废弃线路板的破碎解离和气流分选研究

摘要：破碎和材料富集分离是废弃线路板资源化的关键技术。采用冲击破碎和气流分选技术对废线路板的机械分离过程进行了研究。结果表明使用锤式粉碎机破碎，线路板中主要金属在0.8mm以下基本解离，79.65%的金属集中分布在0.125～1.0mm粒级。气流分选得到品位较高的金属富集体，粒级0.125～1.0mm中的总金属回收率超过90%。
关键词：废弃线路板；破碎；解离；气流分选
科技进步和经济发展加速电子产品的更新换代，产生了大量的废弃电气与电子设备(Waste Electric and Electronic Equipment，简称WEEE)。作为电子产品不可缺少的重要组成元件，印刷线路板(printed circuit boards，简称PCB)的使用量和废弃量与日俱增。
废弃线路板是一类富含金属且组成和结构相当复杂的典型电子废弃物，数量多，潜在回收价值高，环境危害大，其资源化技术已成为当前WEEE处理研究的重点和难点。
目前废线路板回收技术主要分为火法冶金、湿法冶金和机械回收[1-2]。传统的火、湿法冶金以金属和贵金属回收为主，忽视其他材料的回收，容易造成严重二次污染，越来越难适应当今社会资源回收和环境保护的要求。机械法通过拆解、破碎、利用组成材料密度、形状、导电、磁性等性质差异进行分选富集回收，环境污染小、资源综合利用率高，在WEEE资源化研究中逐渐占据主导地位[3-7]。本文采用冲击破碎和气流分选技术对废PCB的机械物理分离过程进行了研究，着重考查PCB在锤式破碎机作用下的破碎解离性能和气流分选富集金属效果，为工业化设计和生产提供参考数据。
1实验部分
1.1实验样品
实验样品为废弃台式电脑主板，属于FR-4型环氧玻纤布覆铜板，主要由环氧树脂、玻璃纤维和高纯度铜箔压制而成。
1.2实验过程
手工拆除主板上的电池、电阻、电容等元件，将基板剪成2cm×2cm的小块，放入锤式破碎机中破碎，排料口筛网孔径大小为2mm。破碎物料用标准筛筛分，在显微镜下观察并计算各粒级物料的金属解离度，称重并分析主要金属成分。

图1气流分选装置
气流分选装置如图1所示。称取一定质量的筛分物料加入装置中，由风机产生的气流经分布板流经床层使物料松动，沉降速度小于操作气速的颗粒被上升气流带出装置，由旋风分离器和袋滤器收集成为轻组分；大部分金属颗粒落入装置底部，成为重组分产品回收。采用微波消解联合ICP-AES(电感耦合等离子体-原子发射光谱)测定轻、重产物中主要金属含量。
1.3评价指标
引入解离度(Liberation Degree，简写LD)来描述破碎产物中金属的解离程度[5]，定义为：
LD=Nf/(Nl+Nf)×100%      (1)
式(1)中Nf为破碎物料中金属单体颗粒数量；Nl为破碎物料中与其它组分连生在一起未被解离的金属数量。
选取金属富集体的品位、产率和回收率作为气流分选效果的评价指标。
2试验结果与分析
2.1废PCB的破碎解离性能
材料的破碎和解离程度不仅影响设备的能耗，还将影响后续的分选效率，因此破碎是机械法处理废PCB的一个重要环节。PCB板是由一种热固性片状复合材料，具有较高硬度、较大韧性和良好的抗弯性，常规的选矿破碎机不大适合PCB破碎。PCB中金属、非金属材料间主要通过胶接、焊接、包封等方式连接[6]，选择带有剪切作用和冲击作用的破碎设备，能达到较好的破碎效果。本研究选用锤式破碎机，利用高速回转锤子的冲击、挤压等作用将小块PCB破碎，直至颗粒粒度小于筛网孔径从排料口出来。
表1列出了PCB破碎产物经筛分后，不同粒级的金属解离度和部分金属含量。物料和金属在各粒级分布情况如图2所示。
表1废PCB破碎产物筛分分析


图2破碎产品中物料和金属分布
由表1、图2可见，破碎物料中粒径<0.074mm的物料约占总量的6.98%，85.74%的物料集中分布在0.074～1.0mm粒级范围，79.65%的金属分布在0.125～1.0mm的粒级中，物料的过粉碎现象较轻，基本达到粉碎要求。
金属的充分解离是高效分选的前提条件。实验结果表明金属的解离度随粒度减小而增大，直至完全解离。插槽中的插脚金属一般在1.0～2.0mm粒级完成解离，部分金属在锤头作用下黏结成团。在此粒级物料中能观察到为数不少的表面覆盖铜箔和铜线的基板碎片。这是因为铜箔和基板各层间主要通过胶粘剂连接，相比于插槽和引脚等和基板的结合强度而言，较不易解离。随着粉碎程度深入，物料中由基板解离出来的金属逐渐增多，到0.8mm以下金属解离程度良好。0.5～0.8mm粒级中金属以缠绕球状、短棒状居多，0.5mm以下的物料中金属离解比较充分，金属多为颗粒状和屑状。破碎物料中的玻璃纤维和树脂在较粗粒级时多为片状和扁平状，细粒级时多呈絮状和针状。