羅少剛，王靜榮，李志杰，徐海萍，史國(guó)銀

（上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院，上海201209）

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電子廢棄物中材料組成及塑料回收處理技術(shù)現(xiàn)狀

羅少剛，王靜榮，李志杰，徐海萍，史國(guó)銀

（上海第二工業(yè)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院，上海201209）

摘要：隨著大量電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用，電子廢棄物的產(chǎn)量也迅速增加。在這些電子廢棄物中，塑料占有很大比重，而且其回收具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。為了促進(jìn)塑料更好地回收，介紹了常用電子廢棄物中的材料組成，常用塑料的種類及其所占比重，以及電子產(chǎn)品中塑料處理現(xiàn)狀及常用處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電子廢棄物；塑料；回收利用

隨著電子信息技術(shù)的飛快發(fā)展及人們對(duì)電子產(chǎn)品的大量需求，電子產(chǎn)品的產(chǎn)量逐年增大，種類也越來(lái)越多，同時(shí)電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也逐漸加快，電子產(chǎn)品的使用周期減短，從而產(chǎn)生越來(lái)越多的電子廢棄物。在2014電器電子產(chǎn)品回收處理技術(shù)及生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度國(guó)際會(huì)議上，商務(wù)部報(bào)告稱，2013年全國(guó)回收拆解廢棄電器電子產(chǎn)品總量超過(guò)1.1億臺(tái)，同比增長(zhǎng)38.3%。自2010年以來(lái)，中國(guó)每年僅電冰箱、電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)、電腦等主要的五類電子產(chǎn)品的理論廢棄量約為8 000萬(wàn)～1億臺(tái)，實(shí)際廢棄量約為6 000萬(wàn)臺(tái)。另外，聯(lián)合國(guó)環(huán)境總署（UNEP）的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，2020年中國(guó)市場(chǎng)上計(jì)算機(jī)電子垃圾將比2007年增長(zhǎng)4倍，手機(jī)電子垃圾將增長(zhǎng)6倍［1］。截至2011年，全球每年會(huì)產(chǎn)生4 300萬(wàn)t電子廢棄物，預(yù)計(jì)到2016年，全球的電子垃圾將會(huì)高達(dá)9 350萬(wàn)t，與2011年相比，電子廢棄物垃圾總量翻倍增長(zhǎng)，成倍增長(zhǎng)的電子垃圾將使得城市環(huán)境承載能力得到嚴(yán)峻考驗(yàn)，因此，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，電子廢棄物的回收處理將會(huì)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

在對(duì)電子廢棄物的回收及利用中，重金屬的回收利用技術(shù)已趨于成熟，但對(duì)于塑料的回收研究相對(duì)較少。如今，塑料在電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，所占比重也在逐漸增大。丹麥一學(xué)者曾在收集的1 t電子卡板中，分離出塑料272 kg，銅130 kg，鐵41 kg，鉛29 kg，銻20 kg，鎳18 kg，錫10 kg及黃金0.45 kg［2］。因此，對(duì)廢棄電子產(chǎn)品中塑料的回收及利用研究已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家普遍關(guān)注的問(wèn)題。文中主要介紹了電子廢棄物中材料組成以及電子廢棄物中塑料的回收利用技術(shù)現(xiàn)狀。

1 電子廢棄物的材料組成

廢棄電子產(chǎn)品中的材料主要有塑料、金屬與玻璃，其比重分別占33%，49%，12%，這些占據(jù)電子廢棄物總量的90%以上。當(dāng)然，當(dāng)收集到廢舊電腦和電視的比例不同時(shí)，各種物質(zhì)的比例也就會(huì)有所變化。例如，廢棄電腦中，塑料、金屬、玻璃分別占總量的23%，48%，25%，廢棄電視中，玻璃、塑料、金屬分別占總量的48%，25%，32%。圖1為電子垃圾中各種材料的分布。表1為常用家用電器的材料組成及所占百分比［3］。

另外，葡萄牙學(xué)者Graca Martinho等人對(duì)電子廢棄物中塑料所占比重及其所占成分進(jìn)行了研究。經(jīng)過(guò)對(duì)3 400個(gè)樣品分析，塑料質(zhì)量及其比重如表2所示。樣品包括冷卻設(shè)備、小型電子設(shè)備、打印機(jī)、復(fù)印設(shè)備、中央處理器、CRT顯示器和CRT電視，從表2可以看出，除中央處理器外，塑料在其他電子廢棄物中都占有較大的比重。表3為各電子廢棄物中塑料的主要成分及所占比重［4］。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，樣品塑料中最常見(jiàn)的聚合物是聚苯乙烯（PS）、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯共聚物（PC/ABS）、高沖擊聚苯乙烯（HIPS）和聚丙烯（PP）。

