废旧电子材料回收利用现状及发展展望

废旧电子材料：就是失去使用价值的电子产品，包括失去使用功能的产品和更新换代淘汰的产品。具体包括各种废旧电脑、通信设备、电视机、电冰箱以及淘汰的精密电子仪器仪表等。
随着高新科技的发展和人民生活水平的提高，电子产品迅速在国家生产和人民生活的各个方面普及了。同时在政策的推进和人民消费能力增长等因素的驱动下，我国已经逐步成为世界电子产品生产和消费的中心。电子产品的迅速发展意味着其生命周期后淘汰下来的产品也将迅速增加，所以人们在享受高科技电子产品带来的好处的同时，也不得不面临废旧电子材料导致的严重污染问题和由此引发的其它方面的问题。
在意识到废旧电子材料问题的严重性后，国内外在近几年都制订了相关法律对这方面进行规范。与此同时，电子产品生产所需的各类原料也表现出日益紧张的趋势。在这两方面因素的影响下，废旧电子材料的回收利用成为了一个热门的研究方向。这方面取得的成果，不但可以解决环境污染问题，也可以解决电子产品原材料的紧缺问题。可见，废旧电子材料的回收利用已经成为国家和各个电子产品生产厂商所迫切需要研究解决的问题了。
另外，废旧电子材料的回收技术发展，必将联系到电子材料回收企业的生产实际。要解决的问题就是技术的利用如何保证企业的利润，而解决这一问题的最好方法就是建立废旧电子材料的回收模型——利用模型从理论的角度协助解决回收企业工艺流程的制定问题和细节参数的选择问题，最终保证企业能在废旧电子材料的回收方面获得最大化的利润。因此，废旧电子材料回收模型的建立和完善，将成为废旧电子材料回收的技术发展与实际生产相结合的一个新的研究方向。
2废旧电子材料回收的紧迫性
随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，各类电子产品在人们生活中所占有的地位越来越重要了，从表1中2001—2005年我国6类电子产品产量变化可以看出：2005年各类电子产品的产量至少比2001年增加了一倍，而这些电子产品的总量更是以几何倍数增长。
表1 2001—2005年我国6类电子产品产量

电子产品的不断普及给国民生活的各个方面带来了诸多便利，但随着科技的发展，电子产品必然要进行更新换代，许多到使用年限的产品要进行报废处理。这些淘汰下来的废旧电子材料，将带来一系列的问题，其中最主要的是污染问题。例如：制造一台电脑涉及700多种化学原料，其中含有300多种对人类有害的化学物质，一台电脑显示器中仅铅含量平均就达1kg。这些有害化学物质如果不进行处理，不但会造成环境污染，还将对人类的健康带来严重的影响。
另一方面，我国人口的巨大基数使得丰富的矿产资源在人均分配后变的非常匮乏。在不断增加的废旧电子材料中又包含着许多贵重金属及其它一些有用的原料，表2中为1t电路板中所含有价成分及其重量，其中仅金、银的价值就相当可观。如果能对日益增加的废旧电子材料进行有效的回收再利用，就能在一定程度上缓解我国资源短缺的压力。
表2 1吨电路板中所含有价成分及其重量（单位：磅）

可见，从环境保护和资源再利用的角度来看，电子废弃物的处理具有明显的社会效益和经济效益。
在不断增加的废旧电子材料带来的环保压力下，各国政府都开始对此加以重视，其中国外很早就已经以法律的形式表现了出来。最具代表性的是欧盟的两条指令。2003年2月13日，欧盟出台了《报废电子电气设备指令》(WEEE)，以及《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(RoHS)，规定了废旧电子电气产品的回收、处理、再利用以及禁止在电子电气产品中使用铅、汞、镉等六种有害物质[5l。WEEE指令要求生产商包括其进口商和经销商在2005年8月l3日以后，负责回收、处理进入欧盟市场的废弃电气和电子产品，并在2005年8月13日后投放市场的电气和电子产品上加贴回收标志。ROHS指令要求，2006年7月1日以后投放欧盟市场的电气和电子产品不得含有铅、汞、镉、六价铬等有害物质。从这两条指令可以看出国外电子产品的环保发展动向，这两条指令还要求我国的出口电子产品必须达到规定标准，另外，我们在回收处理废旧电子材料的时候也要注意其中规定的有害物质的妥善处理。
除欧盟的两条指令之外，世界其他一些国家如美国、日本在这方面也有相应的法律法规。与国外的立法情况相比，我国还有很大的差距，主要体现在法律法规不健全，正规回收利用体系尚未建立，政府管理能力较弱等。与废旧电子材料处理相关的法律很少，目前，信息产业部会同其它的相关部门抓紧制订的《电子信息产品污染控制管理办法》及其相应的配套措施已于2006年2月28日公布。办法中明确我国将自2007年3月1日起禁止或限制含有六种有害物质的电子信息产品在中国生产或进口。其核心内容是对铅、汞、镉、六价铬等重金属物质和多溴联苯、多溴二苯醚等溴化阻燃剂等六种有毒有害物质的控制。从产品的研发、设计、生产、销售、进口等环节开始做好对这些有毒有害物质的控制，如替代、减量化，既体现了“从源头抓起”、“污染防治”、“预防在先”的环境保护思想和原则，又为废弃电子信息产品回收、拆解、处理再利用打下基础，也是生产者对“谁污染，谁负责”的污染治理原则的最重要的实践。

