（说明：此为小论文，本人当时整理了好一番，由于不支持图片，内容没有完全显示。大家都是学生，深知写论文不宜，所以共享。如果有哪位仁兄写这方面的论文，我可以免费提供我的原版以及一些付费才可得的资料，仅供参考。）
东东
(北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083)
摘 要： 描述了中国电子废弃物的现状进行,介绍了电路板的无公害化处理和资源化利用的技术手段，分析中国进行电路板无害化资源化利用的意义以及现在存在的问题，探讨了实现我国废弃电路板资源化的途径。
关键词： 电路板 无害化 资源化
Environmentally Sound Management And Reutilization Of Waste Printed Circuit Boards
Dongdong
(School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083)
ABSTRACT: In this paper , the current status of PCBs and the effective ways to recycle the PCBs were presented, the current problems existing in the PCBs reutilization of China were analyzed, the measures were put forward to solve the problem at p resent。
KEY WORDS : Printed circuit board ; Reutilization ; Environmentally sound management
1936年，英国Eisler博士提出“印刷电路（printcricuit）”这个概念，被称为“印刷电路板之父”。 印刷电路板就如人的经脉控制着全身。它的发明带动了电子科技产品的迅猛发展，让人们可以更好地享受生活。现在人们手里的电子设备、家里用的电器、工厂里的机器，都含有大量的电路板。
正是这种迅猛的发展，给人们带来了新的问题。随着信息科学技术的高速发展,电子类产品的更新换代年限在不断缩短,被淘汰的电器、电子产品数量也在不断大幅增长，废弃电子设备的污染也随之而来。电子废弃物一般包含印刷电路板( PCB) 、电缆电线、显像管等,其中印刷电路板(PCB) 是电子产品的重要组成部分,也是对环境影响最大的部分[1]。电路板的无害化处理和资源化利用成为各国政府、环境保护组织施行保持可持续发展的重要课题。
1、 我国电子废弃物现状
1.1 电子废弃物的产量
电路板是最活跃的电子元件,几乎包含在所有电子产品中,在电脑、通信设备、军工产品中所占比例很高。废弃电路板来源于报废的电子产品和印制电路板在生产加工过程中产生的边角料和瑕疵产品 [2]。
国家统计局的资料显示,目前我国家电类社会保有量电冰箱约为1. 5亿台,洗衣机约1. 9亿台,电视机约3. 7亿台。手机、电脑作为新时代的宠儿,其保有量更是大幅度增长。中国信息产业网发布的《中国手机产品数据分析报告》表明,截至2003年年底,中国的移动用户达到2. 6869亿,2003年中国手机销售量为6045 万部,比头一年增长了约10 %[3 ,4 ]。而根据赛迪网赛迪IT 市场情报中心撰写的一份市场研究报告则表明,截至2003年7月,中国个人电脑保有量已经达到3935. 55万台,其中仅2003年就销售个人电脑1267. 1万台[5 ]。根据有关专家对电子产品的测算,普通家用电器的更新周期为8～10 年,电脑的更新周期为3～5 年,而手机的更新周期仅为18 个月,可以预测将来我国每年被淘汰的冰箱、洗衣机、电视机、电脑等将达到500万台左右,手机则将达到千万部,并且这数量还将逐年增加[6 ]。
目前, 我国虽然颁布了法规禁止进口包括计算机、显示器、阴极射线管、电视机等在内的几种废物, 但是由于宣传力度不够, 很多人意识不到电子废弃物的危害性, 厂商们意识不到回收利用不仅是一种责任,更蕴含了巨大的商机, 刚刚起步的电子废弃物的管理比较松弛和混乱。
