廢電路板的資源化利用與污染防治

＊馬堂文

（江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司 江蘇 213000）

前言

20世紀(jì)是電子信息產(chǎn)業(yè)得到飛速發(fā)展的時(shí)期。電子信息產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和報(bào)廢環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄物數(shù)量極大，已經(jīng)成為21世紀(jì)增長最快的固體廢棄物之一。電子廢棄物的關(guān)鍵屬性可以歸納為兩個(gè)方面：一是資源性，電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中需要使用包括貴金屬、有色金屬、高分子材料等在內(nèi)的多種材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺電腦生產(chǎn)過程所使用的材料達(dá)到1000種以上。電子廢棄物中金屬材料的價(jià)值與報(bào)廢前基本不變。二是污染性，電子廢棄物中所使用的許多材料對環(huán)境、生態(tài)和人類的健康有害，尤其處置不當(dāng)所造成的污染問題已經(jīng)引起了全世界的高度重視，電子廢棄物的資源化利用和無害化處置之間的矛盾愈發(fā)突出。隨著技術(shù)的提升，發(fā)展觀念的改變，廢物資源化循環(huán)利用有效減少環(huán)境治理壓力，具有較好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，是現(xiàn)今發(fā)展的必然趨勢。我國電路板產(chǎn)生量大，達(dá)到全球產(chǎn)量的30%[1]，廢電路板作為電子廢物的一種，具有較高利用價(jià)值，受到多數(shù)資源再生企業(yè)的青睞，采用組合回收技術(shù)回收重金屬[2]或是非金屬材料。

1.廢電路板的來源

電路板是電子元器件和電氣連接的載體，廣泛應(yīng)用于電器電子設(shè)備，如家電、醫(yī)療設(shè)備、可研電器等。隨著科技的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品更新迭代快，電子廢物的產(chǎn)生量逐年增加，衍生的電子廢物拆解分揀行業(yè)也層出不窮。電器電子設(shè)備拆解后的產(chǎn)物除外殼、各類金屬配件外，廢電路板則是重要拆解產(chǎn)物之一。

2.廢電路板的危害

電路板主要是用基板（覆銅板）經(jīng)過鉆孔（便于插電子元件）、電鍍、絲印、顯影、表面處理（如電鍍、化學(xué)鍍、沉積）等多道工序制作而成的。覆銅板是將多種樹脂、溶劑涂覆到玻纖布上，再貼合銅箔或銅板后壓制而成的。覆銅板一般不會含有除銅以外的其他重金屬，產(chǎn)生狀態(tài)一般是塊狀，在環(huán)境中不易擴(kuò)散，對環(huán)境危害較小。通過電路板的制作過程不難看出，其沾染多種化學(xué)原料及鍍有多種重金屬。廢棄后若進(jìn)入環(huán)境，電路板上的化學(xué)原料及重金屬具有一定毒性，尤其是重金屬，在環(huán)境中易富集，具有毒性，對環(huán)境和人體造成嚴(yán)重危害。因此，廢電路板按照危險(xiǎn)廢物進(jìn)行管理。

3.廢電路板的資源化利用方式及其污染防治

廢電路板的元器件、金屬件等拆卸預(yù)處理后可利用物料主要有重金屬和樹脂粉，因此廢電路板的資源化利用主要是將其分離后，分別進(jìn)行再利用。但重金屬提取及樹脂粉的資源化均需對廢電路板進(jìn)行預(yù)處理，即破碎、篩分，進(jìn)而將重金屬及樹脂粉分離，拆解流程具體見圖1。以下詳細(xì)介紹廢電路板的預(yù)處理、重金屬的提取及樹脂粉的資源化利用方式。

圖1 廢電路板拆解流程示意圖

(1)預(yù)處理

將廢電路板進(jìn)行初步粉碎，通過粉碎實(shí)現(xiàn)廢電路板中金屬材料與非金屬材料的解離，利用兩種材料密度的不同進(jìn)行重力分選或風(fēng)力分選，密度小的非金屬料首先被分離出來。初篩后，金屬料中仍混有大量非金屬料，為得到純度相對高的金屬料，還需進(jìn)行超細(xì)粉碎、再篩分。兩道粉碎、篩分后，不僅得到純度較高的金屬料，也便于金屬料的提純及樹脂粉的資源化利用。

廢電路板中非金屬料（即有機(jī)樹脂）占比大，且比重相對較小，粉碎、篩分過程中有大量粉塵產(chǎn)生，且是含重金屬粉塵，一般選用除塵效率較高的袋式除塵器和覆膜濾筒除塵器。為了降低除塵壓力，可采用旋風(fēng)除塵器（或?yàn)V筒除塵器）+袋式除塵器（或覆膜濾筒除塵器）組合工藝[3]。

(2)提取重金屬

廢電路板的重金屬提取可分為干法、干法與濕法[4-5]結(jié)合。干法又分為分選法或火法，分選是指破碎后通過重力、靜電作用進(jìn)行分離，提取重金屬；火法是指高溫焚燒，重金屬進(jìn)入焚燒殘?jiān)?。濕法是用化學(xué)溶液與板材接觸，通過化學(xué)反應(yīng)使重金屬溶于溶液中。

