國外電子廢棄物的回收利用技術
1 電子廢棄物的成分及危害
電子廢棄物(WEEE)主要是指家用電器、計算機通信設備、工業控制設備等電子產品使用后報廢或淘汰的、不能再用作原用途的廢棄物。
電子廢棄物中含有金屬、塑料、玻璃等多種可再生利用的材料。冰箱、洗衣機、電視機等家電產品中的可再生利用材料含量在50%以上;廢舊電腦、手機等高科技產品的電子元器件里還含有許多貴重金屬及稀有金屬,芯片電路板上還含有一定量的黃金,一些零部件都可以被重新利用。
電子廢棄物與一般的城市生活固體垃圾有很大的不同。如廢舊顯像管是易爆型廢物;陰極射線管玻璃、印刷電路板上的焊錫及塑料等也屬于有害物質;計算機含有700多種化學原料,其中50%對人體有害;電腦中有含溴阻燃劑和以硅酸鹽形式存在的鉛、鎘、汞、鉻等有毒貴重金屬等。如果對這些廢舊電子產品不加以妥善處理,只是簡單填埋或焚燒,就會對土壤、水質和大氣造成很嚴重的污染。同時,由于許多貴金屬是不可再生的資源,所以簡單填埋或焚燒也是對資源的一種極大浪費。
2 國外電子廢棄物的回收利用技術
目前,電子廢棄物已經對各國環境構成了很大威脅。歐洲大多數國家已經在國家層面上建立了相應的回收體系。在德國,電子廢棄物回收處理企業一般規模都不大,其回收體系主要是建立在市政系統或制造商聯盟的基礎上,大多為市政系統專業回收處理公司、制造商專業回收處理公司、社會專業回收處理公司、專業危險廢物回收公司等。在美國,電子廢棄物的資源化產業已經形成,業內有公司400多家,這些公司主要分為專業化公司、有色金屬冶煉廠、城市固體廢物處理企業、電子產品原產商(OEM)和經銷商。
2.1 電子廢棄物的分類回收和拆卸
電子廢棄物的分類回收和拆卸通常是指電子廢棄物在分類回收后運往拆卸公司,再由拆卸公司拆卸成各種碎片。其拆卸流程見圖1。
在瑞典的斯特曼技術中心,電子廢棄物先是被大致分成5大部分,即:大的金屬零件、PCBS、包裝材料、塑料零件和陰極射線管,然后再進一步拆分成70多種不同的碎片。
在拆卸的過程中,對可再使用的部分如:存儲器片、集成電路等可進行修理或升級以延長其使用壽命;對含有害物質的部分如:水銀開關,鎳-鎘電池和含有多氯聯苯的電容器等可預先拆下來,通過可靠性檢測后再對其進行單獨處理。
貴金屬成分含量的多少是衡量電子廢棄物價值高低的基礎,價值高的電子廢棄物的貴金屬含量較多(如電腦的PCBS);價值低的電子廢棄物的貴金屬含量較少(如電視、錄影機的PCBS)。但不論電子廢棄物價值高低,其處理流程基本是相同的。
2.2 取樣
取樣是電子廢棄物回收中必不可少的環節。電子廢棄物的取樣是利用放射線確定其中貴金屬及銅的含量,并檢查其中是否含有汞、鉍、銻、多溴化物阻燃劑等雜質,因為這些雜質可能會影響回收過程,增加回收成本。
取樣的過程是先將樣料進行熔化、粉碎,加工成粉末后再進行取樣分析。
2.3 電子廢棄物中金屬的回收
一般來說,電子廢棄物中金屬的回收過程比較復雜,通常是先通過高溫使金屬和雜質分離,然后通過幾個相應的加工流程來提煉各種金屬。電子廢棄物中的銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鈀(Pd)等貴金屬一般通過煉銅爐加工回收。
圖2是瑞典Boliden公司以及加拿大Noranda公司針對含貴金屬的電子廢棄物的回收流程簡圖。
2.3.1 熔化
取樣后的不同的電子廢棄物經過均勻混合,作為原料加入到熔爐中。
