一種回收廢舊印刷線路板中銅的工藝優化

張興華

（廣東偉創科技開發有限公司 廣東開平 529000）

隨著電子工業和通訊行業的迅速發展，電子、通訊設備更新換代速度加快，電子廢棄物產生量大大增加，其中廢舊印刷線路板（WPCBs）是電子廢棄物的重要組成部分。據報道，從廢棄電子電器中拆解出來的WPCBs占廢棄電子電器量的8%，僅報廢的計算機中就有每年近10000tWPCBs。線路板是幾乎所有電子電氣產品的基礎元件，種類繁多，數量巨大，其中含有大量的銅等有價值金屬。目前，我國銅資源對外依存度較高，國內銅礦中銅的平均品位0.8%，而銅在WPCBs中占20%以上，極具回收價值。因此，從環境保護和循環經濟的角度來看，回收利用蘊藏在WPCBs中的銅既避免了對環境的污染又促進了資源的循環使用。但是，目前由于缺乏高效、環保的資源回收工藝，導致大量電子廢棄物隨意丟棄，不僅造成了資源的浪費，而且對環境造成了嚴重的破壞。因此，開發一種清潔、高效回收廢舊印刷線路板中金屬銅的工藝或是對現有工藝進行優化改造，對于金屬銅資源再生利用及減少重金屬元素對環境的污染具有非常實際的意義。

1 WPCBs 資源化處理技術

目前國內外資源化處理WPCBs的技術工藝主要有機械物理分選、熱處理、濕法冶金、微生物處理等，其中熱處理又包括火法冶金處理、熱解技術等。

1.1 機械物理分選

機械物理分選包括破碎和分選，是指首先通過破碎使線路板中金屬成分與非金屬解離開來，然后根據其中各種材料物理性質的差異，采用適合的分選技術進行分離，實現金屬的回收。MelchiorreM等介紹了DaimLerBenzUlmmResearchCentre在不斷研究的基礎上開發的結合液氮冷凍破碎、靜電分選的四段式處理工藝，該工藝的優點在于低溫可以加強破碎效果、避免機械破碎產生過熱、從而導致電路板中塑料等物質的氧化、燃燒，形成有害氣體。

機械物理法能夠對金屬與非金屬實現很好地分離，但是其分離效果仍不能滿足工業生產所需要的純度，所以機械物理法只能作為WPCBs資源化的預處理方式。

1.2 熱處理

1.2.1 火法冶金

火法冶金的基本原理是利用冶金爐高溫加熱剝離非金屬物質，貴金屬熔融于其他金屬熔煉物料或熔鹽中，再加以分離。F.G.Day在其專利中用火法冶金回收電子廢棄物，爐膛溫度至少為1400℃，所得熔融金屬相包含稀貴金屬。鉑和金的回收率分別達到80.3%和94.2%，此法對銀和銅的富集效果也較好。

火法冶金的優點在于處理量大，金屬富集程度高，對稀貴金屬回收效果好。缺點是電子垃圾中含有大量的多氯聯苯、鹵化物阻燃劑等，在焚燒熔煉過程中很容易形成二惡英等有毒氣體，對大氣環境造成污染，尾氣處理成本較高。

1.2.2 熱解技術

熱解技術是利用有機物的熱不穩定性，在無氧或缺氧的條件下，利用熱能使化合物的化合鍵斷裂，從而將大分子量的有機物轉化成小分子量的可燃氣體、液體燃料和焦炭，與線路板中的金屬等固體物分離開來；由于線路板成分比較復雜，處理工藝較復雜，目前的研究主要是在實驗室階段。

龍來壽等采用真空熱解裝置對廢棄線路板進行真空熱解預處理，然后對預處理后的線路板通過剪切破碎和氣流分選法回收熱解渣中的金屬銅，結果表明，與不經預處理相比，銅的回收率高，超過99%，且所回收的產品中銅的品位較高。

1.3 濕法冶金

濕法冶金技術的基本原理主要是利用貴金屬能溶解在硝酸、王水和其它酸的特點，將其從電子廢物中脫除，并從液相中予以回收。AndreaMecucc研究了在硝酸溶液中浸出WPCBs粉料中銅，結果表明常溫下銅的浸出率隨著硝酸的濃度升高而升高，提高溫度對銅浸出率有明顯的提高。當溫度為80℃時，4mol/L硝酸能在相同是時間內使銅的浸出率達到83%。

濕法冶金的優點在于回收得到的金屬純度高，生產規?？梢造`活控制，先期投資小，其缺點在于可能造成廢液的二次污染，應采用可循環利用的生產工藝減少排放。

1.4 微生物處理

微生物處理就是利用微生物浸取PCBWs中的金屬組分。Bralldle等用硫桿菌和真菌回收電子廢棄物粉塵中的金屬，發現廢料濃度大于10g/L時，真菌對Cu和Sn浸出率達到65%，Al、Ni、Pb、Zn浸出率超過90%，當廢料濃度在5～10g/L時，硫桿菌可浸出超過90%的Cu、Zn、Ni、Al和Pb。