综上所述，可以清楚的看出废旧电子材料处理的紧迫性。首先，不断增多的电子产品生产将意味着在今后会有更多的废旧电子材料需要处理；其次，目前的废旧电子材料从环保角度和资源再利用角度讲都必须尽快合理的进行处理；最后，国内外立法状况的变化使得对废旧电子材料的处理有了法律的监督。
3国内外废旧电子材料回收技术发展水平
3.1国外回收技术发展现状
发达国家很重视从PCB中回收常规金属及稀贵金属，所采取的技术手段通常分为两大类：物理法和化学法。物理法芷要用于常规金属如铝、铜的回收，如美国利用强力旋流分选机从个人电脑的PCB中回收铝；利用破碎、筛分、电选和磁选的方法从废印刷线路板中实现金、银与铁、铝、锌和锡的分离；瑞典利用电动滚筒静电分选机回收铜。化学法有湿法冶金及电化学法，主要用于提纯贵金属如金、钌等。如瑞典Boliden公司和加拿大Noranda公司对含贵金属电子废弃物的回收，其回收流程如下：熔化——转化——阳极铸造——电解铜——贵金属的精炼——锡铅的回收过程。物理法的优点是对环境的污染非常小，有利于适应各项法律法规，其缺点是回收率不高，对物理性质接近的金属无法进行分离；而化学法的优点是回收率很高，有利于保证企业的回收收益，但其缺点也非常明显，就是回收过程中的液体、气体及回收后的废渣对环境的污染较为严重。国外在回收金属方面的发展，有如下几方面：(1)将更多的物理性质用到物理法中进行不同金属的分离；(2)提高物理法的回收率；(3)减少化学法的污染问题；(4)将物理法和化学法结合起来，达到环境保护和资源利用的双重目的。
在回收金属的同时，国外还研究了对非金属的回收技术。研究表明：电子废弃物中所含的非金属成分主要是树脂纤维、塑料和玻璃。多氯联苯基板中所含有机物，包括树脂纤维在卡尔多炉中作为燃料产生热值维持炉温，最后产生的炉渣可用作筑路材料。塑料主要来自计算机、电视、洗衣机等的外壳制件，熔化后可作为新产品的原材料使用，或者被用作燃料。玻璃主要来自阴极射线管显示器，因为含有铅，玻璃被归属为危险物品，一些公司用显示器碎玻璃制造新的阴极射线管。非金属的回收技术是对金属回收后剩余废弃物的补充处理，从经济效益和环境保护角度，它对于回收企业来说都是有利的，但在处理塑料方面，现在只能对热塑性的塑料进行处理，今后还需要对热固性塑料的处理进行进一步研究。
废旧电子材料的回收，不只是单纯进行原料的回收，要做到收益的最大化，还要想方设法对其中的可用元件进行回收。在此基础上，国外研究并发展了智能拆解技术。其中的一个应用是对于印刷电路板的半自动拆解：人工将印刷电路板从回收的电气电子设备上拆解下来，固定到自动拆解设备的框架上。设备通过视觉识别系统将待回收的印刷电路板和数据库中资料进行对比以确定哪些元件可以再利用或有毒害需要从电路板上拆解下来，同时该系统还将确定被选定元件的位置、尺寸和中心位置并将这些提供给下一个拆解工序。接下来被选定的元件将通过激光或红外加热熔焊的方式跟基板分离并用专用的机械钳取下来。经过处理后的印刷电路板被分解为可再利用的元件、需特殊处理的有毒有害元件和无危害的电路板。这样处理的结果是在保证回收效益的基础上最大程度的达到了环保要求。
国外还在面临大量手机淘汰的压力下研制了半自动手机拆卸设备。其中的半自动步骤仍然是最初将废旧手机装到设备上，然后经过视觉识别系统的筛选后，进行全自动的拆解。其最终目的是在对印刷电路板和显示屏最小损伤的基础上根据材料组成回收其它部分。拆解后的产物包括：电池、塑料部分(例如前后盖)、橡胶、金属、印刷电路板和液晶显示屏。整个拆解过程是破坏性和非破坏性拆解技术的完美结合，其中使用的技术包括：磨、削、部件的熔焊分离和基于真空吸附的部件处理。
国外智能拆解技术的发展，是机械自动化技术、视觉识别技术：废旧电子材料回收领域的成功应用，是今后回收领域发展的新方向。其优势是识别部分的自动化，可以保证回收标准的一致性，另外自动化程度的增加可以为回收企业节省一部分劳动力投资。但目前这个领域的发展还有很大的提升空间，首先是处理过程中还存在大量的人工步骤，这样设备运行的效率还要受到操作人员效率的限制；其次设备的适应性不高，只能对特定尺寸的印刷电路板和手机等进行处理，这样机器的处理范围还存在一定的局限。
3.2国内回收技术发展现状
我国现有废旧电子材料回收处置技术相对落后。回收处置途：径大致可以分为两种：“反复利用”和“资源循环”所谓“反复利用”，就是把回收过程中仍可使用的一些电子元器件从有关电子产品中拆解下来，作为二手元器件出售，用于维修、拼装伪劣电子产品或用于玩具等低档商品的生产。从资源再利用角度看，这样的回收处置效率很高，但由于相关法律和政策尚未健全，存在着诸如二手元器件组装的电子产品的安全性问题、产品质量问题以及扰乱正常的商业秩序、造成恶性循环等问题。第二种途径“资源循环”就是通过拆解、分类等方式回收其中的部分有价值材料，达到按照生态规律利用自然资源和环境容量，把清洁生产和废弃物的综合利用融为一体的“循环经济”模式。这种途径是中国有色金属工业发展的必然选择，是解决电子废弃物造成的资源浪费和环境污染问题的关键。但目前国内的大部分再生利用企业存在急功近利现象和技术、装备落后状况，很少考虑或难以考虑处置过程中造成的二次污染问题。