在焚燒開始時需加入一些燃料,當熔爐溫度為1200℃~1250℃、PCBS所含能量為35~36GJ/t時,其加工過程就可靠PCBS中所含的有機物釋放的能量來維持。在冶煉過程中有兩部分是放出熱量的:塑料的燃燒和金屬鋁的氧化。為了控制冶煉溫度不至于過高,需要加入FeSiO3以形成氫氧化鋁,同時還要控制加入塑料的數量。
在熔煉過程中,熔融的電子廢棄物頂層是爐渣,底層是黑色的銅。黑色的銅和少許礦渣流入轉爐中,剩下的爐渣和礦石一起通過浮選來回收一些貴金屬。最后剩余的爐渣堆放在殘渣中,可進一步濃縮、精煉回收貴金屬。
2.3.2 轉化
來自熔爐的黑色的銅加入到銅轉爐中,混合精煉成銅礦石,即所謂的冰銅。通過吹入含氧量較高的空氣氧化熔融銅中的鐵和硫磺,從而凈化銅,并加入硅酸鹽形成爐渣,其加工溫度在1200℃左右。轉爐的加工過程是放熱過程,氧化過程能提供足夠的熱量使轉爐運行。
上層爐渣主要包括鐵、鋅;較低層是水泡銅或白銅。爐渣可以通過進一步的凈化得到副產品鐵砂和鋅渣,再通過電爐加工鐵砂和鋅渣得到鐵和鋅。轉爐中產生的工業廢氣經過處理后得到的金屬塵土,可進行再回收。
2.2.3 陽極鑄造
氧化的水泡銅(98%的銅)從轉爐中出來時注入液氨還原,從而鑄成陽極銅,即所謂的陽極鑄造。成形的陽極銅含99%的銅和0.5%的貴金屬。
2.2.4 電解銅
銅電極通過電解提純(加工過程中的直流電約20000A)。利用硫酸和銅的硫酸鹽作為電解液,陽極板和由不銹銅組成的陰極板置于電解液中,使銅能夠轉移到陰極板上(一般可獲得99.99%的純銅陰極),而貴金屬和雜質則作為陽極的附著物留在陽極板上,可進一步進行提煉。
2.3.5 貴金屬的精煉
在精煉廠,金、銀、鉑、鈀、硒可再生,貴金屬在加拿大Noranda公司煉銅爐中的精煉加工過程見圖3。
在加工過程中,陽極附著物被瀝濾,從溶有銅的碲化物和鎳的硫酸鹽的溶液中獲得銅的硫酸鹽和碲,殘渣被烘干后再通過貴金屬熔爐精煉。在熔煉過程中,硒作為先被回收的一部分,剩余部分被澆鑄成銀陽極后在高強電流下精煉,以獲得高純度的銀、金粘液,過濾金的粘液可使含金和鈀/鉑的雜質沉淀。
2.3.6 錫/鉛的回收過程
在熔煉過程中,75%~80%的鉛來自釬料,在加工釬料的過程中,15%~20%的鉛隨著工業廢氣蒸發,約5%的鉛殘留在礦渣中,可在浮選回收銅和其他貴金屬時獲得。
在Kaldo爐(鉛熔爐)中,鉛存在于工業廢氣或者爐渣中。爐渣中的鉛,可在銅流程中捕獲;而存在于工業廢氣中的鉛,經過氣體加工廠,大多數都直接或間接地進入到轉爐中,伴隨著工業廢氣的蒸發,99.9%的鉛將會作為灰塵在氣體過濾裝置中被捕獲。
大約90%的錫由Kaldo爐進入銅轉爐,其中絕大多數會伴隨著工業廢氣排出。錫在工業廢氣中的回收路徑與鉛相同,大多數錫作為灰塵被過濾器捕獲。
2.4 電子廢棄物中非金屬的回收處理
電子廢棄物中所含的非金屬成分主要是樹脂纖維、塑料和玻璃。PCBS基板中所含有機物(包括樹脂纖維)在Kaldo爐中作為燃料產生熱值維持爐溫,最后產生的爐渣可用作筑路材料。塑料主要來自于計算機、電視、洗衣機等的外殼制件,熔化后可作為新產品的原材料使用,或者被用作燃料。玻璃主要來自于陰極射線管顯示器,因為含有鉛,玻璃被歸屬為危險物品,一些公司用顯示器碎玻璃制造新的陰極射線管。
3 小結
目前我國的電子信息技術產業已經成為發展最快的產業之一,電子廢棄物的處理也已經成為21世紀我國亟待解決的問題之一。而我國電子廢棄物的回收和處理產業尚剛剛起步,我們應努力解決電子廢棄物處理中存在的種種問題,吸收和借鑒國外先進的處理技術,使我國的電子制造業和電子廢棄物處理業協調發展。
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