□文/周益輝 曾毅夫 葉明強

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電子廢棄物的特點及機械處理技術(shù)

□文/周益輝 曾毅夫 葉明強

湖南凱天環(huán)保科技股份有限公司

The Characteristics and Mechanical Treatment Technologies of Electronic Waste

隨著信息科學技術(shù)的快速發(fā)展，層出不窮的技術(shù)創(chuàng)新與持續(xù)的市場膨脹需求使電子電器產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度大大加快，從而產(chǎn)生了大量的電子廢棄物。20世紀80年代中后期以來，大量家電進入我國家庭，按照10～15年的使用年限計算，從2003年開始電子廢棄物已到了淘汰報廢的高峰期。據(jù)有關(guān)資料顯示，2004年我國電冰箱社會保有量就達到約為1.3億臺，洗衣機約1.7億臺，電視機約3.5億臺。此外，近年來我國手機、電腦等新型電子消費品需求激增，而電腦和手機的更新?lián)Q代的速度遠遠超過家電產(chǎn)品，促進了電子廢棄物的急速增長。

電子廢棄物含有大量的重金屬、制冷劑、溴化阻燃劑等有毒有害成分，因而能夠?qū)Νh(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重危害；隨著技術(shù)水平的提高和世界性資源危機的出現(xiàn)，電子廢棄物作為一種不斷增長的潛在性資源也逐漸得到人們的認可。因此，電子廢棄物的無害化和資源化處理成為資源環(huán)境領(lǐng)域一項重要內(nèi)容。目前電子廢棄物最常用的處理技術(shù)為火法冶煉、濕法和機械法。機械處理技術(shù)包括拆解分離、破碎分選等方法，不需要考慮產(chǎn)品干燥和污泥處置等問題，不會造成二次污染，符合當前的市場要求。本文著重分析電子廢棄物的主要特點，并介紹電子廢棄物的拆解分離和破碎分選等機械處理技術(shù)。

一、電子廢棄物的特點

1. 潛在危害大

電子廢棄物的成分復(fù)雜，其中半數(shù)以上的材料對人體有害，有一些甚至是劇毒的，如表1所示。

電子廢棄物中的有毒有害物質(zhì)滲入土壤、進入河流和地下水，將會造成當?shù)赝寥篮偷叵滤奈廴?，直接或間接地對當?shù)氐木用窦捌渌纳镌斐蓳p害。有機物經(jīng)過焚燒，會釋放出大量的有害氣體，如劇毒的二惡英、呋喃、多氯聯(lián)苯類等致癌物質(zhì)，對自然環(huán)境和人體造成危害；無機汞在微生物的作用下會轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆?，進入人的大腦后破壞神經(jīng)系統(tǒng)，重者會導致人死亡；鉛會破壞人的神經(jīng)、血液系統(tǒng)以及腎臟，影響幼兒大腦的發(fā)育；鉻化物會破壞人體的DNA，引致哮喘等疾病。冰箱、空調(diào)和制冷設(shè)備中的氟利昂排放到大氣中后將會破壞臭氧層，1個氟利昂分子會破壞105個臭氧分子，將引起溫室效應(yīng)，增加人類皮膚癌的發(fā)生幾率。溴系阻燃劑和含氯塑料低水平的填埋或不適當?shù)娜紵驮偕鷮欧庞卸居泻ξ镔|(zhì)，壓縮機中的潤滑油經(jīng)過使用后，其品質(zhì)將發(fā)生不同程度的變化，未經(jīng)處理也會造成環(huán)境污染。

2. 再生價值高

電子電器產(chǎn)品中含有豐富的金屬、塑料、玻璃等可以回收利用的物質(zhì)。計算機經(jīng)過無損拆解下來的各種電子元器件，有的還可以繼續(xù)使用。電子廢棄物中含有金、銀、鈀、鉑等貴重金屬和大量的基本金屬。例如，每噸電子板卡中含有大約272kg塑料、130kg銅、0.45kg黃金、41kg鐵、30kg鉛、20kg錫、18kg鎳、10kg銻。表2是日本1996年四種典型家電產(chǎn)品的材料含量。

可以看出，廢舊家電產(chǎn)品中含有大量的金屬、塑料及其他產(chǎn)品，具有巨大的回收價值。有研究估計，根據(jù)金屬含量的不同，每噸電子廢棄物價值達幾千美元，若再考慮到電子廢棄物中有的具有較高價值且仍可繼續(xù)使用的部分部件，電子廢棄物具有很高的潛在價值，蘊藏著巨大的商機，回收利用的前景十分廣闊。

表1 電子廢棄物中的有毒有害物質(zhì)

二、電子廢棄物的機械處理技術(shù)