目前，我国废旧电子材料的资源循环技术分为两类：一是以物理方法为主的物理技术。将废旧电缆、导线和部分元器件等通过机械粉碎，分离出部分有机物粉尘，进入水浸分离，得到较粗颗粒的金属粉，然后将金属粉熔炼成块、电解分离各种金属。二是以化学方法为主的化学技术。
将线路板、触点等电子废弃物与盐酸、硝酸、硫酸或它们的混合物、氰化物溶液等进行反应，使各种有价值金属进入溶液，通过还原或电解方式回收金属，不溶物则作为固体废弃物，采用掩埋、焚烧等方式进行处理。
国内处理废旧电子材料的技术相对比较落后，很多处理技术都是以回收原料为目的的，回收效益和环境污染方面都存在很大的问题。在操作方面，基本以手工操作为主，回收效率难以保证，操作人员的健康也受到很大的威胁。从这方面看，国内回收技术的发展空间很大，首先是解决回收处理中的污染问题，在化学处理方面研究一些代替氰化物等有毒物质的处理方法，例如用有机溶剂处理，以适应环保方面的要求；其次提高回收的效益，就是要更多的回收废旧电子材料中的可重新利用的元件；第三要学习国外的智能拆解技术，使废旧电子材料的处理自动化、智能化。
目前在国内，已经有规模化处理废旧电子材料的企业。来自新加坡的伟城工业投资建立的伟城环保工业(无锡)有限公司，占地13.3万m2，年处理电子废弃物最多可达6万t，长江三角洲工业企业95％以上的电子废弃物可得到集中处理，不仅保护都市的生态环境，其自身也能从中提炼各种金属，最终实现电子垃圾零填埋和废旧电子材料全过程无污染处理。
4废旧电子材料回收模型
发达国家在近些年的研究中，更加注重回收技术中的有效回收方面。国外先进理论把电气或电子产品，尤其是对电脑的回收处理分几个层次：(1)作为一个整体重新使用；(2)对其中的元件进行重新使用；(3)对其组成材料进行回收；(4)焚烧；(5)作为垃圾处理。这五个层次是从高级到低级排列的，在进行回收处理的过程中尽量选择高等级的方式，使回收处理的价值最大化。在注重技术研究的同时，国外技术人员还在其它方面对废旧电子材料的回收做了研究，其中之一是对于回收物流体系作用的研究。一些研究表明，单纯的回收技术的提高并不能完全提高电子产品回收的效率和效益，电子产品回收后的分拣也是关系到回收技术顺利实施的关键步骤。例如小型家电设备的再利用价值较高，而信息和通讯产品在电子产品的再利用中占有很重要的地位。另外，一般的回收设备对于进入其加工线的产品的尺寸也是有一定的要求的。可见，对于待回收产品的初步筛选也是很重要的。
国外的这些研究都是以有效回收为出发点的，而有效回收的目的就是如何使回收产品的价值最大化，这和企业生产实践的目的是相同的。回收技术的研究和发展最终都是要为生产实践所应用的，一切技术应用到实际生产中才能体现它的价值。而当一项技术应用到生产实践中的时候，技术含量的先进与否、操作的简便与否等，都不是评价它的最终尺度。企业对于一项技术的评价，最重要的一项指标就是它为企业创造利润的能力，可以说利润是企业评价技术的最终标准。但是，从另一方面讲，技术本身并不能完全保证企业效益的实现。例如在废旧电子材料回收方面，利润的多少和许多方面都是有联系的，比如企业对原料的存储能力、设备单位时间的处理能力、设备的加工周期、设备的运行费用、原料的存储费用、产品的价值、生产废料的处置费用等。这些条件的共同作用将影响到回收企业利润的多少，其中任何一个方面的变化都会影响到最终的利润。在这些错综复杂的关系面前，要想得到最优化的配置，达到有效回收，逐一调试的方法是不可行的，有必要建立一个包含影响利润各方面因素的模型来评估如何在现有条件下使回收企业的利润最大化。
回收模型本身是对回收过程的评价，它包含了影响回收企业利润的各方面因素，并以调配各个因素以使得企业利润最大化为目的，可以说回收模型能够帮助回收企业顺利的运行。

