廢線路板樹脂粉末的無害化處理與資源化利用研究

張 裴

（江蘇藍聯(lián)環(huán)境科技有限公司，江蘇 常州 213000）

引言

線路板（PCB）是現(xiàn)代電器制造的核心，廣泛應用于各種電器電子產(chǎn)品（EEE）的生產(chǎn)中。隨著經(jīng)濟增長和社會的進步，我國逐漸成為電子產(chǎn)品的主要生產(chǎn)、出口和消費中心。這種快速增長導致了大量的電子產(chǎn)品被廢棄。隨之而來的是如何有效地回收和處理這些廢棄的產(chǎn)品，特別是廢棄的線路板（WPCB）。因此，對WPCB進行無害化處理和資源化利用已經(jīng)上升為一個重要且迫切的議題。

1 廢線路板樹脂粉末

1.1 廢線路板樹脂粉末的產(chǎn)量

廢線路板樹脂粉末主要來源于電器電子廢棄物的回收處理以及線路板生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料和邊角料，其中電子廢棄物的回收處理為主導來源。隨著科技和電子產(chǎn)品使用的普及，電子廢棄物產(chǎn)量不斷增長。

2021年，全球電器電子廢棄物產(chǎn)量預計已超過6 500萬噸，而且這一數(shù)字仍在持續(xù)上升。由此產(chǎn)生的廢線路板數(shù)量也在相應增加。具體到線路板組成，其含量因不同的電器電子產(chǎn)品而異。一般來說，廢印刷線路板年產(chǎn)量約占電子廢棄物總量的5%～8%。線路板樹脂的含量大約占線路板總質(zhì)量的50%，其后是占線路板質(zhì)量的30%的金屬元素，同時還包含一定比例的玻璃纖維和其它無機填料?？紤]到這一趨勢，預計2023年，我國廢線路板樹脂產(chǎn)量將超過120萬噸。隨著這種增長，如何有效地處理和利用廢線路板樹脂粉末變得越發(fā)重要，這不僅關(guān)乎環(huán)境保護，還涉及資源的有效循環(huán)利用[1]。

1.2 廢線路板樹脂粉末的來源

廢線路板樹脂粉末主要來自廢線路板的機械回收過程。機械回收法是當下工業(yè)領(lǐng)域廢線路板的首選回收方法，該方法基于電路板各組成部分之間的物理化學性質(zhì)差異來進行分離和富集。整個過程包括拆卸、破碎和分選三大關(guān)鍵步驟。完成機械回收后得到的樹脂粉末需要進一步處理，或可以被利用作為其它產(chǎn)品的生產(chǎn)原材料[2]。

1.2.1 拆卸過程

拆卸是廢線路板回收過程中的首個步驟，旨在將電子元器件從基板上分離并進行分類回收與處理。在早期，線路板的拆卸主要依賴于人工操作。但由于其效率低且易造成環(huán)境污染，逐漸無法滿足現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和環(huán)境保護的要求。因此，近幾年廢線路板的拆卸方法經(jīng)歷了一場變革，從完全手工作業(yè)逐步向機械化和自動化轉(zhuǎn)型。這不僅提高了拆卸效率，還有助于減少對環(huán)境的污染并提升回收品質(zhì)。

1.2.2 破碎過程

破碎是廢線路板回收的關(guān)鍵步驟，旨在將廢線路板中的單體部分盡量分離，為后續(xù)的分選提供方便。常用的破碎機械包括旋轉(zhuǎn)破碎機、剪切破碎機和鍵式破碎機。破碎后的尺寸直接影響分選的效率和機械的能源使用。為了獲得最佳的分選效果，廢線路板應被破碎到0.6 mm以下的粒徑。這樣的細粒度可以確保其中的各組分達到完全分離，從而提高回收效率和品質(zhì)。

1.2.3 分選步驟

分選步驟旨在根據(jù)廢線路板破碎后的物質(zhì)成分的不同性質(zhì)，如磁性和密度，來進行分類和富集。為了實現(xiàn)這一目標，采用了多種方法，包括磁選、靜電分選、渦電流分選、形狀分選和密度分選等。在現(xiàn)代工業(yè)中，廢線路板的分選過程，主要集中于結(jié)合氣流分選與靜電分選的方法，這種組合方法已經(jīng)被證明是高效且可靠的，能確保廢物的有效回收和資源的最大化利用。

