淺談印刷電路板拆解技術(shù)的研究現(xiàn)狀

張曉嬌,李挺

(上海第二工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與材料工程學(xué)院,上海 201209)

淺談印刷電路板拆解技術(shù)的研究現(xiàn)狀

張曉嬌,李挺

(上海第二工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與材料工程學(xué)院,上海 201209)

摘要:指出了廢棄印刷電路板的回收處理大體分為拆卸和破碎、物質(zhì)富集分離、產(chǎn)品精制三個階段，為了能夠回收印刷電路板上的元器件,有必要對線路板上的元器件進行無損拆解。對國內(nèi)外現(xiàn)有印刷電路板的處理處置技術(shù)進行了分析,提出了一種新的、高效、高資源利用率的線路板處理處置方向。

關(guān)鍵詞:印刷電路板;拆解;元器件;資源化

1引言

隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展,使得電子產(chǎn)品的消耗快速增長,隨之產(chǎn)生的是電子產(chǎn)品的大量廢棄。印刷電路板幾乎存在所有的電子產(chǎn)品中,同時作為電子產(chǎn)品的核心部件正在以驚人的速度報廢。除此之外,我國是印刷電路板行業(yè)的生產(chǎn)大國,是全球產(chǎn)值最大的 PCB 生產(chǎn)國[1~3]。印刷線路板在生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生約 24%的邊角廢料。我國也是印刷電路板的消費大國,幾種主要的家用電器的社會保有量巨大。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與革新,電子產(chǎn)品更新速度越來越快,電子產(chǎn)品的使用壽命相應(yīng)會縮短,這將使電子廢棄物的數(shù)量呈直線增長之勢。有關(guān)資料顯示[4,5],美歐等國產(chǎn)生的電子垃圾 80%出口都被裝進集裝箱運到了印度、中國和巴基斯坦。其中中國又占了 90%。而廢棄印刷線路板在電子廢棄物中所占的比重約為 8%左右[6]?？梢姲殡S電子廢棄物產(chǎn)生的廢棄印刷線路板的數(shù)量同樣十分驚人。

由以上可以看出我國廢棄印刷線路板的主要來源有廢舊電器中的電路板、加工邊角廢料和進口的電子垃圾。因此,我國的廢棄印刷線路板回收已經(jīng)到了關(guān)鍵時刻,必須努力提升我國廢家電處理技術(shù)水平。以解決我國廢家電處理技術(shù)的技術(shù)瓶頸,提高本國企業(yè)在國際上的競爭力。

廢棄印刷電路板上含有多種貴重金屬(金、銀和鈀等)、稀有金屬(鈮和鉭等)和大量的基本金屬(銅、鐵和鋁等),倘若隨意丟棄這些廢棄電子產(chǎn)品或者經(jīng)過不正確的處理,都會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,同時也是一種資源的流失。在礦產(chǎn)資源日漸減少的今天,對于電子廢棄物這座“城市礦山”進行合理的開發(fā)利用是減輕當(dāng)前資源危機的重要方法。目前印刷線路板的處理處置都是未經(jīng)拆解直接破碎分離金屬和塑料。在對PCB資源化處理過程中,對其進行有效拆解必不可少,通過拆解可以回收具有商業(yè)價值的元器件并拆除危害性零部件以簡化后續(xù)的材料分離再生過程。但是目前對這些廢棄印刷電路板的處理處置技術(shù)尚不成熟,主要是小作坊通過手工操作來進行初步拆解處理,沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,深加工工藝比較欠缺。

2國內(nèi)外廢棄印刷電路板元器件拆解技術(shù)現(xiàn)狀

目前現(xiàn)有的廢線路板資源化處理方式主要有[7~9]2 種:一是以回收資源為目的的材料完全再生的回收方式,該方法主要回收其中的金屬與非金屬資源;二是結(jié)合拆解元器件的回收方式,這種方法不僅要求回收其中的金屬和非金屬資源,而且回收其中的可用電子元器件。前者的主要優(yōu)點是機械化程度高、效率高,可節(jié)約勞動力成本,但是其設(shè)備投資巨大,后期處理困難,資源化程度相對較低;而后者工藝復(fù)雜。目前,我國對于拆解元器件的回收方式還處于可行性研究階段,其發(fā)展受技術(shù)和經(jīng)濟兩方面因素的制約。技術(shù)上阻礙PCB自動拆解的主要障礙是印刷電路板尺寸型號繁多,相同類型的產(chǎn)品數(shù)量少,所以自動化拆解困難。同時因數(shù)電路板的收集管理也是阻礙拆解的因素之一。

