发布时间：2010.03.30新闻来源：深圳市创天隆环保设备科技有限公司(电镀设备厂/电镀生产线/电镀槽/PP槽/PVC槽/PVDF槽/电解槽/化成槽/铝箔槽/不锈钢槽/电镀生产线/滚镀生产线/工业废弃净化处理工程/废气处理净化塔/防腐过滤机/整流机/离心机/超声波清洗机及电镀周边设备
摘要：废电路板金属成分分离回收过程中产生了占其质量近50%~80%的非金属材料废物，其已成为电子废物处理的难题。文章首先对废电路板非金属材料的产生特性、处理和处置、资源化利用技术和方法现在的状况进行了对比分析。在此基础上，结合对非金属材料的来源特征、成分组成和界面微观特性等各方面分析研究，提出了非金属材料制备复合材料再生利用的技术工艺方案。
目前，国外虽已开发出能对废旧电路板进行物理法回收处理的新设备，但这种生产线价格昂贵，需要数百万美元，包括我国在内的发展中国家因价格问题很难引进此类生产线。
电子印刷电路板(PCB)是电子工业应用的基础部分，从计算机、手机、电视机到电子玩具等，几乎所有的电子科技类产品中都有电路板的存在。随着电子工业的迅速发展，对其中的核心部件电子电路板的需求量也日益俱增，据有关联的资料介绍，世界印刷电路板业工业的平均年增长率为8．7％，我国的增长率为14．4％。到目前为止，全球约40％以上的电路板都在中国生产，我国已成为全世界第二大电路板生产大国。另一方面，随技术的进步和信息产业的快速的提升又促使电子科技类产品的更新换代不断的加快，接踵而来的被淘汰和因常规使用的寿命到期而报废的电路板以及电路板生产制造时产生的边角余料等形成了巨大的电子电路板废弃物；珠江三角洲、长江三角洲、渤海湾是我国电子电路板生产企业集中的领域，其中仅珠江三角洲每个月就有万吨以上的边角余料产生，而广东贵屿地区对废旧电子电器产品的拆解及加工，使贵屿成为了一座“城市矿山”。据不完全统计，每年拆解和处理从全国各地购进和部分走私进来的废旧电子电器产品达55万吨(1997年至1999年高峰期年拆解100万吨)以上，其中大型电话交换机、电机、电脑、家用电器40多万吨，电路板15多万吨，并且每年都在趋于增长，其它沿海地带及电子电路板生产集中地域都存在类似现象。
（2）成分复杂，回收使用价值低。由于废电路板回收工艺过程复杂，包括热处理（焚烧/热裂解）和机械物理等方法，很多方法所产生的非金属材料成分组成和物理化学性质差别大。例如，湿法冶金技术，用强酸等溶剂溶解回收金属，剩余的残渣主要为无机物料；而使用机械物理法分离高值金属产生的非金属材料，为热固性树脂塑料和无机增强材料的混合物，即使对于机械物理方法而言，由于破碎分选组合工艺和设备的不同，非金属材料性质本身也存在差异。
采用热裂解作业回收轻质油来利用非金属材料，其技术、方法或设备并不成熟，回收利用效率低，对于热解过程废料中的有毒有害于人体健康的物质尚缺乏有效控制，例如，需明确热解过程含溴阻燃剂的转化和迁移规律，以及其中少量铅类重金属污染物的释放迁移特征。尤其需要防止热裂解过程及尾气处置过程的二噁英产生和控制[16]。
以聚合物为基体材料、非金属材料为填料制备复合材料可根据聚合物基材的不同可分为两种不同技术方法：热塑性复合材料和热固性复合材料[17]。（1）热塑性聚合物基复合材料。沈志刚等[18]选用300目以细的非金属材料作为填料填充PP（polypropylene，聚丙烯）制备复合材料，并进行力学性能测试试验。该技术方法采用传统的挤出、成型工艺来制备聚合物基复合片材。此外，用非金属材料做填料制备木塑制品也是研究热点，主要工艺有一步法和两步法挤出成型（见图4）。许振明[19]等将非金属粉料与基材混合均匀，置于成型模具中压实，其中固化剂采用电玉粉、废旧聚乙料或两者的混合物，然后通过成型模具加热并施压制备复合板材。
在电子废弃物中，虽然电路板的回收处理难度大，但是它具有相当高的经济价值。电路板中的金属品味相当于普通矿物中金属品位的几十倍至上百倍，金属的含量高达40％以上，最多的是铜，除此以外还有金、锡、镍、铅、硅等金屈，其中不乏稀有金属，而自然界中的富矿金属含量通常情况下也只不过3-5％。另外，废旧电路板的非金属废渣可当作建筑原料利用。同时，废旧电路板上的焊锡以及塑料等物质也能被回收利用的重要资源。