①重力分選提取重金屬工藝介紹及污染防治

重力篩分法分離重金屬類型比較有限，目前市場上主要用來分離覆銅板和提取重金屬后的基板。將板材破碎后，先進(jìn)行風(fēng)力分選，初步分選出含銅料。含少量銅的樹脂粉再進(jìn)一步破碎，用在水介質(zhì)中進(jìn)行重力分選，進(jìn)一步提銅，減少樹脂粉中的金屬含量。破碎產(chǎn)生的粉塵可采用袋式除塵器收集處理。水重力分選的水可以循環(huán)使用。分選產(chǎn)生的污泥可以與樹脂粉一同利用。

②靜電分離重金屬工藝介紹及污染防治

靜電分選是利用靜電分離器，將導(dǎo)電物質(zhì)與非導(dǎo)電物質(zhì)分離，因此僅能對金屬及樹脂粉進(jìn)行粗略分離。分離的金屬還需進(jìn)一步采用火法或濕法提取。

靜電分選過程是在密閉空間中進(jìn)行，基本無廢氣無廢水產(chǎn)生，但在進(jìn)料出料過程，會有粉塵，配套除塵器收集處理。但靜電分離不夠徹底，且能耗較高。

③火法提取重金屬工藝介紹及污染防治

已經(jīng)過預(yù)處理的廢電路板在經(jīng)過初步破碎后，先進(jìn)行重力篩分，篩分出密度不同的兩種料，密度小的物料以樹脂為主，密度大的物料含有大部分金屬（俗稱金屬富集體）。將金屬富集體送入焚燒爐中焚燒處理。由于電路板中重金屬種類不同，有鉛、銅、錫等，各類金屬的熔點(diǎn)不同，焚燒爐設(shè)置至少兩個(gè)燃燒室，第一個(gè)燃燒室回收熔點(diǎn)較高的金屬（如銅），熔點(diǎn)低金屬（如鉛、錫）會隨煙氣進(jìn)入二燃室，通過控制兩個(gè)燃燒室的溫度，分離金屬殘?jiān)?。第一個(gè)燃燒室得到的銅富集體中會有少量鉛、錫、金、銀等。為了得到較高純度的金屬，采用高溫?zé)峤猓蛛x金屬共熔體和非金屬爐渣，精煉進(jìn)一步提純金屬，精煉爐渣可作為建材銷售。

火法提取工藝主要污染為廢氣，破碎、篩分過程產(chǎn)生粉塵，可采用袋式除塵器收集處理。由于電路板基板（即覆銅板）制作過程中會添加阻燃劑，傳統(tǒng)制作工藝用的阻燃劑一般為鹵系阻燃劑，因此焚燒的煙氣中不僅攜帶重金屬、揮發(fā)性有機(jī)物，還會有二噁英、酸性氣體產(chǎn)生，焚燒廢氣收集后先進(jìn)行除塵，以去除煙塵及重金屬，再進(jìn)入焚燒爐的二燃室，確保停留時(shí)間大于2s，去除揮發(fā)性有機(jī)物，以減少二噁英的產(chǎn)生，再進(jìn)行急冷處理后再次除塵。

④濕法提取重金屬工藝介紹及污染防治

濕法主要采用電解的方法[6]，將含重金屬的電路板作為陽極，硫酸、硫酸銅做電解液，比銅顯負(fù)電性的元素，包括：錫、鉛、鎳等。當(dāng)陽極溶化時(shí)，該類雜質(zhì)電化溶解并以二價(jià)離子形式進(jìn)入溶液，其中鉛、錫生成難溶鹽或氧化物轉(zhuǎn)入陽極泥中，其余的則在電解液中積累。與銅相比，顯正電性的元素，如：金、銀等不被溶解而進(jìn)入陽極泥[7]。

電解液飽和后可進(jìn)行結(jié)晶，結(jié)晶母液進(jìn)行電積脫銅，二次結(jié)晶濃縮后可得到少量硫酸鎳。陽極泥可進(jìn)行培燒后，進(jìn)一步濕法提取。首先進(jìn)行硫酸酸溶，溶解銅、鎳，在用硫酸、硝酸、氯酸鹽等混合溶液溶解銀，采用沉淀法，沉淀得到氯化銀。氯化銀渣用亞硫酸鈉浸出，含銀溶液用鋅粉還原得到海綿銀，經(jīng)熔鑄、電解得到精銀產(chǎn)品。亞硫酸鈉可循環(huán)使用。提銀后的廢渣中主要含有玻璃纖維，是制作地磚的良好材料，可外銷用作生產(chǎn)地磚的原料。

含金溶液加入硫化鈉，得到硫化金沉淀[8]。沉淀物經(jīng)清水洗滌后用鹽酸浸出，加入雙氧水至金屬硫化物完全溶解，過濾掉單質(zhì)硫，再用草酸還原金得到金粉，提金后的廢液排入污水處理系統(tǒng)。金粉熔鑄得到金錠。