2.1　國內(nèi)拆解技術(shù)現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代,國內(nèi)主要以野蠻粗魯?shù)姆绞讲鸾馓幚黼娐钒錥10,11],如電路板烘烤拆解和強酸溶解,這種處理方式缺乏技術(shù)指導(dǎo),給環(huán)境帶來了巨大的污染與災(zāi)害。目前廢棄電路板再資源化研究成果按方法及工藝主要分為四大類[12]:機械物理法、化學(xué)溶解法、生物浸出法和焚燒熱解法”。國內(nèi)對廢棄印刷電路板的處理方法主要是[13]機械物理法,處理方式大致分為兩種:一種是將元器件連同廢棄PCB基板一同破碎,最后分選出有價值的金屬。這種方式雖然可以從回收的有價金屬中獲得一定的經(jīng)濟效益,但是與回收完整元器件所換回的經(jīng)濟效益相比是相差甚遠的;另一種是采用人工拆解的處理方式將元器件從廢棄PCB上去除。此方式雖然保持了元器件的完整性,使其可再次利用,但是其拆解效率不高,而且容易對人體造成傷害。

我國目前廢棄印刷電路板處理處置形式有3種[14]:一是家庭作坊式:采用手工或者依靠最簡單的工具(改錐、鉗子等)進行的拆解,人工將有價成分分類回收;或者采用簡單酸溶或露天焚燒等落后方式回收高附加值組分。難以回收利用的剩余組分就隨意堆放或拋棄。在過去相當(dāng)長的一段時間,這種處理方式在沿海地區(qū)廣泛流行,但是生產(chǎn)效率低,工作環(huán)境差。隨著廢板數(shù)量增多,必須考慮拆解的效率和經(jīng)濟性問題。二是有一些中等規(guī)模的企業(yè),購買和安裝了用于拆解的主要設(shè)備設(shè)施,但是為節(jié)省資金,必要的污染防護措施不配套,在連續(xù)生產(chǎn)過程中也易造成二次污染。三是嚴(yán)格按照環(huán)保要求,采用先進工藝,進行拆解實現(xiàn)資源化處理,加工處理過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣都能得以合理處置。這種處理方式和設(shè)施在我國已經(jīng)存在,比如南京金澤公司,新加坡偉成工業(yè)有限公司在無錫投資建設(shè)的電子電器廢物處理廠。

然而實際上我國大部分廢舊電子電器不是直接進入再生資源回收企業(yè),而是流入二手市場,或通過捐贈方式轉(zhuǎn)移到相對欠發(fā)達的地區(qū)或收入較低的個人,直接或經(jīng)過適當(dāng)修理重新利用;或暫時存儲起來擱置不用;少部分徹底不能按原功能使用的廢棄電器一般都被小商小販?zhǔn)兆?進行拆解,回收原料,以獲得經(jīng)濟利益[15]。

對印刷電路板的拆解處理,除通用的采用熔錫爐原理進行PCB拆解外,其他更為科學(xué)的脫焊拆卸的研究較少,工業(yè)化的報道更為鮮見。合肥工業(yè)大學(xué)[13,16]開發(fā)了在硅油導(dǎo)熱介質(zhì)中脫焊分離PCB器件,并利用超臨界流體分離印刷電路板不同材料層的方法及裝置;亦有將被PCB置于反應(yīng)釜的CO2 超臨界流體環(huán)境中,直至印刷電路板粘結(jié)層失去粘結(jié)作用,強化基層與導(dǎo)電層分離,元器件自行脫落方面的研究都取得了較好的效果。

國內(nèi)的一些文獻雖有PCB板元件綠色脫焊回收的報道,但多數(shù)停留在實驗室研究階段,技術(shù)尚不成熟,存在許多問題,暫時無法推廣使用。而國外的一些自動化脫焊設(shè)備又做得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,成本很高,不適合中國國情。