1. 2 废弃电路板的危害及其特征
有关资料显示,一台普通的个人电脑含有700 多种化学成分,其中约一半是对人体有害的化学物质: 机壳塑料上涂的防火制剂是有毒的;显示器的阴极射线管(CRT) 里铅的含量达27 % ,印刷电路板( PCB) 上也涂了铅;半导体、SMD芯片电阻和紫外线探测器中含有铜;开关和位置传感器中有汞;铁机箱中有铬;电路板中有溴化阻燃剂;电池中有镍、锂、镉和其他金属;而电线和老式包装套中则有聚氯乙烯[7 ,8 ]。
众所周知,以上物质对人体和环境的危害都是极大的,如铅对人体内的大多数系统均有危害,可以损伤血液系统、神经系统和肾脏;六价铬会透过皮肤,经细胞渗透,微量便会造成严重过敏,更可能引起哮喘,破坏DNA ; 汞则会破坏脑部神经[1]。这些体积庞大而且含有各种剧毒物质的垃圾若是采用普通的卫生填埋法处理,不仅使垃圾填埋场的土地资源更趋紧张,而且大量重金属汞、镉、铬等渗漏到土壤和地下水富集将对环境造成危害甚至威胁人类的生存环境;若是采用焚烧法处理则对环境造成二次污染。
不同电子设备的电路板中元素的组成和含量会有差别,例如,有研究表明,电视机中印刷电路板上贵金属的含量比计算机少,铁、铅和镍的含量多,但所含元素的种类基本相同[9]。X射线荧光法可以进行定量和定性分析;原子吸收光谱法可以定量地获得几乎所有元素的确切数据; 质谱测定法和热重分析法相结合,可以测定有机物的含量及其热行为;另外还可以采用红外光谱、核磁共振、高效液相色谱等分析方法。瑞典的冶炼厂分析了个人计算机(PC) 中使用的印刷线路板,其典型组成见表1[10]。另外,电路板上几乎装配了各种类型的电子元件,以PC 为例,德国Angerer 等人1993 年的研究报告列出了三种品牌PC 中PCB 的电子元件种类及数量,见表2[11 ]。
1. 3 废弃电路板的再利用
由电路板的成分我们可以看到，电路板中含有大量的贵金属元素。由于贵金属具有稀有、难提炼和高价值的特性,若从电子垃圾中提取回收这些贵金属,不仅可以节省有限的自然矿产资源,还能获取很好的经济效益。
研究表明平均生产I T电脑及部件要用去大约0 . 45 kg黄金,270 kg 塑料,128 . 7 kg 铜,1 kg 铁、58 . 5 kg 铅,39 . 6 kg 锡,36 kg 镍,19 . 8 kg 锑,还有钯、铂等贵重金属,仅这0 . 45 kg 黄金,价值就达到6 000美元[12]。而根据文献资料,美国和西欧1983 年仅在电子工业中金的消耗量就达到189 吨。这20 年来电子工业产业的发展势头更是迅猛,其黄金消耗量也不断增加。
可见,对电子废弃物资源回收利用,不仅可以降低垃圾填埋的负荷节省土地资源,同时在资源回收过程中对有害物质如汞、镉、铬、卤素阻燃剂等物质加以分离可以减轻对环境造成的污染, 有利于环境保护,而且还可以为社会创造一定的财富。表3[13]给出的是金属含量中等的废弃电路板按照市场价格折算的部分金属的潜在值。
2、 电路板的处理方法
目前,最常用的电路板处理方法有机械处理、湿法冶金、火法冶金或几种技术的结合。机械处理方法是根据材料物理性质的不同进行分选的手段,包括拆卸、破碎、分选等处理过程。由于不需考虑产品干燥和污泥处置等问题,符合当前市场要求,而且还可以在设计阶段将可回收利用的性能融于产品中,具有一定的优越性，因此将重点介绍。
2. 1 火法冶金技术
火法冶金实质是一种最古老的炼金方法。火法冶金从电子废弃物中回收贵金属是20 世纪80 年代应用最广泛的技术,基本原理是利用冶金炉高温加热剥离非金属物质,贵金属熔融于其他金属熔炼物料或熔盐中,再加以分离。非金属物质主要是电路板有机材料等,一般呈浮渣物分离去除,而贵金属与其他金属呈合金态流出,再精炼或电解处理。火法冶金有焚烧熔出工艺、高温氧化熔炼工艺、浮渣技术、电弧炉烧结工艺等。火法冶金提取贵金属具有简单、方便和回收率高的特点,但是由于存在有机物在焚烧过程中产生有害气体造成二次污染、其他金属回收率低、处理设备昂贵等缺点,目前该方法已经逐渐淘汰。
2. 2 湿法冶金技术
