机械处理技术回收废弃电路板中金属富集体的研究

摘要：介绍了一种废弃电路板资源化回收的新工艺，采用粗碎、湿法冲击式破碎实现废弃电路板有效解离，避免了破碎过程中粉尘和气味造成的二次污染；应用自主研发的液固两相流变径分选床实现了-0.5mm粒级物料中有价组分的回收利用，解决了细粒级物料有效分选的难题，金属富集体的品位和回收率均达到了90％以上。工艺以水为介质并可以循环利用，工艺洁净、环保、无污染，为废弃电路板的环境污染防治以及资源有效回收提供了一种新方法。
关键词：废弃电路板；机械回收；破碎；分选
1.绪言
随着经济的发展，人口的增长，固体废物的排出量也不断地增大。在大量的生活垃圾中，废旧电脑及电器的比例越来越大。因为随着电子技术的发展，电子行业出现了前所未有的进步，电子产品的性能不断提高，其更新换代的速度也越来越快。由此而产生的电子废弃物每年以18％的速度增长，成为世界上增长最快的垃圾[1]。大量的电子废弃物给环境带来潜在的危害，又造成资源的巨大浪费。因此，实现电子废弃物的资源化既能解决环保问题，又能实现有价组分的再生利用，具有重要的理论意义和应用价值，是资源回收利用和环境污染防治领域中的国际前沿课题。
电子废弃物资源化研究的内容很广泛，其中废弃电路板的资源化研究是重点和难点[2-5]。
废弃电路板潜在价值很高，包含了有色金属和希贵金属近20种，所含金属品位相当于普通矿物中金属品位的几十倍至上百倍[6]。与此同时，电路板中含有的重金属（铅、汞、六价铬、镉等）和含溴阻燃剂对土壤、环境、生物造成的潜在危害也不可低估，受暴力驱使，采用简单酸溶、冲天炉焚烧等方式从废弃电路板中提取金属造成生态破坏的事件在沿海城市时有发生[7]。因此，采用高效洁净方式，实现废弃电路板的资源化迫在眉睫。
废弃电路板的资源化研究始于上世纪60年代末，当时美国矿业局尝试从废弃军事设备（包含废弃电路板）中提取贵重金属[8]，至今已有40多年的历史。现在主要的回收技术有化学方法（湿法浸出、火法冶炼）和物理方法（机械分选）等[9,10]。物理方法采用拆解、粉碎、分选等处理过程实现废弃电路板资源化，具有环境友好、运行成本低和资源综合回收等优点，其金属产品可通过精炼加工进一步富集。随着废弃电路板中贵金属使用的逐渐减少和社会对环境保护的重视，废弃电路板的资源化逐渐向铁磁性物质、有色金属、贵金属和稀有金属及有机物质等材料的回收转变。物理回收方法在废弃电路板资源化研究中逐渐占据主导地位。
破碎解离是废弃电路板机械处理技术中的关键环节，因为它直接决定着后续分离作业的效率、金属的回收率和品位。破碎产物中细粒级物料的分选是废弃电路板资源化研究的难点。因此，本研究采用湿法冲击式破碎实现废弃电路板的高效解离，借助一种新型分选装置、以水为介质从废弃线路板中回收金属富集体，整个工艺除具有一般物理方法的优点外，还实现了水的循环利用、达到了零排放无污染的环保目的。
2.废弃电路板的破碎研究
采用机械处理方法处理废弃电路板，首先要实现废弃电路板中金属和非金属的充分解离，而解离的效果取决于破碎设备的选择。研究者采用剪切粗碎、湿法冲击式细碎，实现了废弃电路板的选择性破碎，90％以上的金属主要分布在0.074～2mm，为后续分选环节创造了良好的条件。
2.1废弃电路板粗碎研究
本研究对象为电脑中的废弃主板，其基板为FR—4型环氧玻纤布覆铜板，基板主要是由环氧树脂、玻璃纤维和高纯度铜箔构成的复合材料[11]。电脑主板上安装了大量的插槽，主要包括ISA、PCI、AGP、SDRAM、DDR等类型，主要是由塑料和长条形铜线、铝线构成。集成电路的成分比较复杂，基础材料为硅单晶或砷化镓；封装材料通常有塑封材料、陶瓷封装材料和金属封装材料，成分主要有树脂、二氧化硅、铅玻璃、金属及相应的固化剂、促进剂、阻燃剂等；引线材料通常包括内引线材料和外引线材料，它们主要由一些金属或其合金构成[12]。在破碎之前，需对印刷电路板进行必要的拆解处理。如拆除电路板上具有一定价值且仍可继续使用的元器件或附属设备，用于旧设备的修理、新设备的生产等，如风扇、集成电路；拆除电路板上含有有毒有害物质的元器件，如含铅电池、含汞开关、含聚氯联苯电容等，防止在机械破碎过程中造成的二次污染。拆除印刷线路板上部分纯度高、粒度大的金属，如串口、并口以及各种接口，将此类元器件拆除可以避免不必要的粉碎，节省能耗，为后续破碎创造条件。
电路板的基板为片状物料，具有一定的强度和韧性，因此在破碎过程中采用特殊设计的双齿辊破碎机，利用交错排列差速转动齿辊可以实现废弃电路板的高效粗碎，粗碎物料的宽度大约等于齿辊的宽度。改变齿辊的宽度和间距，可调节破碎物料的尺寸。试验中对废旧主板及废旧线路板进行了剪切破碎试验，从试验结果可以看出，该破碎机对废旧线路板的破碎效果较好，经过一次破碎后，其宽度为20mm，经过二次破碎后，可将废弃电路板破碎成20×20mm以下的小块。对废旧主板来讲，由于上面有插槽，入料时有一定的困难，同时受力不均匀，出料不规则。在入料为一块的情况下，端口比较整齐，基本上没有粉末与气味；当入料块数增加时，不但有气味，同时还会造成出料不规则。另外当频率为50Hz时破碎物料有扭断和卡堵现象。所以要想保证破碎产品的质量，频率选择不宜过大，即破碎速度不宜太快。