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电子废弃物机械分离回收处理方法探讨

日期:2012/03/14[返回]

摘要:目前,电子废弃物的资源化利用正成为1个全球性的紧迫问题。针对电子废弃物增长较快,对环境产生严重污染,对人们的生产生活及身体健康产生较大影响的现状,从电子废弃物的增长性、危害性、潜在价值等方面,阐述了电子废弃物的主要特点;从电子废弃物的拆解、破碎、分选等方面,阐述了电子废弃物机械回收利用的一些方法。指出电子废弃物的机械分离回收与其他回收方法相比,污染小、效率高、方法简单、成本低、容易规模化。介绍了国内外电子废弃物机械处理的研究现状及在工业上的应用与发展,可为国内在这方面的应用提供借鉴。
关键词:电子废弃物;回收处理;机械分离;资源化利用
1、引言
电子废弃物的增加速度约(16%~28%)/5 a,比总废物量的增长速度快3倍,是目前世界上增长量较快的垃圾。电子废弃物含有大量的金属,有效地回收并合理利用将产生良好的经济效益和生态环境效益。电子废弃物的回收在国外开展较早,国内***近几年也开始起步,本文阐述了电子废弃物的主要特点和机械回收利用的一些方法,介绍了国内外电子废弃物机械处理的研究现状及工业上的一些应用。
2、电子废弃物的特点
2.1电子废弃物数量迅速增长
电子工业的快速发展及其市场膨胀是电子废弃物数量高速增长的主要原因。随着电子产品的作用日益重要,电子废弃物的数量也逐年递增,但大量的电子废弃物都没有得到合理的回收利用。据统计,目前芬兰每年产生的电子废物达11万t,德国200多万t,整个欧洲约650万t,美国电子废物占全美固体垃圾总量的2%~5%,而我国的电子废物数量每年约250万t。就目前而言,我国电视机社会保有量约为4.0亿台,电冰箱约为1 .5亿台,手机约5.5亿个,洗衣机约1.9亿台,个人电脑约5 000万台,空调约8 000万台。而家用电器的更新周期一般为8~10 a,电脑为3~6 a,手机为18个月,这些电器按照使用寿命计算,目前均进人报废高峰期。经权威统计部门预测,我国未来3a电脑产生量及年度报废量如表1所示。由此可见,中国电子废弃物数量惊人且处理现状不容乐观。
表1中国电脑废弃预测量(2007-2010年)
 
2.2电子废弃物的危害
电子产品在给人们生活和工作带来便利的同时,也给人类健康构成了潜在的威胁。电子废弃物中含有多种有毒有害物质或元素,如重金属铅、汞、镉、铬、硅等元素,以及多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)等有毒化学物质。铅能破坏神经、血液系统,影响大脑的发育;汞破坏脑部记忆力,对大脑、中枢神经和胎儿造成严重危害;镉对肺部产生损害、引发肾脏疾病,导致慢性中毒;铬大量吸人可致肿瘤,引起溃疡、痉挛及哮喘性支气管炎,属致癌物质;晶状体硅会引起肺病、肺气肿、呼吸道障碍疾病、淋巴结纤维症,也属致癌物质;多溴联苯和多溴联苯醚影响人体内分泌系统、干扰荷尔蒙,影响人体生殖功能。可以看出,电子废弃物中含有大量有毒物质,如果处理不当,将对环境和人类健康构成极大的威胁。
2.3电子废弃物的潜在价值高
目前,中国电子产品市场已达上万亿元的规模,电子工业产值占世界第4位,每年产生的废弃物也是逐年递增。表2为电子废物的主要组分,整体而言,金属和塑料占电子废弃物总量的比例高,除一般金属外,还有大量稀有金属,可回收利用的潜在价值高。丹麦技术大学的研究结果显示:随意搜集的1t电子板卡中含有大约272.16 kg塑料、129.73 kg铜、0.45 kg黄金、40.82 kg铁、29.48 kg铅、19.96 kg镍、9.98 kg锑。如果能回收利用,仅0.45 kg黄金就价值6 000多美元。可以看出,电子废弃物蕴藏巨大商机,回收利用空间大。
表2电子电器废物所含的主要组成及质量比例
 
3、电子废弃物的机械处理
电子废弃物机械处理能够减小废弃物的体积,实现废弃物组成物质的分离。机械处理方法根据材料间物理特性的差异如密度、导电性、磁性、表面特性等进行分选,电子废弃物的机械处理主要包括拆解、破碎、分选等3个过程。
3.1电子废弃物的拆解
拆解主要是分离有危险的或者有价值的零件,进行单独处理或检验合格后重新用于产品装配。通过拆解可以获得******的经济效益和***少的环境污染(见表3),同时使后续作业更加有效和充分。
表3典型拆解废物回收利用的效益(%)
 