湿法冶金是目前应用较广泛的从电子废弃物中提取贵金属的技术。湿法冶金技术早在20 世纪70 年代就已经被西方发达国家采用,英国J ahsonMat t hey 电子有限公司在70 年代末就开始研究从印刷电路板上回收贵金属, 并提出了一个初步的回收工艺。80 年代后,由于人们对环保的重视和从电子废物中回收贵金属已变得有利可图。许多科研工作者开始从事这方面的研究,并取得技术上的突破与进步,使湿法冶金提取贵金属技术日趋完善。如前西德中央固体物理与材料研究所的Gloe , K 等于20 世纪90 年代初研究推出的硝酸———盐酸/ 氯气联合浸取工艺[14] ; 1996 年巴西圣保罗大学的Soares Tenorio 等在前人的研究基础上改进推出的一项浸取工艺,该工艺针对影响贵金属浸取的其他有色金属采用有效的物理方法———重力分选、磁选和静电分选将它们有效分离,使后面的浸取工艺简化,浸取率提高,在生产实际中得到应用[15] 。湿法冶金技术的基本原理主要是利用贵金属能溶解在硝酸、王水和其他苛性酸的特点,将其从电子废物中脱除并从液相中予以回收。湿法冶金与火法冶金相比,具有废气排放少、提取贵金属后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程简单等优点,是当前应用最广泛的技术,而且目前该技术仍在不断发展进步。
2. 3 机械处理法回收技术
2.3.1 机械处理的工艺流程
机械处理技术目前分为破碎、分级、分选、压缩及储存、破碎。以资源化为主的工艺[16]如图1 所示。这种流程的特点是处理过程中不必经过人工的选择和拆卸, 全部的工作都是机械自动化处理, 这样, 把废弃物直接进行粉碎后进行分离,可部分节约劳动力和处理费用。但由于全部粉碎后混杂在一起的成份较多, 进行有效分离的难度较大。
图1 以资源化为主的工艺流程
瑞典ScandinavianRecyclingAB (SR ) 是世界上最大的回收公司之一, 一直致力于实施和开发电子废弃物的机械性护理技术和设备, 处理的基本流程见图2[17 ]。该流程由于在破碎前进了预分类, 分离效果比以资源化为主的工艺流程要好。
图2 电子废弃物处理的基本流程
德国在探索用机械分选法处理废电子产品方面近年来作了很大的努力, 并推出了一种用选矿方法处理废电子设备的工艺流程, 如图3 所示[18 ]。从图3 可知, 废电子设备经人工拆卸后, 其特殊部件和外壳需作特殊处理, 其废电子产品经过粉碎、磁选和涡电流分选一系列操作可得出各种有价值的产品。这种选矿方法是根据废弃物中各种组分的性质(粘度、比重、磁性、电性、光学性、化学组成等) 的差异, 把有用的组分分选出来, 有害的组分分选出去, 把各种组分分离开。其中采用了两次粉碎、磁选、分选作业, 分离流程要复杂一些, 但分离效果要比前两种流程要好。
图3 选矿方法处理废电子设备简化工艺流程
2.3.2 废电路板上电子元器件的拆卸
拆卸一般由手工完成, 但随着废板数量增多, 考虑到拆卸效率和不能损坏电子元器件, 采用自动拆卸的方法更符合机械化发展要求。日本N EC 公司开发了一套自动拆卸废电路板中电子元器件的装置。这种装置主要利用红外加热和两极去处的方式(分别利用垂直和水平方向的冲击力作用) 使穿孔元件和表面元件脱落, 不会造成任何损伤。然后再结合加热、冲击力和表面剥蚀技术, 使电路上96% 的焊料脱焊, 用作精炼铅和锡的原料。这种拆卸装置的效率较高, 具有一定的可行性。德国的FA PS 一直在研究废电路板的自动拆卸方法。采用与电路板自动装配方式相反的原则进行拆卸, 先将废电路板放入加热的流体中熔化焊料, 再用一种SCARA 机械装置根据构件的形状分检出可用的构件。自动拆卸技术还处在可行性研究阶段, 其发展受技术和经济两方面因素的制约。一项拆卸方法是否适用, 还要综合考虑拆卸、测试、回收, 销售等费用问题。
2.3.3 拆卸后废板的机械处理工艺