雖然電子廢棄物潛在價值非常高，但由于含有大量有毒、有害物質(zhì)，要想實現(xiàn)電子廢棄物的無害化和資源化，需要先進的技術(shù)和設(shè)備。機械處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電子廢棄物各組分的分離回收，一般包括拆解分離和破碎分選。值得一提的是，機械處理技術(shù)還只是電子廢棄物組分的分類富集，它的資源化還應(yīng)包括分選產(chǎn)品的深加工，真正實現(xiàn)電子廢棄物的循環(huán)利用。

1. 拆解分離

由于電子廢棄物在拆解過程中會有環(huán)境風險，若采取不適宜的拆解方法，有毒有害物質(zhì)就會釋放出來污染環(huán)境，對人類健康也會帶來危害。因此，采用科學的拆解方法和拆解工藝是非常必要的。

廢舊電子電器主要由家用電器、辦公電器、工業(yè)電子廢棄物和手機等組成，其中，電視機、洗衣機、冰箱、空調(diào)和電腦的數(shù)量較多，是回收處理的主要對象。考慮到物質(zhì)回收的因素，可以將這些電子電器產(chǎn)品分為電路板、金屬件、塑料、玻璃和其他需要特殊處理的物質(zhì)，如表3所示。因此在拆解過程中就應(yīng)該遵循這些原則，將廢舊電子產(chǎn)品拆解成可以進行各個物質(zhì)回收的狀態(tài)。拆解過程中，還要講一個原則，就是能提前拆分的物質(zhì)盡可能提前拆分，這是因為：從混合物料中分離純物質(zhì)的成本隨著混合物料的種類增加而增加。

手工拆解是最為靈活有效的拆解辦法，借助輔助工具對廢舊電子電器產(chǎn)品進行拆解可確保材料組成在拆解供需得到盡可能的分離，進而可以簡化后續(xù)有關(guān)的材料分離富集處理過程，提高分離效率。對拆解件進行分揀分類，使有價元器件直接回用，并將有毒有害部件進行專門處理，其余部分分類收集并送相關(guān)工序作回收處理。

電子廢棄物產(chǎn)品種類多，資源再生過程有相同點，也有不同點。根據(jù)電子電器設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點和材料組成，在對其進行拆解時結(jié)合其組分特點給予相應(yīng)的特殊處理。

根據(jù)電子廢棄物的特點，現(xiàn)在對電子廢棄物中常見廢舊電子產(chǎn)品的拆解分離進行舉例分析。針對空調(diào)、冰箱、冰柜等含有毒有害的氟利昂制冷劑的廢舊家電產(chǎn)品和洗衣機，建議拆解流程如圖1所示。廢舊制冷家電首先需要吸取制冷劑，然后再進行拆解分離處理；洗衣機的拆解相對比較簡單，沒有特殊物質(zhì)需要處理，其處理過程屬于一般機電設(shè)備的拆解。

對于含硒鼓和墨盒設(shè)備，包括打印機、復(fù)印機、傳真機等，因墨盒、硒鼓具有危害性，在處理過程中應(yīng)予以足夠重視，建議拆解流程如圖2所示。

電腦顯示器分為顯像管與液晶顯示器兩大類，其材料特性不同，對應(yīng)的拆解工藝也有所不同。對于顯像管類顯示器和電視機，要分離出CRT再進行分類處理；對于液晶顯示器，其中用于密封連接的液晶物質(zhì)被認為是可致癌或促進致癌的物質(zhì)，無害化處理很重要。

表2 四種典型家電的材料構(gòu)成比 單位：wt%

表3 廢舊電子產(chǎn)品的分類

圖1 冰箱、空調(diào)等電器的拆解工藝流程

圖2 打印機、復(fù)印機等的拆解工藝流程

一般來說，電子廢棄物經(jīng)過人工拆解后，基本上可以得到5大類材料組分。根據(jù)各自特點采用不同技術(shù)進行相應(yīng)的處理，如表4所示，其中電路板、顯示器等的回收處理是廢棄電子產(chǎn)品資源化的技術(shù)關(guān)鍵。

2. 破碎分選

對于電子廢棄物的金屬與塑料的連接體來說，如果不能在拆解分離工序中分離或者分離效率不高，那么物理破碎和分選是實現(xiàn)其資源化的理想出路。對于機械破碎分選技術(shù)來講,各種材料盡可能充分地單體解離是高效率分選的前提。破碎程度的選擇不僅影響到破碎設(shè)備的能源消耗，還將影響到后續(xù)的分選效率，因此，破碎是關(guān)鍵的一步。

電子廢棄物的破碎路線與設(shè)備可根據(jù)電子廢棄物本身的特點決定，比如，對于熱塑性外殼來說，普通的沖擊式破碎機即可將其中的塑料和金屬解離；而對于廢棄電路板來說，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和組成，熱固性樹脂材料韌性大、不易解離，需要采取特殊的破碎工藝。

