电子废弃物回收处理技术现状

按照一般的说法，电子废弃物是指在电子元、器件和构件制造中产生的废品、残料以及报废的电子计算机、印刷电路板、连接器等电子产品[1]。在过去几十年里，电子信息技术突飞猛进，电子产品的种类和数量剧增且更新频繁，大量废旧电子产品被淘汰。对于被淘汰的电子产品，如果不妥善处理，将对环境造成严重威胁。另一方面，电子废弃物含有大量的金、银、钯、铂等贵金属和铜、铁、铅、锡、镍、锑等普通金属，还有塑料等有机材料，具有重要的回收利用价值。因此，如何加强对这些电子废物的处理并回收有用物质，已成为国内外共同关注的热点问题。 
1电子废弃物回收处理方法 
电子废弃物类型复杂，种类多样，组成的各种构件的物质的成分和含量相差很大，这就使得它们的回收利用具有一定的难度。但是，其物质种类却有相同之处，即含大量的贱金属、非金属、贵重金属和树脂。这些物质的物理特性，包括密度或比重、导电性、磁性和韧性等存在一定的差异，这就决定了应采用的分离手段。 
电子废弃物中回收处理技术可以概括为物理法、化学法和生物法。物理法主要有拆卸、破碎、分选等方法。化学法一直是广泛应用于处理电子废弃物的成熟方法。化学法又可分为火法冶金、湿法冶金等工艺。生物法实质是利用细菌浸取电子废物中的金属。其中物理法主要是辅助手段，是其他方法的预处理阶段。生物技术方法现在仍处于研究中，目前应用最多的就是化学法中的湿法冶金及化学法和物理法联合应用。 
1.1物理法 
物理方法是根据废电路板中各组分物理性能的不同而实现回收的一种手段。主要的物理回收方法如图1[2]。 


图1电子废弃物物理回收方法 
1.1.1破碎 
破碎的目的是使废电路板中的金属尽可能的单体解离，以便于提高分选效率。研究发现[3]，一般破碎到0.6mm时，金属基本上可以达到100％的解离，但破碎方式和级数的选择还要看后续工艺而定。瑞典的ScandinavianRecyclingAB（SR）开发了一种旋转式破碎机，在中间转筒周围安装一套能够自由旋转的压碎环，依靠压碎环与设备内壁之间的剪切作用破碎物料。日本NEC公司[4]分别采用剪切破碎机和特制的具有剪断和冲击作用的磨碎机，将废电路板磨碎成0.1~0.3mm左右的碎块回收；德国的DaimlerBenzUlm研究中心[5]采用旋转切刀将废电路板切成2cm×2cm的碎块，然后通入低温液氮送入锤磨机碾压成细小颗粒进行回收。 
1.1.2分选 
分选主要利用电子废弃物中材料的磁性、电性和密度等物理性质的差异实现不同组分的分离。密度分选、磁电分选是常用的2种分选技术。目前应用较广的有风力摇床技术、浮选分离技术、旋风分离技术、浮沉法分离及涡流分选技术等。德国KameRecyclingGmbh公司[3]通过破碎、重选、磁选、涡流分离的方法获得铁、铝、贵金属和有机物等组分。德国DaimlerBenzUlm研究中心[6]研制了一种分离金属和塑料的电分选机，在控制的条件下可以分离尺寸小于0.1mm的颗粒，甚至能够从粉尘中回收贵重金属。目前这种处理工艺已经实现机械化和自动化，其工艺过程见图2。 


图2废电路板处理工艺 
1.2化学法 
化学处理技术的基本原理是利用电子废弃物中各种成分的化学稳定性的不同进行不同的提取工艺。 
1.2.1火法冶金 
热处理法主要包括焚化法、真空裂解法、微波法等。通常的电子废弃物主体部分都是由热固性的环氧树脂玻璃纤维复合材料制成的，这种材料不但具有不溶和不熔的特点，而且含有高浓度的溴化阻燃剂、重金属等多种成分，给再生利用带来很大的困难。其主要的工艺流程如图3[7]


图3火法冶金工艺流程 
1.2.1.1焚化法 
焚化法是先将电子废弃物破碎至一定粒径，送入一次焚化炉中焚烧，将其中的有机成分分解，使气体与固体分离。焚烧后的残渣即为裸露的金属或其氧化物及玻璃纤维，经粉碎后可由物理和化学方法分别回收。含有机成分的气体则进入二次焚化炉燃烧处理后排放。 
1.2.1.2裂解法 
裂解在工业上也叫干馏。是将电子废弃物置于容器中在隔绝空气的条件下加热，控制温度（通常是300~900℃）和压力，使其中的有机物质被分解转化成油气，经冷凝收集后可回收。与电子废料的焚烧处理不同，真空热解过程是在无氧的条件下进行的，因此可以抑止二噁英、呋喃的产生，废气产生量少，对环境污染小[8]。彭科等[9]研究表明，废电路板的裂解可分为3个阶段：300℃以下质量基本没有发生变化；300~360℃时，某种单一成分开始分解，质量急剧减少；360~900℃时，多种成分发生一系列复杂反应，质量减少得比较缓慢。1.2.1.3微波处理技术 
微波加热与传统加热方法有显著差异，具有高效、快速、资源回收利用率高、能耗低等显著优点。微波回收法的过程是：先将电子废弃物破碎，然后用微波加热，使有机物受热分解。加热到1400℃左右使玻璃纤维和金属熔化形成玻璃化物质，这种物质冷却后，金、银和其他金属就以小珠的形式分离出来，回收利用，剩余的玻璃物质可回收用作建筑材料[10]。 
1.2.2湿法冶金 
湿法冶金是目前应用较广泛的处理电子废弃物的方法。湿法冶金技术基本原理主要是利用金属能够溶解在硝酸、硫酸和王水等其他酸液中的特点，将金属从电子废物中脱除并从液相中予以回收。湿法冶金与火法冶金相比具有废气排放少，提取金属后残留物易于处理，经济效益显著，工艺流程简单等优点。图4是一套应用较广泛的从电子废弃物中提取贵金属的工艺流程[11]。 