德国Famet Recycling Cmbh (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、贵重金属和有机物等各组分[19]。德国T risch ler and Partner Cmbh (公司) 的处理方法与之基本相同[20 ]。这也是目前最常用的机械处理工艺, 一般经过这样的处理后, 废电路板中90% 的金属和塑料得以回收, 10%左右的剩余物质(包括很难进一步处理的细粒物料、粒尘等) 则根据成分的性质填埋或焚烧。这种处理工序目前已经实现机械化和自动化。德国Daim ler2Benz U lm Research Cent re[21 ]在以前处理方法的基础上, 开发了4 段后处理工艺: 预破碎、液氮冷冻后粉碎、分类、静电分选, 具体采用的工艺流程见图4。这种方法的特点有: ①液氮冷却有利于破碎; ②破碎时会产生大量的热, 在整个粉碎过程中持续通入- 196 ℃的液氮可以防止塑料燃烧(氧化) , 从而避免形成有害气体; ③以前的工艺在分离小于1 mm 的细粒时一般就达到极限, 而该公司研制的电分选设备可以分离小于0. 1 mm 的细粒, 甚至可以从粉尘中回收贵重金属。
图4 废电路板处理工艺
日本N EC 公司开发的处理工艺见图5[19]。其特点是采用两段式破碎法, 利用特制破碎设备将废板粉碎成小于1 mm的粉末, 这时铜可以得到很好的解离, 而且铜的尺寸远大于玻璃纤维和树脂。再经过分选可以得到铜含量约82% (质量) 的铜粉, 其中超过94% 的铜得到了回收。树脂和玻璃纤维混合粉末尺寸主要在100～ 300 Lm 之间, 可以用作油漆、涂料和建筑材料的添加剂。
图5 N EC 公司开发的废电路板处理工艺
3、 废弃电路板资源化的意义
实现废弃电路板的资源化,有利于防治污染,保护环境;有利于资源的循环利用;有利于节省大量能源,促进可持续发展。
3.1 有利于防治污染,保护环境
废弃电路板环境污染的潜在性,与回收利用和处理处置技术息息相关。若能开发先进的处理工艺,既能从中回收大量有价物质,改变过去以露天或简易冲天炉焚烧、简易酸浸等方式从废弃电路板中提取金属的落后处理与回收利用方式,又不会危害环境,实现环境、经济和社会的协调发展。
3.2 有利于资源的循环利用
从资源回收的角度而言,我国虽然金属资源丰富,但有些资源(比如铜矿资源) 难以满足国内需求,部分金属资源存在着原矿品位低、难以开采、难以利用等缺点。另外,随着矿产资源正在逐步衰竭,这些资源都转移到人们生产的各种产品中。因此,这些报废产品,不仅是环境问题,对于我国这样一个人均资源占有量仅为世界人均58 %的资源相对贫乏的国家,更是一个资源问题[22]。很多电子产品,包括废弃电路板将成为未来的矿产资源。科学开发这座品位极高的“金矿”,进行废弃电路板的资源化研究,实现所含物质最大程度的再利用,意义特别深远。
3. 3 节省大量能源,有利于可持续发展
从长远看,随着我国经济的快速发展、人们消费水平的提高,废弃电路板的数量不断增加。以对环境无害的方式回收再利用报废产品,将对我国可持续发展具有重要意义。我国现有的有色金属资源,虽然品种相对比较齐全,但质量和开采条件不理想,从采矿到冶炼的资源综合利用率仅为30 %～35 %。另外,再生有色金属产量很低,仅为15 %～20 % ,与国外发达国家的30 %～40 %比例相比有很大差距[23],所以实现废弃电路板的资源化可以提高再生资源的利用率,同时也节省了开采、冶炼、加工需要的大量能源,有利于资源的可持续发展。
4、 我国废弃电路板资源化存在的问题
4. 1 法律意识淡薄,环保意识缺乏,急功近利思想严重
由于废弃电路板含有多种金属,潜在价值非常高,许多个人或单位无视巴塞尔公约的相关规定,从国外大量购进废弃电路板。为最大程度地节省运行成本、牟取暴利,采取简单酸溶或冲天炉焚烧的方式进行金属的回收,对产生的废酸、废气和废渣任意排放或堆放。以牺牲环境和大多数人的利益为代价,达到个人富裕的目的。
4. 2 资源化技术研究的片面性和长期性
近年来,国内各高校和研究单位从不同的角度、采用不同的方法,开展了大量的废弃电路板资源化的研究工作,总体而言是卓有成效的。比如采用机械物理法实现金属富集体的回收,采用火法或湿法冶金的方法进行金属的提纯,还有其他的微生物技术、等离子体高温热解技术等等[24-26],但侧重于电路板中金属的回收研究的比较多,非金属无害化和资源化的研究相对比较少。此外,在进行资源化研究过程中,对可能产生的二次污染的防治问题还有待于进一步深入研究。真正实现废弃电路板的资源化、无害化还有很多工作要开展。
