电子废弃物中元器件的拆解与再利用

电子信息技术产业已经成为全球发展最快的产业之一，由此产生的电子废弃物也快速增长，未来l0—20年将是电子废弃物增长的新高峰，这预示着不断产生且数量巨大的电子废弃物已成为全球不可回避的问题。
发达国家和地区较早认识到了这一问题的严重性。以欧盟为例，从20世纪80年代初欧盟就开始了电子废弃物的综合利用领域的研究。他们致力于金属与塑料的分选、材料再生和金属富集工艺技术的开发。随着研究的深入，他们发现火法和湿法回收都会对环境造成二次污染，而生物法仍不成熟。20世纪90年代以来，有关专家发现机械化处理对环境的影响较小，基本不会产生毒性产物，因而以机械化为基础的电子废弃物处理工艺得到进一步发展。
经过十几年的开发和研究，发达国家和地区已形成了一套以资源再生为目的、机械处理为主要方法的电子废弃物处理工艺，主要流程如图l所示。

图1发达国家电子废弃物主要处理流程
其中电子废弃物的分类拆解，就是将整台电器设备解体为易于后续处理的器件，并将物料按照不同材质进行分类。鉴于发达国家和地区的劳动力十分昂贵，因此在分类拆解后一般不进行手工元器件拆解，而是直接进行机械破碎，所以国外电子废弃物的资源再生率很高，而元器件的再利用率则较低，基本只有8％～10％。
与国外相比，我国电子废弃物元器件拆解业的规模较大，主要分布在人口密集的南部沿海地区。这是由我国劳动力丰富且低廉，适合发展电子废弃物拆解这种劳动密集型产业而决定的。广东省汕头市贵屿镇就是典型代表。在达到环境保护要求的前提下，该地区的废旧电子产品拆解作业分工细致、工作效率高、方法不断翻新、积累了丰富的经验。有些企业擅长采用工具迅速割剥废旧电线塑料外皮，既可回收中间的铜线，又可回收利用其塑料外皮；有些企业则善于使用电热器局部软化的方法，拆解和回收可再利用的电子元件；有些企业则专门采用切割或冲压方式取出芯片或模块，并将这些元器件分型号销出。这种细致的分工提高了元器件拆解和分类的效率，并增加了二手电子元器件商品化的价值，提高了当地电子废弃物的再利用率。
目前，电子废弃物拆解业已成为贵屿镇的支柱产业和当地居民的主要经济来源，拆解业不仅提供了该地区5万多人的就业机会，带动了第三产业以至社会的全面发展，也节省了物质再生过程中的能源消耗，降低了二次污染的可能性。同时推动了周边地区相关产业的发展。例如，大量的再生塑料促使塑料仿真花、塑料配件、文具礼品等制造业成为了汕头市的特色产业。以澄海为代表的地区借紧临贵屿镇的地理优势，将二手电子元器件利用于玩具制造中，从而降低生产成本。去年澄海玩具业的年产值达111亿元，70％的产品出口，玩具业已成为澄海区工业经济第一支柱产业。
这一现象表明，电子废弃物中元器件的拆解与再利用是一项能循环利用资源，将旧元器件变废为宝，并减少环境污染的生产活动。本文将对我国电子元器件的拆解与再利用技术作一分析研究。
1元器件的再利用技术
电子废弃物的再利用主要是通过废旧电器的回收、拆解、破碎及分选来完成的。图2表示了再利用的总流程图。其中的拆解分为两类：分类拆解和元器件拆解。本文以上海第二工业大学为上海新金桥工业废弃物管理有限公司设计的拆解流水线为例，介绍电子废弃物的拆解技术。

图2电子废弃物再利用流程图
1.1分类拆解
分类拆解线也称为整机解体是一条输送自动化、拆解人工化的半自动流程。该条线由工装板输送机、万向工作台、中央吸尘器、空气压缩机、照明装置、电动拆解工具、工作椅、物流箱等组成。此流水线适用于常规大中型电子产品整机解体，如打印机、电脑、扫描仪、复印机、微波炉、电视机等，拆解产物类型有塑料机壳、金属机壳、玻璃、印刷电路板、电线、电缆、显像管、其它零部件等。在分类拆解线上的主要任务是将整台的电脑主机、打印机、扫描仪等大件物料拆分为易于后续处理的器件，同时将物料的外壳、内部零件进行分类。并将电子废弃物中含有的危险废弃物拆出以降低处理过程中对环境造成污染的可能性。表l列出了四种办公设备(照相机、扫描仪、硒鼓、电脑)经分类拆解后主要产物及其组分。
表1照相机、扫描仪、硒鼓、电脑拆解产物重量及比重（g）