圖1 電子垃圾中各種材料的分布

表1 4種主要家用電器成分及所占比重 %

表2 電子廢棄物中塑料質(zhì)量及其所占比重

表3 各電子廢棄物中塑料主要成分及其所占比重

其中PP，PS，ABS等較為常見(jiàn)。但由于材料的性能差異，在不同家電中塑料比重差異也較大，例如，含有烯烴類物質(zhì)的耐沖擊性聚苯乙烯（HIPS）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）能提供良好的抗沖擊保護(hù)，這些樹(shù)脂通常用于顯示器和電視機(jī)顯像管的保護(hù)，而聚乙烯和聚氯乙烯是優(yōu)良電絕緣體。

2 電子廢棄物塑料回收處理技術(shù)

2.1 電子廢棄物塑料回收前處理

家電塑料的再生利用技術(shù)與一般塑料再生利用技術(shù)本質(zhì)上沒(méi)有區(qū)別［5］，家電塑料回收的主要特點(diǎn)在于回收時(shí)需要進(jìn)行拆卸、清洗、分類等前處理。

拆卸的主要目的是將材料大體分類，同時(shí)去除其中的危險(xiǎn)廢棄物，電子廢棄物拆解后按類進(jìn)行分離。從圖1中可以看出，塑料和金屬是廢舊家用電器中最多的兩類材料，因此它們之間的有效分離分選是電子廢棄物資源化處理的關(guān)鍵步驟。塑料與金屬的分離主要是利用材料性能之間的差異而實(shí)現(xiàn)的。雖然塑料的種類繁多，但其物理化學(xué)性能相近，如密度較小、大多不導(dǎo)電等。利用這些差異，可采用渦流分選和電暈靜電分選的方法實(shí)現(xiàn)二者的高效分離，表4是兩種方法的對(duì)照［6］。

表4 渦流分選與電暈靜電分選對(duì)照表

由于廢舊塑料殼上面會(huì)殘留一些油類等污垢，因此破碎后進(jìn)行清洗。國(guó)內(nèi)企業(yè)大多利用燒堿對(duì)粉碎塑料進(jìn)行清洗，但清洗后堿水的排放將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

當(dāng)金屬與塑料分開(kāi)后，主要對(duì)塑料進(jìn)行種類間的分離。不同塑料的分離方法可分為兩種：一是將含有塑料材質(zhì)的產(chǎn)品進(jìn)行拆卸或分解，通過(guò)人工分選，投入破碎機(jī)進(jìn)行破碎；二是對(duì)材料進(jìn)行粉碎后，利用密度或磁性上的不同對(duì)其進(jìn)行分離。主要分離技術(shù)如表5所示［7］。

2.2 電子廢棄物塑料回收處理技術(shù)

分離塑料后，再按照常規(guī)處理廢塑料的技術(shù)方法進(jìn)行回收處理。常見(jiàn)處理方法主要有填埋、焚燒、物理回收和化學(xué)分解回收。

表5 主要塑料分離技術(shù)

2.2.1 填埋

2011年我國(guó)固體塑料廢棄物的幾種處理方式中，填埋處理占處置總量的90%以上［8］。塑料填埋占地面積大，且很難降解，而塑料可回收利用效率高。雖然填埋工藝技術(shù)操作簡(jiǎn)單易行，但不能充分利用可再生資源實(shí)現(xiàn)其最大使用價(jià)值，因此歐盟計(jì)劃在2020年前，廢物填埋處理基本廢除，盡可能再利用和循環(huán)，同時(shí)在回收廢物的范圍內(nèi)進(jìn)行能源回收。電子產(chǎn)品中塑料主要為ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）和PS（聚苯乙烯）。M Berruezo等人發(fā)現(xiàn)，PS塑料中添加TPS（熱塑性淀粉）后，淀粉容易降解使混合物形成多孔結(jié)構(gòu)，降低了PS的機(jī)械性能，高分子分解為碳鏈較低的物質(zhì)，可被微生物直接吸收利用［9］。

2.2.2 焚燒

焚燒法主要是將不能再次利用的混雜塑料投到焚燒爐中焚化，由于塑料具有較高的熱值，其焚燒后產(chǎn)生的大量熱量可再次充分利用，但焚燒的過(guò)程中也伴隨著大量有害氣體的產(chǎn)生，對(duì)人類和環(huán)境造成危害。由于可回收熱能，且工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，被各地區(qū)普遍采用。