生物技術具有工藝簡單、費用低、操作方便的優點，不利之處主要是浸取時間長，對金屬含量高的原料效果不明顯，目前尚在實驗室研究階段。

其他方法還有微波處理、超臨界技術、等離子技術等。但總體來說，以上各技術大多側重于WPCBs中金屬的回收利用，對其中非金屬材料的無害化和資源化的回收利用相對較少。此外，具有清潔生產工藝特點的WPCBs資源化處理工藝相對較少。因而，開發出一種具有清潔生產工藝特點的資源化處理技術或是對現有的回收技術進行優化改造，以提高金屬回收率和非金屬材料的利用率，并降低回收過程中的能耗具有非常重要的意義。

2 一種回收WPCBs 中金屬銅的工藝優化

某公司原有廢舊印刷線路板金屬銅回收工藝流程及有關參數如圖1所示：

圖1 優化前銅回收工藝流程

本工藝的主要缺點在于：一是破碎環節的能耗高，每加工一噸料僅粗破就要耗電129kW·h；二是銅回收后從沉淀池外運的粉渣中還含有2~3%的銅，不僅帶來較大的環境風險，還造成銅資源的浪費。因此，針對原有工藝以上兩點，進行了如下工藝優化改造：（1）金屬粉和粉渣分選工藝優化；（2）廢線路板破碎工藝和節能改造。

2.1金屬粉和粉渣分選工藝優化

經技術人員對原有工藝流程進行仔細研究后發現，只要把搖床產生的一次粉渣利用已有搖床再經過一次分選就可以了，同樣可以回收一次粉渣中的銅粉，只需要對原有的沉淀池稍微進行改造，把原有的沉淀池分為獨立的兩部分，分別作為一級粉渣和二級粉渣的沉淀池，在一級沉淀里增加一臺泵即可，用于一級粉渣的抽送。改造后工藝流程見圖2。

圖2 優化后銅回收工藝流程

優化過程沒有增加新的搖床設備，但在操作上是獨立的，即用于一次粉渣的掃選時給料中沒有由二次破碎機而來的線路板渣。整體來看，雖然從設備上沒有大的增加，但在工藝上增加了一次粉渣的掃選環節，使一次粉渣中2~3%的銅粉也得到有效回收，從整體上使銅的回收率從不到98%提高到99%以上。

2.2 廢線路板破碎工藝和節能優化

破碎機是廢線路板綜合利用過程中能耗最大的設備，但也是不可缺少的。項目實施前使用的破碎機為手工直接投料，進料不均，加上破碎機本身存在的物料輸送系統設計缺陷，不能使物料均勻地進入破碎口，造成破碎機工作負荷嚴重不均，極大地影響了工作效率。經現場測試主電機的能源效率只能達到25～30%，造成很大電能浪費。

廢線路板破碎工藝和節能優化主要是針對安裝在主軸上的活動刀具進行改造，改變原有活動刀具的排列方式和安裝傾角，同時不再使用甩錘，把原來的沖剪式破碎改為切剝式破碎，使間歇式沖擊負荷變為連續式均衡負荷。

2.3 工藝優化后取得的效益

2.3.1 金屬回收率

根據研究,工藝優化改造后銅的回收利用率均在99.2%以上，全年加權平均回收率為99.32%。

2.3.2 處理廢舊印刷線路板電能噸耗

工藝優化改造前廢舊印刷線路板粗破加工用電機功率為45kW，每小時約加工350kg原料，即每加工一噸料僅粗破就要耗電129kW·h，改進后用電機功率為22kW，同樣加工350kg原料約40分鐘，即每加工一噸原料粗破耗電42kW·h，比改進前減少耗電87kW·h，每噸廢線路板綜合能耗由先前的129kW·h降低到42kW·h。不僅如此，優化改造后的切剝式破碎十分有利于覆銅板中的金屬與非金屬分離，只需一次加工即可完成破碎，大大提高了工作效率，同時可使粉渣中的金屬含量減少至1%以下。

2.3.3 經濟效益

工藝優化改造后所產生的經濟效益主要體現在兩個方面，一是金屬回收率的提高，使銅粉產量增加所產生的經濟效益，二是線路板處理能耗的降低，節省電能產生的經濟效益。

經實際運行，優化改造后一年內因金屬回收率的提高而增加的銅粉產量為8.38t，按銅粉平均市場價格4.8萬元/t計，所產生的經濟效益為43.58萬元/a。全年廢舊印刷線路板處理量共2462.89t，按處理每噸節能87kW·h計算，共節電214271.4kW·h，按0.87元/kW·h，共減少電費支出18.64萬元/a。

3 結語

上述優化改造后的銅的回收工藝，不僅銅的回收率高，達到99.32%，且能耗低，綜合能耗為42kW·h/t,無廢水廢氣產生，是一種較好的清潔生產工藝，值得推廣應用。但其中其他金屬，如鋁、錫、鉛、金、銀等金屬沒有與銅分離，可以開展相關的研究工作，進一步提高銅粉中銅的純度，并使其他貴重金屬得以富集利用。另外，還應對銅回收后剩余粉渣的處理處置技術進行探索研究，提高其綜合利用率，使得WPCBs得到真正的資源化和無害化處理。

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