电子废弃物的特点及机械处理技术

□文/周益辉 曾毅夫 叶明强

湖南凯天环保科技股份有限公司

电子废弃物的特点及机械处理技术

□文/周益辉 曾毅夫 叶明强

湖南凯天环保科技股份有限公司

The Characteristics and Mechanical Treatment Technologies of Electronic Waste

随着信息科学技术的快速发展，层出不穷的技术创新与持续的市场膨胀需求使电子电器产品更新换代的速度大大加快，从而产生了大量的电子废弃物。20世纪80年代中后期以来，大量家电进入我国家庭，按照10～15年的使用年限计算，从2003年开始电子废弃物已到了淘汰报废的高峰期。据有关资料显示，2004年我国电冰箱社会保有量就达到约为1.3亿台，洗衣机约1.7亿台，电视机约3.5亿台。此外，近年来我国手机、电脑等新型电子消费品需求激增，而电脑和手机的更新换代的速度远远超过家电产品，促进了电子废弃物的急速增长。

电子废弃物含有大量的重金属、制冷剂、溴化阻燃剂等有毒有害成分，因而能够对环境和人类健康构成严重危害；随着技术水平的提高和世界性资源危机的出现，电子废弃物作为一种不断增长的潜在性资源也逐渐得到人们的认可。因此，电子废弃物的无害化和资源化处理成为资源环境领域一项重要内容。目前电子废弃物最常用的处理技术为火法冶炼、湿法和机械法。机械处理技术包括拆解分离、破碎分选等方法，不需要考虑产品干燥和污泥处置等问题，不会造成二次污染，符合当前的市场要求。本文着重分析电子废弃物的主要特点，并介绍电子废弃物的拆解分离和破碎分选等机械处理技术。

一、电子废弃物的特点

1. 潜在危害大

电子废弃物的成分复杂，其中半数以上的材料对人体有害，有一些甚至是剧毒的，如表1所示。

电子废弃物中的有毒有害物质渗入土壤、进入河流和地下水，将会造成当地土壤和地下水的污染，直接或间接地对当地的居民及其他的生物造成损害。有机物经过焚烧，会释放出大量的有害气体，如剧毒的二恶英、呋喃、多氯联苯类等致癌物质，对自然环境和人体造成危害；无机汞在微生物的作用下会转变为甲基汞，进入人的大脑后破坏神经系统，重者会导致人死亡；铅会破坏人的神经、血液系统以及肾脏，影响幼儿大脑的发育；铬化物会破坏人体的DNA，引致哮喘等疾病。冰箱、空调和制冷设备中的氟利昂排放到大气中后将会破坏臭氧层，1个氟利昂分子会破坏105个臭氧分子，将引起温室效应，增加人类皮肤癌的发生几率。溴系阻燃剂和含氯塑料低水平的填埋或不适当的燃烧和再生将会排放有毒有害物质，压缩机中的润滑油经过使用后，其品质将发生不同程度的变化，未经处理也会造成环境污染。

2. 再生价值高

电子电器产品中含有丰富的金属、塑料、玻璃等可以回收利用的物质。计算机经过无损拆解下来的各种电子元器件，有的还可以继续使用。电子废弃物中含有金、银、钯、铂等贵重金属和大量的基本金属。例如，每吨电子板卡中含有大约272kg塑料、130kg铜、0.45kg黄金、41kg铁、30kg铅、20kg锡、18kg镍、10kg锑。表2是日本1996年四种典型家电产品的材料含量。

可以看出，废旧家电产品中含有大量的金属、塑料及其他产品，具有巨大的回收价值。有研究估计，根据金属含量的不同，每吨电子废弃物价值达几千美元，若再考虑到电子废弃物中有的具有较高价值且仍可继续使用的部分部件，电子废弃物具有很高的潜在价值，蕴藏着巨大的商机，回收利用的前景十分广阔。