2.2　國外拆解技術(shù)現(xiàn)狀

對于電子廢棄物的拆解,尤其是廢棄印刷電路板的拆解方面,德國和日本處于世界領(lǐng)先水平,并且對拆解過程具有較高的自動化和機械化。例如日本的[13,15]NEC公司通過對電子印刷電路板的制作過程的研究,開發(fā)出了一套自動拆卸廢棄印刷電路板上電子元器件的裝置。他的主要原理是利用加熱熔解焊料。加熱方式選用的是紅外加熱。通過紅外加熱熔焊后,采用兩級去除的方式(即垂直和水平方向的沖擊力作用)使表面焊接電子元器件從基板上脫落,不會造成任何損傷。然后再次結(jié)合加熱、外部沖擊力和表面浸蝕技術(shù),達到完全脫焊。脫落的焊料可以作為精煉鉛、錫的原料。此項技術(shù)獲得了很好的經(jīng)濟價值和環(huán)境效益。

除此之外,德國的[3,15~17]FAPS公司在廢舊電路板的自動拆解方面也有一整套的生產(chǎn)線。它主要通過采用與電路板自動裝配方式相反的原則進行拆解。拆解的第一步是通過清理工序?qū)U舊電路板分成兩類。其中一類先經(jīng)過手工拆解對電路板上的特殊電子器件進行拆除,比如電池等。然后對所有的電路板進行同時拆解。

另一類是無需手工拆解即可以直接進行同時拆解的電路板。其分類過程一般采用手工作業(yè),這在電子廢棄物拆解業(yè)相當(dāng)普遍。將廢舊電路板拆解之后,元件將被分成不同的種類。在預(yù)分類的階段需要手工預(yù)先拆除一些特殊的元器件,比如鋪在PCB表面的貴金屬以及非破壞性的可再次利用的帶插孔元器件如CPU、存儲芯片。

3結(jié)語

與發(fā)達國家相比較可以看出,目前我國廢棄電路板管理中存在的問題主要有:回收體系落后,回收再利用率低;再生利用處置水平低,工藝相當(dāng)落后,污染嚴(yán)重:另外,管理人員不懂法不知法,操作人員不具備相關(guān)的專業(yè)技術(shù)和污染防治知識、技能,也是造成管理不善而產(chǎn)生環(huán)境污染的一個主要原因。

現(xiàn)有的拆解技術(shù)主要是物理方法通過加熱或者破碎等技術(shù)進行處置,資源化利用程度低,對元器件損毀嚴(yán)重,而且不利于金屬的回收,加重了后續(xù)處理負(fù)擔(dān),因此采用化學(xué)方法對電路板進行脫焊并回收元器件,再從溶液中回收焊料或者直接將浸溶劑作為原料用于工業(yè)生產(chǎn),這種方法極大回收金屬及元器件,且后續(xù)處理簡單,將成為一種新的發(fā)展趨勢。

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A Brief Discussion of the Research Situation of Disassembly Technology

of Waste Printed Circuit Boards

Zhang Xiaojiao,Li Ting

(SchoolofEnvironmentalandMaterialsEngineering,ShanghaiSecondPolytechnic

University,Shanghai201209,China)

Abstract:There exist lots of methods for the processing of printed circuit boards.Currently,the recovery processing of printed circuit boards is divided into three stages,including disassembly and break,material's gathering and separation,and product purification.The efficiency of resource utilization of the waste printed circuit boards is quite low.Therefore,adopting the concept of circular economy and recycling recovery processing is one of the ways to deal with printed circuit boards reasonably.In order to recycle the components on printed circuit boards,it is necessary to disassemble components from PCB in good condition.Through the understanding of current processing technology of PCB,this article puts forward a new processing direction of PCB,which is of high efficiency and resource utilization rate.

Key words:printed circuit boards;disassembly;components;reclamation

中圖分類號:X705

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1674-9944(2015)01-0266-03

作者簡介:張曉嬌(1988—),女,湖北襄陽人,上海第二工業(yè)大學(xué)碩士研究生。

收稿日期:2014-12-01