電子廢棄物的特點及機械處理技術

□文/周益輝 曾毅夫 葉明強

湖南凱天環保科技股份有限公司

電子廢棄物的特點及機械處理技術

□文/周益輝 曾毅夫 葉明強

湖南凱天環保科技股份有限公司

The Characteristics and Mechanical Treatment Technologies of Electronic Waste

隨著信息科學技術的快速發展，層出不窮的技術創新與持續的市場膨脹需求使電子電器產品更新換代的速度大大加快，從而產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。據有關資料顯示，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換代的速度遠遠超過家電產品，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，因而能夠對環境和人類健康構成嚴重危害；隨著技術水平的提高和世界性資源危機的出現，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境領域一項重要內容。目前電子廢棄物最常用的處理技術為火法冶煉、濕法和機械法。機械處理技術包括拆解分離、破碎分選等方法，不需要考慮產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。

一、電子廢棄物的特點

1. 潛在危害大

電子廢棄物的成分復雜，其中半數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滲入土壤、進入河流和地下水，將會造成當地土壤和地下水的污染，直接或間接地對當地的居民及其他的生物造成損害。有機物經過焚燒，會釋放出大量的有害氣體，如劇毒的二惡英、呋喃、多氯聯苯類等致癌物質，對自然環境和人體造成危害；無機汞在微生物的作用下會轉變為甲基汞，進入人的大腦后破壞神經系統，重者會導致人死亡；鉛會破壞人的神經、血液系統以及腎臟，影響幼兒大腦的發育；鉻化物會破壞人體的DNA，引致哮喘等疾病。冰箱、空調和制冷設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，增加人類皮膚癌的發生幾率。溴系阻燃劑和含氯塑料低水平的填埋或不適當的燃燒和再生將會排放有毒有害物質，壓縮機中的潤滑油經過使用后，其品質將發生不同程度的變化，未經處理也會造成環境污染。

2. 再生價值高

電子電器產品中含有豐富的金屬、塑料、玻璃等可以回收利用的物質。計算機經過無損拆解下來的各種電子元器件，有的還可以繼續使用。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年四種典型家電產品的材料含量。

可以看出，廢舊家電產品中含有大量的金屬、塑料及其他產品，具有巨大的回收價值。有研究估計，根據金屬含量的不同，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

二、電子廢棄物的機械處理技術

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，要想實現電子廢棄物的無害化和資源化，需要先進的技術和設備。機械處理技術能夠實現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，機械處理技術還只是電子廢棄物組分的分類富集，它的資源化還應包括分選產品的深加工，真正實現電子廢棄物的循環利用。

1. 拆解分離

由于電子廢棄物在拆解過程中會有環境風險，若采取不適宜的拆解方法，有毒有害物質就會釋放出來污染環境，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、工業電子廢棄物和手機等組成，其中，電視機、洗衣機、冰箱、空調和電腦的數量較多，是回收處理的主要對象。考慮到物質回收的因素，可以將這些電子電器產品分為電路板、金屬件、塑料、玻璃和其他需要特殊處理的物質，如表3所示。因此在拆解過程中就應該遵循這些原則，將廢舊電子產品拆解成可以進行各個物質回收的狀態。拆解過程中，還要講一個原則，就是能提前拆分的物質盡可能提前拆分，這是因為：從混合物料中分離純物質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，進而可以簡化后續有關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工序作回收處理。

電子廢棄物產品種類多，資源再生過程有相同點，也有不同點。根據電子電器設備的結構特點和材料組成，在對其進行拆解時結合其組分特點給予相應的特殊處理。

根據電子廢棄物的特點，現在對電子廢棄物中常見廢舊電子產品的拆解分離進行舉例分析。針對空調、冰箱、冰柜等含有毒有害的氟利昂制冷劑的廢舊家電產品和洗衣機，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，沒有特殊物質需要處理，其處理過程屬于一般機電設備的拆解。

對于含硒鼓和墨盒設備，包括打印機、復印機、傳真機等，因墨盒、硒鼓具有危害性，在處理過程中應予以足夠重視，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被認為是可致癌或促進致癌的物質，無害化處理很重要。

表2 四種典型家電的材料構成比 單位：wt%

表3 廢舊電子產品的分類

圖1 冰箱、空調等電器的拆解工藝流程

圖2 打印機、復印機等的拆解工藝流程

一般來說，電子廢棄物經過人工拆解后，基本上可以得到5大類材料組分。根據各自特點采用不同技術進行相應的處理，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品資源化的技術關鍵。

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其資源化的理想出路。對于機械破碎分選技術來講,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備的能源消耗，還將影響到后續的分選效率，因此，破碎是關鍵的一步。

電子廢棄物的破碎路線與設備可根據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，由于其特殊的結構和組成，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解離，但是對于少數部件來說，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，破碎解離的難度相對較大。有關廢棄電路板剪切破碎試驗結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合的破碎方式，即“粗碎+細碎”模式。

現在，國內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。機械破碎分選技術是將廢棄印刷電路板破碎成細小顆粒，然后根據其材料物理性質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。常用的破碎設備主要有錘碎機、錘磨機、切碎機和旋轉破碎機等。分選是依據廢棄印刷線路板中材料的磁性、電性和密度等物理性質的差異實現不同組分的分離。

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分布。結果發現，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。回收工藝主要包括：兩級破碎、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破碎機和沖擊式旋轉磨碎機相結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化為熱能，導致有機樹脂燃燒產生有毒有害氣體。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。應當采用高效的方法實現電子廢棄物的回收利用，同時也應注重避免造成二次污染。機械處理技術能實現電子廢棄物資源的清潔無害化分離回收，是當今也應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的開發和推廣。

表4 廢舊電子產品拆解組分及處理方法

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