5、 实现我国废弃电路板资源化的途径
5.1 做到有法必依,有法可依
5.1.1切实贯彻巴塞尔公约,严禁电子垃圾进入我国;积极应对欧盟两个指令,实行清洁生产。
巴塞尔公约中明文规定废弃电路板属于禁止出口的危险废弃物,我国作为巴塞尔公约成员国之一,要确实履行相应的权利和义务。严厉打击非法进口电子废弃物行为,防止我国成为其他国家电子垃圾堆放场。欧盟2003 年2 月13 日公布的《报废电子电气设备指令》和《关于在电器设备禁止使用某些有害物质指令》中明确规定,从2006 年7 月1 日起,进入欧盟市场的产品,不允许含有6 种有毒有害物质。这虽然给我国电子产品的出口带来了压力,与此同时也将积极促进我国印制电路板制造工艺的改进和完善,采用绿色设计,利用环境友善的物质进行清洁生产,对从源头上杜绝污染具有十分重要的意义。
5.1.2制定和完善相应的法规,做到有法可依。
由于废弃电路板的产生和资源化是一个比较新的课题,我国在废旧电子产品的回收与处理方面的法规正在制定和完善中。2003 年底信息产业部制定的《电子信息产品污染防治管理办法》明确规定,生产厂商、销售商、消费者以及政府部门对于废弃产品的回收、再生利用以及处理处置的相关责任和义务。国家发展改革委起草的《废旧家电及电子产品回收处理管理条例》(征求意见稿) 提出,建立废旧家电多元化回收和集中处理体系,实行生产者责任制,国家建立废旧家电回收处理专项资金,回收处理企业实行市场化运作,国家在政策上给予鼓励和支持等具体规定。这些条例的出台和实施,必将积极促进废弃电路板的资源化和无害化处理。此外,还需要进一步制定相应的法规和政策,规范电子产品的制造、回收、二手电子产品市场、拆解、处理等诸多环节。
5.2 形成合理高效的回收渠道
废弃电路板的回收是废弃电路板资源化的一个重要环节、中心环节,同时也是最困难的一个环节。如果缺乏一个高效、完整的回收体系,资源化处理是无从谈起的。通过何种回收体系,既能让消费者将废弃电路板送入回收渠道,又能以较低的成本到达处理企业,是当前迫切需要解决的问题。
5.3 加快技术研究的步伐,进行规模化处理
现有的废弃电路板拆解工艺,技术比较落后,还没有形成规模化、机械化操作,潜在的二次污染防治问题没有得到有效解决。因此应当加快废弃电路板资源化研究工作,进行废弃电路板中含阻燃剂非金属的无害化处理的研究;含汞电池以及各类电容的资源化处理的研究;分选过程及分选过后产生的粉尘、废液、废气的监测与无害化处理技术的研究等等。真正做到资源化和无害化处理,并且希望通过高效的回收渠道,进行规模化处理,避免小规模生产、只注重眼前利益而不顾环境保护的现象发生。总之,废弃电路板的资源化是个系统工程,当前还面临着许多问题和困难,需要政府和社会各界共同努力,才能真正实现资源化和无害化。
6、 结束语
印刷电路板( PCB) 是城市垃圾中增长速度最快且具有较高回收利用价值的一类有害固体废物，其数量的增长给环境带来极大的压力,成为一个亟待解决的问题。对其回收及资源化利用不仅可以减轻环境污染而且可回收有用成分。采用机械分离的方法对印刷电路板( PCB) 进行回收利用,既符合环境要求,又可以获得一定的经济效益。目前,机械分离方法还处于发展阶段,现有的工艺还需要进一步完善,以提高回收率和回收纯度。同时,印刷电路板(PCB) 的处理不仅是一个技术问题,也是一个管理问题,我国要走可持续发展的道路,必须加强立法,限制对环境造成严重污染的产品的发展,开发并研制符合环境要求的绿色电子产品。其次,要鼓励发展电子废弃物回收处理行业,加强回收处理网络建设,研究开发一批急需的无害化处理技术和再生资源加工利用技术,建设若干规模大、管理先进、符合环境要求的电子废弃物回收,拆解中心和规范化的再生资源交易市场。
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