2 廢線路板樹脂粉末的處理方法

廢線路板樹脂粉末的處理方法多種多樣，其中包括焚燒法、填埋法、熱解回收法、溶劑法、超臨界法、等離子體熔煉法及物理回收法。但在當前的研究中，最受重視的是熱解回收法和物理回收法。實際的工業(yè)化處理中，焚燒法、填埋法和物理回收法被廣泛應用，因為它們被認為是最適合處理廢線路板樹脂粉末的有效方法。

2.1 熱解回收法

熱解回收法為廢線路板樹脂粉末的處理提供了一種高效、環(huán)保的方法。熱解，一個在缺氧條件下進行的有機物質(zhì)分解過程，當應用于廢線路板樹脂粉末時，可以將其轉(zhuǎn)化為多種有用的產(chǎn)品。在400～600 ℃的特定溫度范圍內(nèi)，樹脂粉末被分解為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三個主要部分。其中，氣態(tài)產(chǎn)物，例如氫和甲烷，不僅是可再生的能源來源，還可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴。

液態(tài)產(chǎn)物包含了油和其它有機化合物，這些產(chǎn)物有著廣泛的應用前景。它們可以被進一步提煉，或者直接作為化學工業(yè)的原材料，為制造業(yè)帶來巨大的潛在價值。固態(tài)殘渣，如炭黑和各種無機鹽，也有它們的用途。這些殘渣可以作為高質(zhì)量的填充材料，或者在其它領(lǐng)域中被重新利用。熱解回收法不僅幫助我們解決了廢線路板樹脂粉末的處理問題，更為我們打開了一個充滿機會的新領(lǐng)域，同時大大降低了廢物對環(huán)境造成的潛在風險。

2.2 溶劑回收法

溶劑回收法在廢線路板樹脂的處理中起到了關(guān)鍵的作用。這種方法的核心是使用特定的溶劑，目的是將樹脂中的有價值成分溶解并分離出來。為了實現(xiàn)這一目標，首先需要確保所選的溶劑與待回收的樹脂材料具有良好的親和力。此外，溶劑的選擇還需要考慮其蒸氣壓、穩(wěn)定性和對環(huán)境的影響等因素。當選擇了合適的溶劑后，廢線路板樹脂粉末就可以在這種溶劑中進行浸泡，從而使其中的有價值成分得到溶解。

在成功將有價值成分溶解后，接下來的步驟是分離和凈化。這通常通過離心、過濾或蒸餾等方法來實現(xiàn)，以確保得到的成分純度高。但值得注意的是，由于這一過程中使用了大量的溶劑，因此必須對其進行妥善的處理，確保不對環(huán)境造成進一步的傷害。一種有效的方法是進行溶劑的回收和再利用，這不僅可以減少成本，還能降低環(huán)境風險。然而，需要警惕的是，不當?shù)奶幚砜赡軙е掠泻Φ娜軇埩?，這對環(huán)境和人體都可能構(gòu)成潛在風險。因此，在進行溶劑回收法時，必須確保整個過程的安全性和效率。

2.3 超臨界法

超臨界流體是當物質(zhì)處于其臨界點以上的溫度和壓力時的狀態(tài)，它融合了液體的高密度特性和氣體的低粘度和高擴散性特性。其中，超臨界二氧化碳（CO2）由于其低的臨界溫度（31.1 ℃）和臨界壓力（73.8 bar），以及非毒性、無害和易于回收的特點，已經(jīng)被廣泛應用于提取和分離技術(shù)中。在超臨界狀態(tài)下，CO2的溶解性會顯著增加，使其能夠高效地溶解廢線路板樹脂中的多種有機物質(zhì)。

為了提取廢線路板樹脂中的有機物，首先需要將粉碎后的樹脂放入高壓反應釜中，然后注入超臨界CO2。在設定的溫度和壓力條件下，CO2將滲透到樹脂中，與其中的有機物結(jié)合，隨后這些有機物會被帶出反應釜并收集。值得注意的是，這一過程中的溫度和壓力參數(shù)對提取效果至關(guān)重要，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整和優(yōu)化。一旦提取過程完成，CO2可以通過減壓和冷卻的方式從系統(tǒng)中輕松回收，再次利用。此外，與傳統(tǒng)的有機溶劑相比，超臨界CO2的使用大大降低了殘留物和環(huán)境污染的風險，使其成為一個既高效又綠色的提取方法。