IBM公司于1994年建成了1条废弃信息设备再利用及拆解生产线,3a间共处理了3 178万kg废弃设备及部件,通过再利用节约资金5 000万美元,通过销售工业标准件及回收商品获得的利润分别为1 000、500万美元。
3.2电子废弃物的破碎
单体的充分解离是实现高效机械分选的前提,破碎是实现单体解离的有效方法。对机械分离技术来讲,通过破碎的方法将有价物质从产品解离出来是关键的步骤。目前用于电子废弃物机械破碎的设备有旋转式破碎机(如瑞典的SR)、锤磨式及锤式破碎机、冲击和剪切式破碎机等。
3.3电子废弃物的分选
电子废弃物破碎产品的分选是根据电子废弃物不同成分的物理或化学性质的差异将物料分离,通常有干法和湿法分选2种。干法分选有干式筛分、气力摇床或气力涡轮分离、磁选、静电分离及涡电流分离等;湿法分选有水力旋流分级、浮选、水力摇床等。如zhangS研究利用气力摇床从电子废弃物中分选金属,其中金、银、铜的回收率分别为83%、91%、76%,品位也分别达328、1 908、72 g/t。 Krowinkel J M等采用涡流分选机分选废旧电视破碎产品 6 mm以上部分,可获得含76%铝、16%其他有色金属及少量玻璃、塑料的金属富集物,铝回收率达89%。电子废弃物的其他分选技术如干法筛分、气力分离、水力旋流器分离、浮选、水力摇床及重介质分选等,近年来也已广泛应用。
4、电子废弃物机械回收的工业应用与发展
机械处理法是发展***早、应用***广泛的电子废弃物分离回收方法。目前,在瑞典、德国、日本、美国以及加拿大等都有专门处理回收电子废弃物的企业,用各种机械处理法从废弃电视机、线路板、手机、电脑、空调等废弃电器中回收塑料、金属等材料。
4.1国内电子废弃物机械分离技术的应用
中国台湾地区菖蒲事业有限公司开发的电子废弃物处理工艺流程见图1,分选的混合金属再经过熔炼、铸锭、电解后生产铜和贵金属阳极泥,贵金属阳极泥再经过熔炼、铸锭变成粗金,然后精炼,这样获得纯金属。
在中国大陆,中国矿业大学温雪峰等采用高效冲击破碎机和滚筒静电分选机回收废电路板中的金属,静电分选得到(20.5)mm粒级金属富集体中,铜和铝的回收率分别达到95%和90%。清华大学自主开发了“废旧电路板分类-2段式破碎-重力分选”工艺,从废旧电路板中回收金属和非金属的富集体,其回收率均大于95%。北京航空航天大学开发了2段式“破碎-筛选-气力分选”工艺,从废旧印刷线路板中回收金属和非金属材料,所获得的材料纯度为95%,回收率达到95%。马俊伟等采用破碎机和高压电选机对废印刷线路板中的金属铜进行回收,电选试验经正交法实验优化影响参数后,(0.90.074)mm粒级的破碎产物经1次电选所得精料中,Cu的富集情况较好,由32.0%富集到63.6%,回收率为78.7%。像国内企业苏州伍得、浙江丰利等所研制的破碎、分选设备达到了国外同等水平,有些性能更领先于其他同类产品。
 
图1中国台湾地区菖蒲事业有限公司电子废弃物的处理工艺流程
4.2国外电子废弃物机械分离技术的应用
瑞典的Scandinavian Recycling AB(SR)是世界上大回收公司之一,该公司关于电子废弃物处理的基本流程见图2,涵盖了目前机械处理的基本方法。
 
图2电子废弃物处理流程
德国有Kamet Recycling Gmbh(公司)、Trischlerand Partner Gmbh(公司)以及Daimler-Benz UlmResearch Center等多家处理电子废弃物的回收中心。德国Trischler and Partner Gmbh(公司)对印刷电路板的机械处理流程见图3。经过该工艺处理,大约90%的人料都可以得到回收,成为原材料(如贵金属、有色金属、铁、塑料)重新用于生产。剩下的10%左右为垃圾,包括各种很难进一步处理以实现原材料回收的细粒物料、粉尘等等。
 
图3德国Trischler and Partner Gmbh的处理工艺流程
日本NEC公司开发的废电路板处理工艺见图3。
 
图3 NEC公司废电路板处理工艺流程
还有美国的矿产局(USBM)、加拿大的Noranda公司的Noranda recycling分公司、瑞士的Result公司等多种机械分离方法。
5、结语
随着电子信息产业的发展,电子产品的更新换代速度越来越快,电子废弃物数量大幅增加,对其回收利用不仅可以减轻环境污染,而且能回收有用成分,有很高的潜在价值。机械处理技术相对来说污染小、成本低、工艺简单,易规模化。随着各国对环境保护的重视及电子产品中贵金属使用逐年减少的趋势,电子废弃物的机械回收方法将会逐渐占据主导地位。

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