)范處置企業(yè)，這些企業(yè)大都采用落后的回收設(shè)備或技術(shù)，對(duì)廢線路板的拆卸仍以人工為主，然后采用焚燒或強(qiáng)酸浸泡等方式提取貴金屬，而其他的金屬材料和非金屬材料，以及處理過(guò)程產(chǎn)生的污染物均不經(jīng)處理直接排放，嚴(yán)重污染了環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的電路板回收處理技術(shù)還處于起步階段，多數(shù)研究?jī)H限于電路板基板的回收，電子元器件往往填埋或焚燒，電路板電子元件拆除技術(shù)、后續(xù)提純技術(shù)等精細(xì)的處理方法研究很少，總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)對(duì)于線路板的再利用還停留在在表面，通常是整體破碎后回收原材料，如塑料、金屬、樹(shù)脂粉末等，這種以原料回收為最終目的的粗暴式資源化利用不僅導(dǎo)致資源嚴(yán)重浪費(fèi)，更造成惡劣環(huán)境影響。國(guó)外線路板的回收處理則更注重電子元器件的再利用，利用先進(jìn)技術(shù)盡量延長(zhǎng)元器件生命周期，是以降低新元件材料及減少?gòu)U物量為最終目的的資源化利用方式，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色再造。

雖然發(fā)達(dá)國(guó)家在電子元件拆除方面已有較成熟的技術(shù)，但我國(guó)不能一味照搬國(guó)外技術(shù)。電子元件再利用技術(shù)的研發(fā)和設(shè)備的制造，必須根據(jù)本國(guó)的國(guó)情，研究和開(kāi)發(fā)符合本國(guó)企業(yè)實(shí)際情況的方法、技術(shù)、設(shè)備，摸索出一套獨(dú)特的資源利用道路。西方發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)特點(diǎn)是設(shè)備自動(dòng)化程度高，建立電子元件龐大數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)人工智能模式來(lái)識(shí)別電子元件，再借助機(jī)械手臂來(lái)完成拆除分離，基礎(chǔ)投入大，設(shè)備成本高。顯然，直接引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)用于我國(guó)的廢棄電路板電子元件拆除是不合適的。在貴重金屬提取技術(shù)應(yīng)用方面，至今，許多技術(shù)如濕法冶金、熱處理、機(jī)械處理等已經(jīng)用于印刷電路板廢物資源化的研究。然而，濕法冶金污染嚴(yán)重，后兩種技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)金屬與聚合物、陶瓷的分離。金屬富集體須進(jìn)一步處理才能得到金等貴金屬，因此亟需開(kāi)發(fā)貴重金屬綠色提取技術(shù)。

[1]劉維橋.廢棄印刷線路板資源化與無(wú)害化處理研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(4)：48-54.

[2]向東.面向元器件重用的廢棄線路板拆解關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49(13)：38-41.

[3]曾偉民.生物濕法冶金技術(shù)回收廢棄線路板中有價(jià)金屬的研究進(jìn)展[J].有色金屬科學(xué)與工程，2013，4(1)：13-18.

[4]朱灶.廢舊線路板真空熱解油合成熱固性酚醛樹(shù)脂[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2013，7(4)：23-27.

Discussion on WPCBs components removal and precious metal extraction

DENG Mingqiang,WANG Xiaoqian,GUO Lijing
（Shanghai Selot Environment Co.,Ltd.,Shanghai 201204,China）

This paper discussed how WPCBs are usually recycled at home and abroad,focusing on electrical components removal and precious metal extraction.The recycling method,technical performance and application were also demonstrated.

WPCBs recycle;components removal;precious metal extraction

X705

A

1674-0912（2014）12-0039-03

2014－06－27）

鄧明強(qiáng)（1980-），男，生態(tài)學(xué)碩士，副總經(jīng)理，長(zhǎng)期從事電子廢棄物的處理工藝研究工作。