電子廢棄物機械回收的研究現狀與發展
經濟發展及科技進步，使電子廢棄物成為城市中增長最快的一類固體垃圾。電子廢棄物根據來源可分為：產品生產過程中產生及使用壽命到達后廢棄的兩類。由于生產電子產品的精密度要求是產生前者的主要原因。研究表明，生產計算機過程中，平均每生產0.454kg產品就會產生1.362kg廢棄物，其中含有大量的電子廢棄物。臺灣每年生產過程中僅廢棄的印刷線路板就高達10萬t。
電子工業的高速發展及市場膨脹使電子電器設備的更新換代加速，使用年限越來越短，也促成電子廢棄物的迅速增長。
隨著各國對環境保護及二次資源利用的重視，電子廢棄物資源化研究成為熱點。由于一般生產中產生的電子廢棄物成分較單一，其處理及回收利用也較方便。但電子廢棄物有大到冰箱，小到電動牙刷之類的迷你型家電，品種類型可達數百種之多，其成分及處理方式都相當復雜，即使在資源化較先進的歐盟，目前也僅有10％被單獨收集，而90％卻作為普通垃圾處理，其中包含電池、金屬及合成材料等污染物。歐盟計劃2004年人均回收電子廢棄物4kg，這僅達到電子廢棄物年產量的25％；2006年要求對廢棄照明及大家電的回收達到80％，IT電子通訊產品達到75％，小家電、家用設備、工具及玩具達到60％。
文中著重分析了電子廢棄物的主要特點，并詳細介紹了渦流電選、搖床、磁選等機械分選方法。
1電子廢棄物的特點
1.1電子廢棄物的增長性
據美國統計，1992年電腦平均壽命為4.5年，預計到2005年僅為兩年。這將導致廢棄電腦的急劇增長，單美國1998年達2060萬臺，到2005年將達1億臺，而且這在電子廢棄物中僅占很小的比例。美國環境保護署估計每年的電子廢棄物占城市垃圾 2.1億t的1％。歐盟電子廢棄物更是年達600～800萬t，占城市垃圾的4％，且每5年以16％～28％的速度增長，是城市垃圾增長速度的3倍～5 倍。日本每年廢棄的家電也可達60萬t，占城市垃圾的1％。中國是家用電器的生產及使用大國。自20世紀80年代中期，家用電器大量進入家庭，目前電冰箱的社會保有量達1.1億臺，洗衣機1.5億臺，電視機更是高達3.2億臺。由于這些大型家用電器的使用年限均已達到或超過了使用壽命，因而按社會保有量測算，今后幾年將進入更新期的電冰箱每年約400萬臺，洗衣機500萬臺，電視機500萬臺中國家用電器更新報廢2003年將進入高峰。
1.2電子廢棄物的高價值性
電子廢棄物中含有40％的金屬、30％的塑料及30％的氧化物(參見表1及表2)。
表1幾種典型電子設備的成分％
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表2廢棄線路板的成分％
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由表中看出，電子廢棄物含有大量可供回收利用的金屬、玻璃及塑料等。如廢棄線路板僅銅的含量即達20％，還含有鋁、鐵等賤金屬及微量的金、銀、鉑等稀貴金屬。1968年，美國和西歐在電子產品中耗費的金達82t，1973年更是達到127t的高峰，自1978年以后，金的消耗量保持在80t／a，這使得電子廢棄物比普通垃圾具有高得多的價值。根據金屬含量的不同，每噸電子廢棄物價值可達幾千美元，甚至高達9193.4美元。此外，電子廢棄物中還含有較高價值且仍可使用的元器件，如內存條等，由此可見回收利用的價值。
1.3電子廢棄物的有害性
巴塞爾公約將廢棄的計算機、電子設備及其它廢棄物規定為“危險廢物”(表3)，1995年70多個國家，包括絕大部分發達國家在這一公約上認可簽字。
表3電子廢棄物中的有害成分
