废旧家用空调器的回收及关键技术研究

我国家电产品在20世纪80年代后期经历了一次销售高峰期，经过十多年的使用，包括空调在内的家电已经接近或超过了设计寿命，因此，我国正在逐渐进入家电产品更新换代的高峰期。据估计，从2003年开始，我国大家电会以每年1400万台以上的速度淘汰。其中空调约100～200万台。废旧家电产品属于固体废弃物，它不同于一般的城市垃圾，体积大，不可能自行溶入大自然。大量的废旧电子电器产品被废弃后，如不妥善处理，直接作为城市垃圾烧掉或埋掉，必将造成对土壤、空气和水源的严重污染，威胁人体健康，并会造成资源的浪费。 
如何有效地回收利用废旧家用电器已引起世界各国，特别是工业发达国家的高度重视。我国人均资源占有量较少，只有走资源再利用的道路，才是实现可持续发展和解决环境保护问题的根本途径。 
家用空调器属于制冷产品，其中所使用的制冷剂如果处理不当则会破坏臭氧层，而且也是温室效应的主要原因之一；同时，家用空调器中铜、铝等金属占总重量的30%左右。所以，对废旧家用空调器进行合理的回收处理，具有良好的社会效益和经济效益。 
2家用空调器的回收 
废旧家用空调器是诸多废旧家电产品中的一种，其回收过程、方法与一般废旧家电产品的回收过程、方法有很多相似之处，也有其特殊的地方。 
2.1废旧家电的回收 
废旧家电产品回收的一般做法是将其主要零部件或对环境有影响的部分以及易于分离的组成部分，通过自动或手动的方式进行分离，然后将其余部分进行整体粉碎后，再进行材料分离。其过程如图1所示。 


图1废旧家电回收过程 
2.1.1废旧家电分类 
对废旧家电分类，可以根据各种特定废旧家电产品进行有针对性的拆卸，有利于实现拆卸的流水作业；同时还可以提高回收效率和效益。 
2.1.2破碎前预处理 
在破碎处理前，对各种废旧家电产品进行的拆卸等预处理，目的是对拆下的零部件进行分类，以便实施重复利用、再制造等；或者分离出造成环境破坏的零部件，以及价值较高的元器件和一些难于破碎的零部件。废旧家电预处理的目标、指导原则和对象的关系如图2所示。对废旧家用空调器而言，其前期预处理的重点是，压缩机、电动机、热交换器（冷凝器和蒸发器铜管）等零部件的拆卸和制冷剂、机油等的回收。 


图2废旧家电破碎前预处理规划模型 
2.1.3破碎分选 
经过预处理后的剩余部分采用破碎分选方法进行材料分离，即将拆卸的剩余物经破碎机破碎后，再通过不同类型的分选方法和设备，分选出各种类型的材料。为了使分选后得到的各种材料纯度更高，回收过程往往比较复杂。废旧家电回收方法的流程图见图3。 


图3废旧家电回收方法示意图 
2.2家用空调器的回收 
2.2.1破碎前的拆卸等预处理 
2.2.1.1拆卸处理的零部件和物质 
对于废旧家用空调器，不易冲击破碎的部件有电动机、压缩机；可以重新使用的部件有压缩机等；价格较高的部件有压缩机、电动机和热交换器；处理不当会对环境有破坏作用的有制冷剂、印刷电路板（即PCB板）；影响后续处理的物质有润滑油、机油导线和橡胶等。因此，废旧家用空调破碎前预处理项目主要有：采用通用或者专用工具拆卸电动机、压缩机和热交换器；切断容易缠绕的电源线，收集产品内部的配线和印刷电路板；用专门设备回收压缩机的制冷剂、润滑油和机油。废旧家用空调破碎前预处理规划模型见图4。 
2.2.1.2制冷剂的回收 
如前所述，制冷剂的回收是废旧空调的破碎前预处理的重点内容之一。根据制冷剂图4废旧家用空调破碎前预处理规划模型中消耗臭氧物质的浓度的不同，回收方法分为3类：高浓度（30％～100％）回收法、中浓度（0.05％～10％）回收法与低浓度（0.005％～0.05％）回收法。废旧家用空调器中制冷剂属于高浓度范围，所以采用相应的高浓度制冷剂回收方法。具体方法有：液体回收法（加压回收法、制冷剂液泵回收法和降温回收法）、蒸汽回收法（压缩冷凝法、蒸汽回热法）和循环回收法（单程循环回收法和多程循环回收法）等。废旧空调制冷剂回收过程见图5，即：制冷剂液态抽取、分离油液、加热蒸发、干燥收集、再分离油液、冷凝加压收集。2.2.1.3拆卸步骤 
废旧家用空调器（分体式）拆卸步骤如表1所示3）。其余种类的废旧家用空调器的拆卸步骤与之类似，可与之类比生成各自的拆卸步骤。 
表1家用分体式空调的拆卸步骤 