2.4 物理回收法

物理回收法的關(guān)鍵在于技術(shù)的進步和設備的精確性。在破碎階段，廢線路板首先被機械地粉碎成較小的顆粒，這有助于后續(xù)的分離和篩選。不同于化學方法，這種破碎過程對環(huán)境幾乎無害，并且可以大幅度減少處理時間。接著，通過篩選，可以根據(jù)粒徑大小將不同的材料分離出來，這對于后續(xù)的資源回收和再利用至關(guān)重要。

當然，篩選只是第一步。為了進一步提高回收純度，需要利用更為精密的分離技術(shù)，如渦電流分離、磁性分離和重力分離等。渦電流分離主要用于分離金屬和非金屬材料，而磁性分離可以高效地將磁性金屬如鐵從混合物中分離出來。重力分離則利用物質(zhì)的密度差異來實現(xiàn)分離。這些技術(shù)不僅可以顯著提高回收效率，還能確?；厥粘龅脑腺|(zhì)量達到一定標準，進而為下游應用提供高品質(zhì)的原料。因此，隨著物理回收技術(shù)的進步，工業(yè)界對其的接受度和應用范圍也在不斷擴大。

3 用廢線路板樹脂粉末制備脂塑復合材料

3.1 脂塑復合材料概述

脂塑復合材料是一種創(chuàng)新型的復合材料，由熱固性樹脂、熱塑性塑料和纖維材料經(jīng)特定比例混合而成。在添加了適量的助劑和改性劑后，通過擠出、注射或壓制等技術(shù)手段制成。這種材料融合了強度高、抗沖擊性強、不易磨損、尺寸穩(wěn)定性好等多種優(yōu)點，使其具備出色的機械、化學和加工性能。與傳統(tǒng)木材相比，脂塑復合材料在性能上有顯著優(yōu)勢，不僅抗蟲、耐腐蝕，還擁有良好的耐老化特性和低吸水性。可進行二次加工的特點使其在建筑施工中廣受歡迎。更為重要的是，這種材料作為原生木質(zhì)型材的高級替代品，有助于減輕對森林資源的壓力，進一步保護珍貴的生態(tài)資源。當脂塑復合材料達到使用壽命或受損時，還可進行回收再利用，形成一個循環(huán)經(jīng)濟體系，既減少了固體廢物的產(chǎn)生，也節(jié)省了原始資源[3]。

3.2 用廢線路板樹脂粉末制備脂塑復合材料機理

廢線路板樹脂粉末，以環(huán)氧樹脂為主要組分，混雜著少量無機材料、銅箔碎片及極微量的重金屬元素，被認為是制備脂塑復合材料的有潛力的原料。這種復合材料的獨特性在于其將廢線路板樹脂粉末與其它增強材料相結(jié)合，從而大幅提升了其機械、物理、電性等綜合性能。其中，環(huán)氧樹脂的化學性質(zhì)作為這一復合材料的基礎，不僅增強了復合材料的特性，還有助于實現(xiàn)廢線路板樹脂粉末的高效、環(huán)保的回收再利用。多種材料與廢線路板樹脂粉末混合改性后，原本屬于危險廢物的樹脂粉末無害化，可制作成為滿足標準要求的酯塑材料。運用現(xiàn)代科技手段，使得廢線路板樹脂粉末不僅得到了資源化利用，還為制備高性能的脂塑復合材料提供了新的路徑。

3.3 其它技術(shù)在脂塑復合材料生產(chǎn)中的應用

3.3.1 共擠技術(shù)

共擠技術(shù)的引入為脂塑復合材料的生產(chǎn)帶來了革命性的變革。通過該技術(shù)，可以一次性將不同的材料通過共同的擠出頭擠出，形成具有所需屬性的復合材料。

在共擠過程中，由于不同材料可能表現(xiàn)出不同的流動特性，因此要實現(xiàn)它們的均勻分布和結(jié)合變得尤為重要。這樣可以避免出現(xiàn)層間分離或不穩(wěn)定結(jié)合的情況。對設備參數(shù)如溫度、壓力和流速的精確控制，不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，還能確保生產(chǎn)效率的最大化，從而提高整體的生產(chǎn)效益。