表1 电子废弃物中的有毒有害物质

二、电子废弃物的机械处理技术

虽然电子废弃物潜在价值非常高，但由于含有大量有毒、有害物质，要想实现电子废弃物的无害化和资源化，需要先进的技术和设备。机械处理技术能够实现电子废弃物各组分的分离回收，一般包括拆解分离和破碎分选。值得一提的是，机械处理技术还只是电子废弃物组分的分类富集，它的资源化还应包括分选产品的深加工，真正实现电子废弃物的循环利用。

1. 拆解分离

由于电子废弃物在拆解过程中会有环境风险，若采取不适宜的拆解方法，有毒有害物质就会释放出来污染环境，对人类健康也会带来危害。因此，采用科学的拆解方法和拆解工艺是非常必要的。

废旧电子电器主要由家用电器、办公电器、工业电子废弃物和手机等组成，其中，电视机、洗衣机、冰箱、空调和电脑的数量较多，是回收处理的主要对象。考虑到物质回收的因素，可以将这些电子电器产品分为电路板、金属件、塑料、玻璃和其他需要特殊处理的物质，如表3所示。因此在拆解过程中就应该遵循这些原则，将废旧电子产品拆解成可以进行各个物质回收的状态。拆解过程中，还要讲一个原则，就是能提前拆分的物质尽可能提前拆分，这是因为：从混合物料中分离纯物质的成本随着混合物料的种类增加而增加。

手工拆解是最为灵活有效的拆解办法，借助辅助工具对废旧电子电器产品进行拆解可确保材料组成在拆解供需得到尽可能的分离，进而可以简化后续有关的材料分离富集处理过程，提高分离效率。对拆解件进行分拣分类，使有价元器件直接回用，并将有毒有害部件进行专门处理，其余部分分类收集并送相关工序作回收处理。

电子废弃物产品种类多，资源再生过程有相同点，也有不同点。根据电子电器设备的结构特点和材料组成，在对其进行拆解时结合其组分特点给予相应的特殊处理。

根据电子废弃物的特点，现在对电子废弃物中常见废旧电子产品的拆解分离进行举例分析。针对空调、冰箱、冰柜等含有毒有害的氟利昂制冷剂的废旧家电产品和洗衣机，建议拆解流程如图1所示。废旧制冷家电首先需要吸取制冷剂，然后再进行拆解分离处理；洗衣机的拆解相对比较简单，没有特殊物质需要处理，其处理过程属于一般机电设备的拆解。

对于含硒鼓和墨盒设备，包括打印机、复印机、传真机等，因墨盒、硒鼓具有危害性，在处理过程中应予以足够重视，建议拆解流程如图2所示。

电脑显示器分为显像管与液晶显示器两大类，其材料特性不同，对应的拆解工艺也有所不同。对于显像管类显示器和电视机，要分离出CRT再进行分类处理；对于液晶显示器，其中用于密封连接的液晶物质被认为是可致癌或促进致癌的物质，无害化处理很重要。

表2 四种典型家电的材料构成比 单位：wt%

表3 废旧电子产品的分类

图1 冰箱、空调等电器的拆解工艺流程

图2 打印机、复印机等的拆解工艺流程

一般来说，电子废弃物经过人工拆解后，基本上可以得到5大类材料组分。根据各自特点采用不同技术进行相应的处理，如表4所示，其中电路板、显示器等的回收处理是废弃电子产品资源化的技术关键。

2. 破碎分选

对于电子废弃物的金属与塑料的连接体来说，如果不能在拆解分离工序中分离或者分离效率不高，那么物理破碎和分选是实现其资源化的理想出路。对于机械破碎分选技术来讲,各种材料尽可能充分地单体解离是高效率分选的前提。破碎程度的选择不仅影响到破碎设备的能源消耗，还将影响到后续的分选效率，因此，破碎是关键的一步。

电子废弃物的破碎路线与设备可根据电子废弃物本身的特点决定，比如，对于热塑性外壳来说，普通的冲击式破碎机即可将其中的塑料和金属解离；而对于废弃电路板来说，由于其特殊的结构和组成，热固性树脂材料韧性大、不易解离，需要采取特殊的破碎工艺。