2.2.2破碎分选 

图6废旧家用空调器破碎分选工序 
拆卸的剩余物通常是采用破碎分选的方法进行分类回收，废旧家用空调器处理流程见图6。其过程是：破碎后的物质先通过磁力分选机将铁分离出来，再利用分级设备将剩余物按尺寸（粒度）分成4种筛选出来，再用比重分选机、涡流分选机等设备分选出不同材料，如塑料、强磁性材料（如铁）、弱磁性材料（如铜、铝等）、反磁性材料（如不锈钢等）和尘屑等。其中还要用到风力分选机和旋风分离机等设备。对塑料进行进一步回收处理可以采用静电分选法，这种处理方法成本低、效率高。 
2.3材料回收 
家用空调器的材料质量比例构成如表2所示。所回收的材料包括： 
2.3.1铁及其合金构成比率高，应高效率回收，如用磁力分选机，可以很容易将铁与其它材料分开，尤其是将铁与塑料、铜（合金）以及铝（合金）等分离。 
2.3.2非铁金属及其合金主要是铜、铝以及铜合金和铝合金，均为贵重有价物，应该高效率回收和高纯度分选，一般可采用涡流分选机将它们与不导电的塑料分离，再采用比重分选或者风力分选机将比重大的铜（合金）和比重小的铝（合金）分离开来。 
表2家用空调器的材料质量比例构成 


2.3.3塑料空调器上使用的塑料种类较多，要完全将各种不同材料区分、分离很难。这要求在设计时尽量减少使用材料的种类，并将其名称标识在零部件上，对不同材料组成部件要以拆卸方便为原则，最终在回收时只用一两道工序即可再生，使回收成本尽可能低。 
3废旧家用空调器回收的关键技术 
针对目前国内外对废旧空调器等家电的回收处理现状，在废旧空调器类产品乃至一般的废旧家电产品的回收与再利用过程中，既要考虑产品的回收经济性指标，又要兼顾回收工艺的环境属性、能源属性等因素，要使废旧产品的回收与再利用系统达到预期的目的，除了做好法律制定、舆论宣传等基础性工作之外，必须解决好一些关键技术，包括： 
3.1家电产品绿色设计方法研究，即面向回收的家电产品设计，主要包括可回收材料的选择和可拆卸结构设计等。从产品的设计开始，注重产品的回收性，研究有利于拆解和回收的工艺结构，选择开发易于循环利用的材料，提高回收处理的可操作性。与此同时，着重研究空调器等家电产品的绿色度和可拆卸度等绿色评价理论，并将这些绿色设计理论方法与实际应用紧密结合，加大应用程度。 
3.2社会化回收系统和规模化回收企业的建立，先进的回收工艺设备的开发，以及人工智能技术在回收过程中的应用。一般来说，回收企业必须达到一定规模才能获得较好效益，而自动化程度高、处理效果好的工艺设备以及相关的技术标准，是解决废旧空调器等家用电器的环境污染问题，创造相应的经济效益和社会效益的保证。人工智能技术是高自动化装备的典型代表，在回收过程中也得到了较广泛的应用。其中包括废旧家用电器产品识别系统、自动化搬运系统和自动化拆卸处理系统等。 
3.3各种先进的破碎技术和材料分选技术的研究。在电子电器产品回收处理过程中，广泛采用了各种破碎技术，如低温和常温破碎技术。除一般分选技术外，应该加强特定分选技术的研究，如印刷电路板(PBC)的分离与处理技术。 
3.4从废旧家电上直接取用材料方法的研究及其工具的开发。采用一般的方法对废旧家电进行拆卸处理时，通常会使得材料变形或者被破坏，难以实现回收材料的直接利用。如果在回收的各个环节实现材料的直接利用，则可以减小后续环节的处理难度，降低成本。这样直接取用材料的方法研究以及相关工具的开发尤为关键。 
3.5PCB板回收方法的研究。PCB板的处理方法有：热处理法（焚化法、裂解法）、化学处理法（洗法、溶蚀法）和机械式破碎分选法，它们都会产生有毒有害的废气或废液。要实现废旧家电回收的绿色环保目标，必须加大PCB板回收方法无毒无害化研究。 
3.6产品回收处理经济性评价体系的建立。根据产品类型、生产方式及所使用的材料，研究成本预算方法，建立回收经济性评估数学模型与应用模型。 
3.7回收企业管理方法的研究，信息管理软件系统的开发。回收企业具有一般生产企业的特点，同时又有其自身的特点。为了提高回收企业的社会、经济效益，保障回收过程有序进行，必须研究具有针对性的企业管理方法，开发相应的信息管理软件系统。废旧电子电器产品回收企业信息管理系统，一般应包括几个模块：产品基本信息管理模块、回收过程管理模块、回收工厂辅助布局模块和回收企业总体管理模块等。

4结语 
家用空调器等废旧家电产品的回收与再利用是一个社会化系统工程。对废旧家用空调器等制冷家电进行有效回收与利用，可有效利用资源，降低产品成本，保护环境，对我国乃至世界的可持续发展具有重要的积极作用。同时，通过对废旧家用空调器回收过程的系统分析研究，可以发现现有产品设计在回收性能方面所表现的不足，积累大量的数据资料，反过来又可以促进空调器产品的绿色设计，实现传统产业从单向发展模式向多向循环模式的转变。