图4湿法冶金主要工艺流程 
1.2.2.1洗法 
该法主要用于回收电子废弃物中的贵金属、稀有金属和部分有色金属，常用的化学试剂有各种无机酸、碱、氧化剂以及某些有络合能力的有机试剂或几种试剂的混合溶液。洗法回收，是将含贵金属的电子废弃物用强酸或强氧化剂处理，先得到贵金属的剥离沉淀物和含铜以及其他价值比较低的金属废酸溶液；再对贵金属的剥离沉淀物进行处理（如用王水等），分别将其还原成金、银、钯等金属产品；含有高离子浓度铜离子的废酸溶液，可回收为硫酸铜或电解铜[12]。但此法通常会产生大量的有毒废水、废气或废渣，处理不当经常会导致二次污染。 
1.2.2.2溶蚀法 
溶蚀法常用于回收含贵金属的接点、合金底材。将电子废弃物置于溶蚀液中，在适当的氧化还原电位值控制下使底材溶蚀，而贵金属不溶，因此可以将其回收。工业上回收含有铜的电子废弃物时常用此法，并且在适当的电位控制下溶蚀液可经Cl2处理后循环使用。福州大学魏喆良等[13]根据此原理研制出废电路板的乙二胺络合浸镀银工艺。 
1.3生物技术 
利用细菌浸取金等贵金属是20世纪80年代开始研究的提取物料中低含量贵金属的新技术。该技术利用某些微生物在金矿物表面的吸附作用及微生物的氧化作用来解决难浸金矿石的选冶问题。微生物吸附金可以分为利用微生物的代谢产物来固定金离子和利用微生物直接固定金离子2种类型[14]。前者是利用细菌产生的硫化氢固定金，当菌体表面吸附了金离子达到饱和状态时，能形成絮凝体沉降下来；后者是利用三价铁离子的氧化性使金等贵金属合金中的其他金属氧化成可溶物而进人溶液，使贵金属裸露出来便于回收。生物技术提取金等贵金属具有工艺简单、费用低、操作方便的优点，但是浸取时间较长，浸取率较低，目前未真正投人使用。 
2几种方法的比较 
上述几种常规方法中，机械法虽然具有环境友好的突出优点，但由于采用机械法需要高质量的大型处理设备，因此投资很大，并且由于电子废弃物中成分复杂，全自动的拆解分离技术尚未形成，手工拆解费用太高，以至于在劳动力价格较高的发达国家，只能整体转移到欠发达国家处理。对于火法冶金，虽然也能得到较高的金属回收率（通常其回收率高达90%以上），但存在着焚烧电子废弃物如印刷线路板上的粘结剂和其他有机物等时会产生大量有害气体形成二次污染，而且大量浮渣的排放增加了二次固体废弃物；此外，处理耗能大，处理设备昂贵，经济效益不高。因此火法冶金的应用从效益与经济方面综合考虑不太适合。生物技术方法现在仍处于研究中，其浸取时间较长，浸取率较低。而对于湿法回收工艺，由于该技术具有废气排放少、处理后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程简单等突出优点，因此目前它比机械法和火法冶金技术应用前景要广泛些。且在20世纪80年代后，人们对环保的重视和从电子废物中回收有价资源的兴起，许多科研工作者开始从事这方面的研究[15]，使湿法冶金技术得到日趋完善。 
3结语 
随着社会的发展和科学技术的不断进步，人们对电子废弃物二次资源处理的要求也越来越高。但真正做到对电子废弃物中所有材料资源化，处理过程中无害化的工艺方法还没有出现。未来处理电子废弃物技术的发展趋势应该是：处理形式产业化，资源回收最大化，处理技术科学化。针对电子废弃物来源广、成分范围波动大、多金属共存甚至多种金属和多种非金属材料（如多种有机高分子材料）共存的特点，必须研究涉及其分离、提纯与资源再循环再利用过程的化学理论问题，包括宏量金属的物理分离和化学分离，微量贵重金属的高效富集和提取，体系多组分性能差异及其选择性调控原理，为电子废弃物二次资源的高效循环利用和无害化回收提供理论指导和技术支持。 
4参考文献 
略