表1的结果表明，不同电子产品拆解产物种类和对应比例有明显差异，但整体而言，塑料和金属占电子废弃物总重的比例很高，其中还未包括电路板裸板中金属和塑料的含量，这说明了电子废弃物拆解产物的可再利用率较高，能给企业带来较高的收入。

1.2元器件拆解
元器件拆解线也称为精拆线，是一条完全人工化的流水线。该条线由皮带输送机、平面工作台、废气捕集过滤装置、电动拆解工具、电热拆解工具、物流箱等组成。
元器件拆解流水线主要用于印刷电路板上元器件的拆除，并适用于小型电子产品整机解体，如收录机、照相机、电话机等。拆解产物类型有塑料机壳、金属机壳、玻璃、印刷电路板裸板、电线、电缆、各种电子元件、其它零部件等。
在操作过程中，工人用电动螺丝刀将电路板上的各类散热器和电池拆除，再将印制线路板上的固定支架拆下。接着将线路板中可直接拔下来的电子元件拆除，如集成电路等。由于电子元件是用焊锡焊接在电路板上，所以可用热风枪或锡缸等工具将电子元器件从线路板上取下，一般常用的是锡缸。锡缸的作业温度通常是240℃，电压2.00kW。由于熔锡过程会产生有害气体，因此在工作台上要装配一个空气清沽管道，将气体吸入其中，然后进行活性炭吸附。工人在工作时必须要佩带口罩，以减少气体对人体的危害。
拆解下来的这些电子元器件是由不同种类的材料所组成，为了提高下一步处理的效率，应进行分类按照功能分为电阻、电感、电容器、集成电路、半导体管三极管、半导体二极管和废电路裸板等几大类后经培训的工人再通过辨认各类元器件表面标注的符号将它们细分为不同型号，例如：电容器可细分为电解电容、钽电容、陶瓷电容等；集成电路可细分为ECL、TTL、CMOS等。这种细分能够提高二手电子元器件商品化过程中的附加值。其中能通过可靠性检测重新使用的电子元器件，可由个人直接收购或由网络销售给需要的厂家降级使用。目前二手电子元器件的价格为新元器件的40％一80％，所以制造商使用二手元器件能降低生产成本。无法降级使用的器件连同分类后得到的废电路裸板以及各类扩展槽经过破碎、分选后再进一步处理。
经过一系列的破碎、分选后最终获得的塑料、玻璃、环氧树脂粉等非金属可以进行焚烧回收其中的热值或作为用作涂料、人造木材、保温材料、筑路材料及塑料添加剂等，而各类金属富集体，一般精度可达到88％一90％左右，则可送到金属冶炼公司进行深加工或进行电解提纯。分类拆解后的危险废弃物则送至有资质的处理机构进行处理。
2元器件拆解的经济性分析
2.1对处理者的经济性分析
材料完全再生与结合元器件拆解这两种电子废弃物处理方式给企业每年带来的成本和收益的比较如图3所示。

图3两种方式带给处理者的年效益比较
就处理厂家而言，国外这种以材料再生为主的处置技术特点是处理过程中尽量减少人工选择和拆卸大部分工作都是机械自动化处理。虽然全破碎设备自动化程度高、效率高，可节约部分劳动力费用，但其设备投资不菲，例如一套冰箱整体破碎处理设备报价就要100～140万欧元，并且处理过程中能耗高州。另一方面由于全部粉碎后混杂在一起的成份较多，进行有效分离的难度较大，所以对后期处理设备和技术的要求较高，因此也增加了厂家的后期处理成本。而且这些材料在新一轮的生产过程中不仅又将消耗能源和劳动力，对环境也会造成潜在危害。
而元器件拆解后再处理的技术，不仅能降低厂家的处理设备投资，还能使其在销售再生材料获取利润的基础上，又通过销售二手元器件获得额外的利润，并且它们所带来利润会高于再生材料。同时，废旧电子产品的拆解和装配才是该类产品再制造过程中的主要费用投入部分，如图4所示。元器件拆解这一劳动密集型的加工步骤，又符合了我国劳动力资源丰富而廉价的国情，因此处理厂劳动力成本的增加量与设备投入相比是非常少的。对环境而言，如果电容器等旧元器件能进行降级使用，那么对它们所含有的镉、多氯联苯(PCBs)等有害物质的处理将能够得到延缓，间接减少了对环境的污染，从而降低了处理企业的环保投资成本。