破碎的目的主要是为了金属与非金属的解离，以便提高物料的分选效率，同时也是便于分离物料的打包、运输。对一般的废旧电器来说，塑料外壳和一些部件很容易实现解离，但是对于少数部件来说，尤其对废弃电路板来说，破碎颗粒的粒径是非常关键的，下面着重介绍废弃电路板的破碎分选。

废弃电路板的形状为扁平形，是由玻璃纤维、树脂和金属等多种成分组成。由于金属具有较高强度，玻璃纤维具有脆性，树脂具有韧性，三者层压粘结，破碎解离的难度相对较大。有关废弃电路板剪切破碎试验结果显示废弃电路板具有较强的抗剪切性能，因此要想将废弃电路板充分破碎，达到理想的破碎效果，需要采用剪切和冲击联合的破碎方式，即“粗碎+细碎”模式。

现在，国内外普遍采用机械破碎分选法分离废弃印刷电路板中的金属与非金属。机械破碎分选技术是将废弃印刷电路板破碎成细小颗粒，然后根据其材料物理性质的差异对不同成分进行分离，主要包括破碎、分选等处理工艺。破碎的目的是使废弃印刷线路板中的金属尽可能地单体解离，以便于提高分选效率。破碎的方法很多，主要有冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎、摩擦破碎，此外还有低温破碎和湿式破碎等。常用的破碎设备主要有锤碎机、锤磨机、切碎机和旋转破碎机等。分选是依据废弃印刷线路板中材料的磁性、电性和密度等物理性质的差异实现不同组分的分离。

德国Kamet Recycling GmbH公司采用的处理工艺是通过破碎、重选、磁选、涡流分离的方法获得铁、铝、贵金属和有机物等几个组分。日本NEC公司采用两段式破碎法分离回收电路板，分别使用剪切破碎机和特制的具有剪断和冲击作用磨碎机，将废板粉碎成小于1mm的粉末。再经过两级分选可以得到铜含量约82%(重量)的铜粉，其中超过94%的铜得到了回收。

瑞典的Zhang S等人用实验室离心破碎机将废弃PCB破碎，使样品均质化，破碎后样品可通过涡流分离器前部的8个收集容器得出物质分布。结果发现，2mm以下的颗粒中金属几乎全部释放分离；铁磁体除16mm以上与塑料插紧的部分外，其它颗粒的分离度也很高；7mm以上的铝也有较好的分离。

李佳等对废弃印刷电路板的机械回收处理进行了研究。回收工艺主要包括：两级破碎、静电分选、金属回收和非金属材料的再利用。首先采用剪切式旋转破碎机和冲击式旋转磨碎机相结合进行一级破碎和二级破碎，达到金属和非金属充分解离的程度，然后对已破碎的废弃电路板进行金属颗粒与非金属颗粒的静电分选。

现有的机械破碎分选法着重回收废弃电路板金属，没有全面考虑其中的有机树脂、玻璃纤维等材料的无害化资源化处理。此外，由于废弃印刷电路板韧性强、硬度高，细碎过程能量消耗很大，而且过粉碎很严重。破碎时部分机械能转化为热能，导致有机树脂燃烧产生有毒有害气体。而且过粉碎减小了玻璃纤维的粒度，加上某些金属与非金属包裹粘连，限制了非金属的利用。细粉碎已成为废弃印刷电路板资源化的瓶颈。德国Daimler-Benz Ulm Research Centre提出的液氮冷冻破碎虽然解决了这一问题，但冷冻使流程变得复杂，大大增加了投资与运行的成本。

电子废弃物是一种潜在危害大的污染物，同时也是宝贵的二次资源。应当采用高效的方法实现电子废弃物的回收利用，同时也应注重避免造成二次污染。机械处理技术能实现电子废弃物资源的清洁无害化分离回收，是当今也应是将来最有潜力的方法之一。当前我国的电子废弃物回收处理技术还处在起步阶段，需要政策扶持，更需要有适合我国国情的技术的开发和推广。

表4 废旧电子产品拆解组分及处理方法

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