濕法提取工藝主要污染為廢酸、廢水，廢氣主要為酸霧，如硫酸霧、鹽酸霧。廢酸委托具有危險(xiǎn)廢物經(jīng)營許可證的單位處置；廢水中含有重金屬，需分類收集后，重金屬符合車間處理設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)后方可排入污水管網(wǎng)，重金屬主要采用化學(xué)沉淀+膜法去除；酸霧收集后采用堿液吸收。

另外，也有利用磁選法，利用不同金屬的磁性差異[9]，通過控制磁場強(qiáng)度，分步回收重金屬。但是，工業(yè)化運(yùn)行效果并不理想，實(shí)際生產(chǎn)中較少使用。

(3)樹脂粉的資源化利用及污染防治

①作為建筑材料

提取重金屬后的樹脂粉主要用于冷法制磚，即主要原料為石粉或石子、黃沙、水泥，摻入少量樹脂粉（一般不超過30%），加一定量水混勻，直接冷壓成型、養(yǎng)護(hù)，得到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的磚。但由于是固體廢物作為替代原料再利用，在環(huán)境影響評價(jià)中要求符合國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品出售前進(jìn)行危險(xiǎn)特性鑒定，在不具有危險(xiǎn)特性的基礎(chǔ)上，用于不能與人體直接接觸場所，且不能用于密閉場所，目前主要用于制作路面磚、路牙石等。

制磚過程主要污染物是粉塵，由于粉體料較多，裝卸過程均有粉塵產(chǎn)生。比較實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的措施是噴霧降塵。因此有些企業(yè)通過對物料加濕，車間加濕的方法減少揚(yáng)塵產(chǎn)生。

②用于生產(chǎn)再生木塑產(chǎn)品

原料主要為提取重金屬后的樹脂粉或是板材（板材需要先粉碎），再輔以其他廢塑料粉、木粉等，再添加增塑劑、交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑等助劑，以增加物料的交聯(lián)性，通過熔融、擠出造粒、破碎、擠出成型、裁切、壓花等多道工序制作成板材（稱為脂塑復(fù)合材料），再用制成的板材組裝加工制作景觀制品[10]。此種板材具有耐磨、強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、抗腐蝕等特點(diǎn)，因此使用壽命較長。

物料粉碎、粉體投料、拋光過程有粉塵產(chǎn)生，需收集除塵。由于制作過程中采用高溫加熱使樹脂熔融，樹脂熔融狀態(tài)下為使材料擠出時(shí)無氣泡，熔融工段還需排氣，此時(shí)會揮發(fā)性有機(jī)物排出，主要來自于熔融的樹脂粉、交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑[11]等物料中含有的揮發(fā)性有機(jī)物在高溫條件下?lián)]發(fā)。其他輔助工段，如壓花過程由于升溫，會有少量揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生。由于樹脂及物料中溶劑的沸點(diǎn)較高，廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物濃度較低，主要采用吸附法處理，揮發(fā)性有機(jī)物可行的治理方法主要有吸附、吸附濃縮+熱力燃燒/催化燃燒，吸附法的吸附介質(zhì)主要是活性炭，吸附濃縮主要采用沸石轉(zhuǎn)輪。從經(jīng)濟(jì)性考慮，采用活性炭或活性炭及活性炭再生方法的占市場主流。

③制作其他類型復(fù)合材料[12]

作為填料制備多種復(fù)合材料。如用樹脂粉、添加玻璃纖維，采用混勻、熔融、擠出的工序制備聚丙烯復(fù)合材料。根據(jù)鄭炯莉[13]等人對此類復(fù)合材料的研究檢測，添加廢電路板中回收的樹脂粉的復(fù)合材料較普通聚丙烯塑料，各項(xiàng)力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、溶體流動速率增幅等指標(biāo)均有不同程度的提升，但是韌性指數(shù)下降。使用樹脂粉、RPU（是一種剛性的雙固化聚氨酯-脲材料）、水泥、發(fā)泡劑，按照一定配比，制作保溫板[14]，性能可滿足使用要求。

4.結(jié)語

廢電路板中回收的金屬及樹脂材料雖然能較好的利用，但普遍使用的回收技術(shù)仍不能得到較高純度的物料，且金屬的回收工藝復(fù)雜，原料消耗大，甚至回收的金屬價(jià)值不抵消耗。利用過程中，回收的物料僅能作為輔助原料，且通過添加大量的常規(guī)原料，將其中殘余的有毒有害成分稀釋，以達(dá)到消除危險(xiǎn)特性的目的。因此，有待開發(fā)高效低耗的廢電路板金屬回收工藝，并能提升物料分離效率。

廢電路板資源化利用技術(shù)，不僅延續(xù)了原料的生命周期，也減少了資源的浪費(fèi)，具有良好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，一定程度上減少了廢物的處置壓力，但在資源化利用過程中不可避免產(chǎn)生環(huán)境污染。需綜合考慮工藝技術(shù)特點(diǎn)、污染物類型，選擇最優(yōu)的污染治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益最優(yōu)。