图1具有重加工选项的回收流程图
回收模型的原理如图1所示。图1是一个具有重加工选项的回收设备的流程图，要达到有效回收的目的，在分离过程中回收企业必须对最终输出和重加工部分的比例以及进行重加工的次数进行精心的调整。设备每次回收得到的产品是有一定限度的，并不能把所有的可用材料一次回收完毕，这就需要进行二次或更多次的回收。但是进行多次回收就要支出多次的设备运行费用，这就需要确定具体的回收次数以保证回收效益的最大化。如果仅考虑设备运行费用和回收收益的关系，保证回收设备运行可以得到利润的条件是回收收益大于设备运行费用。可以看出，为了在这个条件下确定回收设备的运行次数，需要经过一系列的计算，把这个过程用数值表达出来，成为一个解决问题的公式，就成为了解决这个问题的模型。得到这个模型后，在今后的回收工艺制定过程中，只要把不同材料的参数代入公式进行运算，就可以方便的得到结果。在实际生产过程中，需要考虑的参数比这个例子要复杂的多，例如：两个设备间的循环处理，多种原料和输出产品的取舍等。涉及问题越多的模型越复杂，同样其对生产的指导意义也就越大。

目前，废旧电子材料的回收模型发展还比较慢，国外比较成熟的模型有：电子材料回收中心中有连续重加工选项工作站的精练或出售决定模型、电子设备的大量回收中不连续加工的决定模型等。这些模型能够很好的帮助企业对生产中的各个参数进行选择，比以往在生产中调试生产参数的方法节约了很多时间和精力。可见，随着回收企业的发展，回收模型也会迎来其发展的大好时机。
5废旧电子材料回收发展展望
在立法环境变化和资源短缺的今天，废旧电子材料回收技术在国内必将迎来其迅速发展的时期，同时，越来越多的回收企业也将建立起来。对于废旧电子材料的回收，其发展趋势将有以下几方面：
(1)进一步研究无污染的废旧电子材料处理技术，保护我们的生存环境。
(2)解决电子废弃物的拆解效率及其自动化问题，也就是研究自动化程度更高的拆解新技术和新设备。
(3)废旧电子材料回收的产业化发展，就是说回收企业要形成规模、形成产业，从基础设施方面促进废旧电子材料回收技术的发展。
(4)回收模型的发展，使模型更贴近生产过程，更好的评价生产过程，并协助制定有利于企业利润最大化的工艺流程。