廢塑料發(fā)熱量的一般范圍為33 472～37 656 kJ/kg，電子產(chǎn)品中塑料所占比例大約為30%，對(duì)其充分回收利用會(huì)將會(huì)產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)外，許多以廢舊塑料為原料開(kāi)發(fā)應(yīng)用技術(shù)已進(jìn)行部分實(shí)施，如以廢舊塑料為原料的水泥回轉(zhuǎn)窯和高爐噴吹，以及將廢舊塑料制成固形燃料來(lái)發(fā)電和制水泥等，最終達(dá)到了較好的效果［10］。在美國(guó)、日本都建有以廢棄物為燃料進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電廠，日處理廢棄物上千噸到幾萬(wàn)噸，節(jié)省了原料及填埋所需土地，并較大限度地回用了能源［11］。2010年6月19日，來(lái)自美國(guó)波士頓東北大學(xué)的研究人員表示，他們研究開(kāi)發(fā)了一種廢棄物燃燒器，該燃燒器可將非生物降解塑料破解后形成燃料的替代品。該系統(tǒng)雙罐式燃燒器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于可持續(xù)性。首先在上一個(gè)罐中塑料廢棄物經(jīng)過(guò)熱解被處理后轉(zhuǎn)化成氣體。然后氣體進(jìn)入下一個(gè)罐中，由于罐中有氧化劑，氣體將會(huì)燃燒產(chǎn)生熱能和蒸汽，熱能可使燃燒器持續(xù)高溫，而蒸汽則可用來(lái)產(chǎn)生電力。此設(shè)備將廢塑料的能源價(jià)值進(jìn)行了最充分的回收利用。由于塑料回收料中，成分復(fù)雜，燃燒過(guò)程中，含氯氣體會(huì)對(duì)鍋爐產(chǎn)生腐蝕作用，還有二惡英氣體的產(chǎn)生，污染大氣。

2.2.3 物理回收

物理回收有簡(jiǎn)單機(jī)械回收和改性再生回收兩種方法。簡(jiǎn)單機(jī)械回收為不經(jīng)過(guò)改性直接將清洗分選好的廢塑料熔融后造粒，直接進(jìn)行成型加工的工藝方法。該方法回收工藝簡(jiǎn)單，投資成本低，所以該工藝應(yīng)用相對(duì)廣泛。但是由于塑料的多次重復(fù)利用，其力學(xué)性能方面勢(shì)必有所下降，因此不適合用于高檔次的塑料制品的制備，使其應(yīng)用范圍受到了限制。

機(jī)械性回收的主要特點(diǎn)是不會(huì)改變廢塑料的性質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)材料再利用的最好途徑，它不僅能耗最低，而且產(chǎn)生的污染物質(zhì)量最小，保護(hù)環(huán)境。RoHS指令出現(xiàn)之前，在大型家電如電視機(jī)、電冰箱、計(jì)算機(jī)、空調(diào)中的塑料很多含有溴系阻燃劑，焚燒熱解處理將會(huì)產(chǎn)生一定的二惡英和呋喃，危害人類健康，污染環(huán)境，因此阻燃塑料適用于機(jī)械回收。但機(jī)械回收工序較多（見(jiàn)圖2），而且廢塑料成分的不確定性、分類的復(fù)雜性及雜質(zhì)消除的復(fù)雜性等原因，難以滿足再生品的質(zhì)量要求，得到的回收料性能下降。只能用作次一級(jí)的原料，因此目前采用簡(jiǎn)單機(jī)械回收的比例并不高［12］。

圖2 機(jī)械回收工藝路線

為了讓再生塑料應(yīng)用到高品質(zhì)塑料產(chǎn)品領(lǐng)域，往往在再造過(guò)程中添加一些添加劑對(duì)其進(jìn)行改性，從而使再生產(chǎn)品性能加強(qiáng)。改性再生技術(shù)是通過(guò)化學(xué)接枝或者機(jī)械共混的方式將廢舊塑料改性后再進(jìn)行成型加工。目前，以廢舊塑料為原料與其他材料混合生產(chǎn)新材料的技術(shù)方法已得到人們的廣泛關(guān)注，而且具有十分廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景［13］。

上海英科實(shí)業(yè)有限公司是以廢棄PS塑料為原料，通過(guò)清洗分選、物理壓縮增密、熔融塑化、脫揮排氣、過(guò)濾去除雜質(zhì)、發(fā)泡擠出切粒、熔融定型，并按照不同的市場(chǎng)需求進(jìn)行改性，滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)微發(fā)泡雙層共擠工藝，用再生粒子制作成各種款式的仿木建材，該工藝大大提高了再生產(chǎn)品的性能，同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益［14］。