破碎的目的主要是為了金屬與非金屬的解離，以便提高物料的分選效率，同時也是便于分離物料的打包、運輸。對一般的廢舊電器來說，塑料外殼和一些部件很容易實現(xiàn)解離，但是對于少數(shù)部件來說，尤其對廢棄電路板來說，破碎顆粒的粒徑是非常關(guān)鍵的，下面著重介紹廢棄電路板的破碎分選。

廢棄電路板的形狀為扁平形，是由玻璃纖維、樹脂和金屬等多種成分組成。由于金屬具有較高強度，玻璃纖維具有脆性，樹脂具有韌性，三者層壓粘結(jié)，破碎解離的難度相對較大。有關(guān)廢棄電路板剪切破碎試驗結(jié)果顯示廢棄電路板具有較強的抗剪切性能，因此要想將廢棄電路板充分破碎，達到理想的破碎效果，需要采用剪切和沖擊聯(lián)合的破碎方式，即“粗碎+細碎”模式。

現(xiàn)在，國內(nèi)外普遍采用機械破碎分選法分離廢棄印刷電路板中的金屬與非金屬。機械破碎分選技術(shù)是將廢棄印刷電路板破碎成細小顆粒，然后根據(jù)其材料物理性質(zhì)的差異對不同成分進行分離，主要包括破碎、分選等處理工藝。破碎的目的是使廢棄印刷線路板中的金屬盡可能地單體解離，以便于提高分選效率。破碎的方法很多，主要有沖擊破碎、剪切破碎、擠壓破碎、摩擦破碎，此外還有低溫破碎和濕式破碎等。常用的破碎設(shè)備主要有錘碎機、錘磨機、切碎機和旋轉(zhuǎn)破碎機等。分選是依據(jù)廢棄印刷線路板中材料的磁性、電性和密度等物理性質(zhì)的差異實現(xiàn)不同組分的分離。

德國Kamet Recycling GmbH公司采用的處理工藝是通過破碎、重選、磁選、渦流分離的方法獲得鐵、鋁、貴金屬和有機物等幾個組分。日本NEC公司采用兩段式破碎法分離回收電路板，分別使用剪切破碎機和特制的具有剪斷和沖擊作用磨碎機，將廢板粉碎成小于1mm的粉末。再經(jīng)過兩級分選可以得到銅含量約82%(重量)的銅粉，其中超過94%的銅得到了回收。

瑞典的Zhang S等人用實驗室離心破碎機將廢棄PCB破碎，使樣品均質(zhì)化，破碎后樣品可通過渦流分離器前部的8個收集容器得出物質(zhì)分布。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2mm以下的顆粒中金屬幾乎全部釋放分離；鐵磁體除16mm以上與塑料插緊的部分外，其它顆粒的分離度也很高；7mm以上的鋁也有較好的分離。

李佳等對廢棄印刷電路板的機械回收處理進行了研究?；厥展に囍饕ǎ簝杉壠扑?、靜電分選、金屬回收和非金屬材料的再利用。首先采用剪切式旋轉(zhuǎn)破碎機和沖擊式旋轉(zhuǎn)磨碎機相結(jié)合進行一級破碎和二級破碎，達到金屬和非金屬充分解離的程度，然后對已破碎的廢棄電路板進行金屬顆粒與非金屬顆粒的靜電分選。

現(xiàn)有的機械破碎分選法著重回收廢棄電路板金屬，沒有全面考慮其中的有機樹脂、玻璃纖維等材料的無害化資源化處理。此外，由于廢棄印刷電路板韌性強、硬度高，細碎過程能量消耗很大，而且過粉碎很嚴重。破碎時部分機械能轉(zhuǎn)化為熱能，導致有機樹脂燃燒產(chǎn)生有毒有害氣體。而且過粉碎減小了玻璃纖維的粒度，加上某些金屬與非金屬包裹粘連，限制了非金屬的利用。細粉碎已成為廢棄印刷電路板資源化的瓶頸。德國Daimler-Benz Ulm Research Centre提出的液氮冷凍破碎雖然解決了這一問題，但冷凍使流程變得復(fù)雜，大大增加了投資與運行的成本。

電子廢棄物是一種潛在危害大的污染物，同時也是寶貴的二次資源。應(yīng)當采用高效的方法實現(xiàn)電子廢棄物的回收利用，同時也應(yīng)注重避免造成二次污染。機械處理技術(shù)能實現(xiàn)電子廢棄物資源的清潔無害化分離回收，是當今也應(yīng)是將來最有潛力的方法之一。當前我國的電子廢棄物回收處理技術(shù)還處在起步階段，需要政策扶持，更需要有適合我國國情的技術(shù)的開發(fā)和推廣。

表4 廢舊電子產(chǎn)品拆解組分及處理方法

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