复合材料是目前材料领域最具有应用和发展前途的领域之一，也是塑料树脂废物利用的主要途径。非金属材料主要由热稳定性较好的聚合物构成，并经过特定的化学处理，能承受较高的热力学检验和苛刻的环境条件，其具有填料的普遍性质，可用于涂料、铺路材料、塑料制备的填料，或是作为增强材料和绝缘胶粘材料用来制造阻火剂和建筑材料，拥有非常良好的应用前景。
废电路板金属成分分离回收过程中产生了占其质量近50%~80%的非金属材料废物，其已成为电子废物处理的难题。根据废电路板的基板类型和处理利用方法不一样，非金属材料从外观结构到内在成分组成均存在比较大差别，见图1。
相对于电路板中的铜金属等高值成分，非金属材料回用价值低，再生利用难度大。在发达国家，由于建有完善的焚烧和填埋处置系统，并且废物回收处理企业享有各种补贴和优惠政策。而在我国，由于目前符合环境保护要求的安全填埋场和焚烧处置场解决能力十分有限，处理成本相比来说较高；并且电子废物拆解和处理集散地以及部分中小回收企业以回收提取有价金属为主，非金属材料一般以堆置、简易填埋、或进行露天焚烧处置为主，是重要的环境污染源。目前，非金属材料处理和利用过程主要存在以下问题。
如何有效地进行废弃PCB等电子废弃物的资源化回收处理，慢慢的变成了当前关系到我们国家的经济、社会和环境可持续发展及我国再生资源回收利用面临的一个新课题。在国家发改2004年组织实施的资源综合利用关键技术国家重大产业技术开发专项中，“印刷电路板回收利用与无害化处理技术”属第三项“再生资源综合利用技术”的重点开发内容之一。
湖南万容科技有限公司瞄准这一市场空白点，从2004年3月起，成立了“废旧电路板的回收与利用项目”研发小组，对电子电路板市场的发展前途及回收综合利用等方面的技术难题进行了反复考虑和认真的研究，并做了大量的考证工作及工艺试验，走访了全国许多机电设施市场和生产企业了解类似回收设备的发展状况及工艺技术水平，同时与北京航空航天大学、北京化工大学、长沙矿冶研究院、湖南省塑料研究所等科研院所建立了紧密合作伙伴关系，对关键性技术难题进行过多次可行性试验和论证，最后在北京航空航天大学电路板处理专利技术的基础上，结合其它行业的成熟技术和国外的先进经验，制冷设备回收进行自主创新，通过一年多时间的反复试验，终于在2005年上半年自行研发出第一代用物理方法处理废旧电路板的回收设备生产线，紧接着又相继开发出了第二代物理方法回收处理设备生产线年初开始投放市场进行规模化生产，先后在广东东莞、深圳公明镇及江苏无锡等地建立了废旧电路板回收处理基地，取
由于非金属材料中含有卤素阻燃剂以及含铅锡料，焚烧过程操作不当极易产生二噁英（400~800℃区间）等剧毒有害于人体健康的物质。因而，非金属材料废物的焚烧处置一般应在高温焚烧炉中进行，并且必须配备完善的烟气处理系统。
热解法与焚烧处置不同。热解（pyrolysis），在工业上也称为干馏，是将有机物质在隔绝空气条件下加热，或者在少量氧气存在的条件下部分燃烧，使之转化成有用的燃料或化工原料的基本热化学过程[9]。热解技术被认为是一种较新型有效的塑料类废物回收再生方法。热解技术主要使用在于铜金属含量较低的废电路板或是分离高值金属后非金属材料处理，将其中的树脂塑料部分转化为气体或液体燃料而回收。德国Daimler Bຫໍສະໝຸດ Baidunz Ulm Research Centre研究开发出了基于破碎预处理的电路板废料热解资源化工艺[10-12]。彭科等[13]在氮气氛围下应用热重法研究了玻璃纤维增强环氧树脂电路板废料的热解反应及其动力学，加热终温为1400℃，其研究表明废料热解可以划分为3个阶段：300℃以下，质量基本不变化，主要是干燥过程，存在水分损失；在300℃~360℃，质量急剧减少，明显发生热裂解；而从360℃~1000℃，质量减少较缓慢，直到加热到1400℃发生完全热裂解，废渣的质量稳定在原始质量的62%左右。孙路石等在氮气气氛下进行热解玻璃纤维增强环氧树脂废电路板研究表明[14-15]，可回收得到15%~21%（wt%）的液体油、15%~20%（wt%）的气体以及60%（wt%）左右的固体残渣。图3是于可利等对废电路板进行低温热重分析，研究结果同样表明，废料的起始热裂解温度在300℃~400℃。