图4再制造五个步骤的费用比例
2.2对制造者的经济性分析
就制造者而言，元器件在第一次生产中除了材料外，还需要注入技术、能源、劳动力等。而且随着技术的进步，元器件本身所蕴含的这些附加值会不断的增加，并可能远远超过其本身的材料价值。二手元器件的再利用能够有效地保存元器件本身制造过程中注入的这些附加值。而材料再生过程中的粉碎、熔化等工序完全破坏了这些附加值，只能有限地回收产品的的材料资源。部分制造者会将二手元器件销售者看作对他们不利的竞争对手。因为如果二手元器件被卖出一个，那么其制造者就会少制造、少销售一个新元器件。其实这是一种短视的观点，因为所有产品都不可能进行无数次的再利用，总有一天会退役，会被制造者的新产品所替代。
此外，当产品更新换代时，制造者往往会改造原来的生产线，生产新型产品以满足市场的竞争需求。但市场上仍然有大量的老式产品在继续使用，这部分产品还需要制造者提供维修服务。而制造者的设备生产线却已经用于生产新式产品，不能继续生产老产品的维修备件，这时二手元器件就能为制造者解决这一难题。制造者就不必再被迫保持部分生产设备，专门用于老式产品的元器件生产，从而可以更加专注于新式产品的生产，提高设备的利用率并获得更大利润。

2.3对消费者的经济性分析
二手元器件再利用的最直接受益群体就是消费者，对他们而言，再利用不仅仅是一种最环保的生产方式，而且也是最经济的生产方式。合格的二手元器件一般都能达到新品的质量水平，而价格却为新品的40％～80％。因此消费者能够在自己支付得起的价格范围内，获得性能好的产品，所以，二手元器件的再利用对提高人们的生活水平也具有重要意义。
3讨论
在元器件的拆解过程中，由于主要采用的是干式处理技术，因此与湿式处理工艺相比，拆解不会产生废酸、废碱等废液，是一种对环境影响较小的处理方法。通过提高拆解过程的环境保护要求，加强管理，增加操作人员的环境保护意识，杜绝在拆解过程中使用落后工艺，就能避免环境污染事件的发生。此外，我国与发达国家相比拥有丰富、廉价的劳动力资源，而且大部分电子产品材料构成可识别、易拆解。拆解技术正是充分利用了我国的这种优势，不仅降低了新产品的生产成本，还保留了元器件中原有的附加值，属于“高级循环”的方式。而未经元器件拆解过程的处理工艺只能有限地对材料实现回收，只能算作“低级循环”。另一方面，拆解技术还使旧电子元器件通过降级使用而延长了生命周期，在节省了资源化处理和元器件再生产成本的同时，又降低了资源化和再生产过程中二次污染发生的概率。
由于拆锵效率和二手元器件的检测合格率是决定处理者收益的关键，而产品设计可以决定其2／3的再利用性，因此在产品设计的初始阶段就考虑报废后的拆解问题，改善连接件的拆解适应性，即面向拆解的产品设计是实现产品最终高效回收的重要组成部分。
另外，随着电子废弃韶产量的越来越多，相关管理制度的完善，我国必定会走向大规模电子废弃物处理时代，所以针对我国的国情，开发机械化、自动化的产品精细拆解设备仍是必须的，这对我国电子废弃物再利用产业的可持续发展具有重要意义。
4结论
由于我国现阶段廉价劳动力丰富、电子废弃物处理规模不大，所以采用人工拆解技术能使处理企业获得较大的利润；并且元器件拆解还能延长旧电子元器件的使用寿命，符合建设节约型社会的要求；同时，拆解过程属于干式处理法，对环境污染的风险也较小。基于以上三点，电子废弃物拆解是符合近期我国国情的环保型再利用技术。随着电子废弃物处理量的增大，对处理效率要求的提高，我们必须加快研发具有自主知识产权的机械处理设备，只有这样才能使电子废弃物拆解与再利用技术走向可持续发展的道路。