2.2.4 化學(xué)回收

化學(xué)回收主要是通過(guò)熱解、裂解、醇分解等化學(xué)方法對(duì)廢塑料進(jìn)行回收處理。

熱解是在隔絕空氣或者在少量氧氣的條件下加熱，使其化學(xué)鍵斷裂分解成有機(jī)小分子，最后回收得到熱解氣和熱解油的方法［15］。

家電中的塑料相對(duì)比較耐熱，塑料熱解溫度相對(duì)較高，一般在400℃左右。當(dāng)需要高產(chǎn)量的化學(xué)原料時(shí)，可提高熱解溫度到700～900℃［16］。塑料是由石油為原料合成出來(lái)的產(chǎn)物，所以塑料降解技術(shù)可將高分子聚合物分解成低碳單體或石油來(lái)進(jìn)行回收。如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。例如加熱PVC，200℃時(shí)PVC開(kāi)始發(fā)生脫氯反應(yīng)，當(dāng)加熱到300～500℃時(shí)，PVC大部分分解成低碳物質(zhì)，進(jìn)一步加熱將會(huì)發(fā)生斷鏈反應(yīng)［17］。日本現(xiàn)已利用催化裂解裝置，成功將廢舊塑料裂解生成汽油［18］，與熱裂解相比，催化裂解工藝輕油回收率高，產(chǎn)品質(zhì)量好［19］。特別是汽油，辛烷值達(dá)到90.6，可以直接作為90#無(wú)鉛汽油使用，轉(zhuǎn)化率為70%，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益［20］。

然而，有部分塑料在熱解的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、尼龍塑料等含有氯、氮等元素的塑料，不適宜用高溫處理，醇分解或水分解技術(shù)則有效降低其回收難度，提高回收效率。常用塑料的化學(xué)回收方法如表6所示。

表6 常用塑料的化學(xué)回收方法

日本帝人公司對(duì)利用乙二醇將廢棄聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）瓶分解為苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（EG）的循環(huán)利用工藝進(jìn)行了研究［21］。當(dāng)溫度為乙二醇沸點(diǎn)和壓強(qiáng)為0.1 MPa的條件下，將粉碎后的PET瓶溶解在乙二醇中，此時(shí)PET解聚為對(duì)苯二甲酸雙羥基乙二醇酯（BHET）。過(guò)濾后，甲醇與BHET通過(guò)酯交換反應(yīng)，就會(huì)生成DMT和EG。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前各地家電以舊換新等政策的實(shí)施，廢舊電器再生利用示范工程的相繼建成投產(chǎn)，國(guó)家注冊(cè)電子廢棄物拆解企業(yè)的增多，以及廢舊電子產(chǎn)品網(wǎng)上回收平臺(tái)的建立，種種跡象表明，循環(huán)可持續(xù)發(fā)展將是社會(huì)發(fā)展的必然道路。隨著電子產(chǎn)品的大量報(bào)廢，占很大比重的廢塑料的量能也迅速增加，作為白色污染、難降解又具有回收價(jià)值的廢塑料，不論從資源角度還是環(huán)境角度講，對(duì)塑料的再生利用都是很有意義的。

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中圖分類號(hào)：X76

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-0912（2016）03-0034-04

收稿日期（2016－01－31）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51207085）；上海教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目（13ZZ140，14YZ154）

作者簡(jiǎn)介：羅少剛（1990-），男，陜西寶雞人，碩士研究生，研究方向：電子廢棄物資源化

通訊作者：王靜榮（1976-），女，山東人，博士，副教授，研究方向：廢舊高分子材料的資源化以及聚合物基復(fù)合材料制備與性能研究。

Analysis of electronic waste components and plastics recycling technology

LUO Shaogang，WANG Jingrong，LI Zhijie，XU Haiping，SHI Guoyin
（School of Environmental and Materials Engineering，Shanghai Second Polytechnic University，Shanghai 201209，China）

Abstract:With a large production of electronic goods，the production of electronic wastes is increasing rapidly.In these electronic wastes，plastics occupy a large proportion and have good economic value.In order to promote plastic recycling，this paper introduced the components of the electronic waste，the types and proportions of commonly used plastic in electronic waste，as well as the status of plastics processing and common processing technics of electronic waste.

Keywords:environmental engineering；electronic waste；plastic；recycling