非金属再生利用技术和方法有：热处理方法，作为填料制备再生板材、或生产建筑材料，以及化学处理方法见图2。
非金属材料中的热固性树脂成分拥有非常良好的热利用价值，能够最终靠燃烧来得到能量。相关的燃烧试验研究表明此类废料焚烧回收能量的效果较好[5-7]。例如，把这些聚合物复合材料以10%的比例和生活垃圾混合燃烧，是一种较为实用的方法；一般塑料废弃物的热值平均可达40MJ/kg，接近燃料油，非金属材料废物由于含有无机增强材料玻璃纤维，其平均热值略低（见表2）[8]。
废电路板基板以环氧树脂、酚醛树脂或聚四氟乙烯等为粘合剂，以纸或玻璃纤维为增强材料而组成的复合材料板，在板的单面或双面压有铜箔。非金属材料废物是指来自废电路板通过物理、化学及其组合等方法分离铜金属和其他贵金属物质后产生的废渣。废电路板在分选分离出铜等有价金属成分后的，会产生占其质量近50%~80%的非金属材料，其中有机物质和无机组分约分别占40%和60%。有机物通常为树脂、溴化阻燃剂、双氰胺固化剂、固化促进剂等。无机物通常是以SiO2、CaO、Al2O3为主体的多种氧化物制成的玻璃纤维[1]。对于装载有元器件的废电路板处理后产生的非金属材料而言，可能含有极少量的铜金属和其他贵重金属（如金、银、钯等）外，还可能同时含有少量的铅焊锡材料及含溴阻燃剂。对于边角料处理产生的非金属材料，以塑料和增强材料为主，危害物质主要为含有少量的铜等重金属以及溴化阻燃剂[2-3]。通过X射线（阻燃型）线路板非金属粉料进行元素分析情况见表1。
目前，废铁回收处理方法一般都会采用直接掩埋法、焚烧法、水洗及裂解等方法，但都有有毒物质释放，易造成空气或土壤等环境的严重二次污染，国家环保政策也是不允许这样做的或是说限制这些处理模式的。国际上推行回收处理废弃电路板的最佳方法是物理方法，这种方法最显著的特点是环境污染小、综合利用率高、附加值大等优点，是未来电子废弃物处理的发展的新趋势；其劣势是处理成本略高于焚烧或者水洗的回收处理模式。由于废旧电路板韧性较大，多为平板状，很难通过一次破碎使金属与非金属分离，并且它所含物质种类较多，分离分解工艺复杂，这些特点决定了废旧电路板的回收处理具有一定的难度，
（1）产生量大，易产生二次污染。电子废物被是上涨的速度最快的固态废料之一，比城市生活垃圾量的增长速度快近3倍[4]。电路板作为电子电器设备必不可少的组成部分，其废弃量逐年递增。随着废电路板中铜等贵重金属机械物理回收方法的日趋成熟和大范围的应用，大量非金属材料废物随之产生。非金属材料的种类和物质成分随电路板废料的基板材料类型差异而各不相同，而其中存在的少量危害成分难以再分离，包括含溴系阻燃剂、含铅焊料和其他少量贵重金属。
综观国内已有的回收处理设备，大部分工艺技术还不成熟，有的属中试或实验阶段，不适合大规模工业化生产，其它多属于小单机小批量生产。这些处理设备存在着能耗过高、产能低，粉碎后分离不彻底、细度范围大等缺陷，使得重力分选的效率较低，一般金属的回收率在90%以下，由于生产所带来的成本高，劳动强度大，经济效益不理想，使得没有办法进行工业化生产。所以国内目前较多的还是采用最原始的方法处理废旧电路板，对于电路板中的稀有或贵重金属部分，采用焚烧或强酸溶解的方式，即把其他成分去除后留下贵金属。这一过程会产生大量的“三废”，由于没环保措施，对环境和劳动者都有相当的危害，并且没有使这些资源得到最充分的有效利用。
（3）利用过程中缺乏管理规范和标准。在我国对于废电路板非金属材料废物的环境管理规定尚不明确，是否按照危险废物管理需通过有关标准鉴别确认，相关的产品品质衡量准则和环境安全标准有待出台或进一步研究。这使得非金属材料的回收利用和资源化产品的开发面临困境。
综上，研究和开发适合使用的范围广、投资所需成本低、产品性能优良的再生利用技术是非金属材料处理的必然途径，也是电子废物无害化、资源化处理面临的技术难题。