共擠技術(shù)的應用非常廣泛，除了常見的板材、管材和膜材生產(chǎn)，其技術(shù)已經(jīng)滲透到更高級的制造過程中，如三維編織或高級紡絲技術(shù)。這些技術(shù)的引入使得脂塑復合材料可以實現(xiàn)更多功能和特性，進而滿足更為豐富多樣的工業(yè)應用和民用需求。隨著這些應用的不斷推廣和完善，脂塑復合材料市場的潛力將進一步被挖掘，為相關(guān)行業(yè)帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。

3.3.2 壓花技術(shù)

壓花技術(shù)在脂塑復合材料的生產(chǎn)中開辟了無數(shù)的創(chuàng)新可能。通過壓花技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)不同的視覺效果，還能夠增強產(chǎn)品的實用性。壓花技術(shù)在生產(chǎn)中的應用，不僅要求對模具設計和制造有深入的了解，更依賴于精確的設備和熟練的操作。不同的模具形狀、深度以及所選材料的性質(zhì)，都會對產(chǎn)品產(chǎn)生直接影響。因此，這種技術(shù)既考驗設備的先進性，也挑戰(zhàn)操作人員的專業(yè)技能和經(jīng)驗，只有兩者完美結(jié)合，才能確保產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀達到預期標準。

盡管壓花技術(shù)為脂塑復合材料帶來了多樣性和個性化，但它也帶來了一系列的挑戰(zhàn)，例如如何確保不同批次的產(chǎn)品具有一致的質(zhì)量和外觀，如何減少生產(chǎn)過程中的浪費，以及如何更環(huán)保地進行生產(chǎn)。

3.3.3 3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)在脂塑復合材料的生產(chǎn)領(lǐng)域中，表現(xiàn)出了巨大的潛能，成為當今制造業(yè)的一大變革力量。如今有了3D打印技術(shù)，只需一個詳細的三維模型，便可以快速、準確地打印出所需的部件或產(chǎn)品。這種創(chuàng)新的生產(chǎn)方式不僅大大簡化了整個制造流程，節(jié)省了大量的時間和資源，同時也降低了由于人為操作或模具更換所導致的錯誤率和生產(chǎn)中的浪費。

廢線路板樹脂粉末的轉(zhuǎn)化利用，特別是作為3D打印的原料，為制造業(yè)和環(huán)境保護帶來了雙重價值。首先，它為廢棄物賦予了新的利用價值，契合了當前全球?qū)ρh(huán)經(jīng)濟的追求，有效地將廢物轉(zhuǎn)化為寶藏，實現(xiàn)了資源的最大化利用。其次，廢線路板樹脂粉末本身的特性，如良好的耐熱性、導電性等，使得3D打印的產(chǎn)品有著其它傳統(tǒng)材料難以比擬的優(yōu)勢。這不僅滿足了日常的生產(chǎn)需求，而且也打開了一扇針對特殊應用之門，如高溫或特定電氣環(huán)境中使用等，進一步拓寬了其應用范圍。

技術(shù)進步是時代進步的明顯標志，它推動生產(chǎn)方法和流程持續(xù)地向前迭代和優(yōu)化。3D打印技術(shù)無疑是這一變革的領(lǐng)軍力量，為現(xiàn)代制造業(yè)帶來了諸多革命性的優(yōu)勢。其中，它所帶來的高度靈活性，讓復雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品制造變得更為簡單高效；它的定制能力滿足了現(xiàn)代消費者對個性化產(chǎn)品的追求；而對回收材料的利用，不僅呼應了可持續(xù)發(fā)展的理念，還大大降低了生產(chǎn)成本。這些顯著的特點使得3D打印技術(shù)在脂塑復合材料領(lǐng)域具有巨大的潛力和應用價值，預計將來會有更多的研究和創(chuàng)新聚焦于此。

4 結(jié)語

廢線路板樹脂粉末的無害化處理與資源化利用，對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。深入探討各種廢線路板處理方法，從熱解回收到物理方法，探討其中的技術(shù)原理和應用前景具有重要的應用價值。同時，脂塑復合材料的研究為廢線路板樹脂粉末提供了一個創(chuàng)新的利用路徑，這不僅減少了固體廢棄物的排放，更為制造業(yè)帶來了新的原料來源。再加上與先進的共擠技術(shù)、壓花技術(shù)和3D打印技術(shù)的結(jié)合，為脂塑復合材料生產(chǎn)提供了更多的可能性。在面對資源和環(huán)境壓力的實際背景下，廢線路板樹脂粉末的無害化處理與資源化利用，正是科技創(chuàng)新為我們提供的環(huán)境保護新思路。