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由表3看出電子廢棄物含有大量的有害物質，如美國新澤西州城市固體廢棄物中鎘、鉛、汞的含量分別達l5.25、543.25、3.25mg／kg，而廢棄家電是其主要來源。美國環境保護署估算，2000年城市垃圾中有1／3的鉛來源于陰極射線管及廢棄線路板，是僅次于鉛酸電池的鉛污染源。對于計算機，按每臺平均含鉛2.724kg估計，在未來五年中，僅廢棄計算機就有約4540萬kg鉛進入城市垃圾中。這些有害物質在處理過程中稍有不慎，就將進入地下水或空氣中，引起嚴重的環境污染，給人類帶來危害。
2電子廢棄物的性質與機械處理
2.1性質的差異性和成分的復雜性
電子廢棄物的特征是顯著的差異性和高度的復雜性。它的組成不管是有機物還是無機物都是極端多樣化的。據報道，計算機制造中為了各種目的，就塑料而言就使用了40多種，其中還附有阻燃劑和其他的添加劑。
因電子廢棄物中多樣的物種和成分的固有差異，這提供了通過機械回收和分選的可能性。表4列出了它們的密度范圍，說明可使其實施機械處理和回收。
2.2密度的差異性
如表2所示，由于電子廢棄物中包含了多種不同物質，因此密度也各不相同，實際上它們解離后，由于受重力不同，可通過特定的方法使其分離。已做了很多從電子廢棄物中分離金屬的嘗試，機械回收工廠已經成功地開發使用了搖床技術。早在1942年氣力搖床就用于選種業及光纜或電線的回收，近年來已廣泛地用于電子廢棄物的分選。氣力搖床是根據顆粒質量的不同實現分選的，物料供給到床面一端，與通過床面孔隙吹入的空氣混合、流態化并分層，重顆粒落向床面并在床面振蕩的推動作用下向床面上端運動，輕顆粒浮在上部并向床面另一端運動，由此實現不同質顆粒的分離。很明顯，氣力搖床分選包含兩個顯著步驟：分層和分離。實際上氣力搖床是流化床、振動床和空氣分級器的組合。為了保證依據重力有效分層，入料必須是相似粒度。
Zhang等研究利用氣力搖床從電子廢物中分選金屬。金屬銅、金、銀的回收率分別為76％，83％及91％，品位也分別高達72％及328、1908g／t。
表4電子廢棄物中一些物質的密度
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2.3磁電的差異性
電子廢棄物包含鐵磁體和有色金屬或合金。通過磁選機能夠容易地分選鐵磁體；作為良好導體的很多有色金屬可以通過靜電和渦流分選出來。渦流電選機是根據顆粒電性的差異實現分選的。其原理為：帶有永久磁鐵迅速旋轉的鋼管將在有色金屬的導體中產生渦流，渦流又產生排斥原磁場的磁場，由排斥力和重力組成的合力作用于金屬導體上，從而將導體和非導體分離。Zhang等利用一種新開發的渦流分選機從電腦及線路板廢棄物中回收金屬鋁，可獲得品位高達85％金屬鋁的富集體，回收率也可達到90％。KrowinkelJ.M.等采用渦流分選機分選廢舊電視機破碎品中6mm以上部分，可獲得含 76％鋁，16％其它有色金屬及含少量玻璃和塑料的金屬富集體，鋁回收率達89％。
2.4破碎的解離度
解離度和粒度在機械回收中起著重要作用。由于解離度顯著影響分選過程和回收物質的質量，以及回收的能量消耗。試驗發現，破碎時電子廢棄物的解離度和粒度相對較大，因此，機械回收就能利用這個特征。
鐵磁體能被磁鐵吸走，有色金屬通過渦流而從中分離。已證實，將電子廢棄物破碎到<5mm時，金屬解離度能達 96.5％～99.5％。
3機械回收的應用和發展
機械回收包括拆解、粉碎、物料的分選等處理過程。處理過程又分：①修理或升級后的整機再利用；②拆解的元器件再利用；③物料的回收利用。
3.1拆解
拆解的目的：①拆除含有有害物質部分，如含鉛電池、電容器等；②拆除具有一定價值且仍可繼續使用部分，用于舊設備的修理、新設備的生產等，如計算機內存條、集成塊可用于某些玩具的生產；③拆除需采用特殊方法單獨處理的部分，如顯像管、線路板等；④通過拆解回收部分有用件，如計算機機箱、顯示器外殼及玻璃等。
傳統拆解為手工，有時借助于機械設備，費工費時。 StennettA.D.等研究了采用化學或機械等非熱法拆除線路板表面元器件的技術，包含影像、運輸、脫焊及自動系統？捎糜诨厥站路板的有用元器件的半自動拆解生產線已見諸報道。大型電器的機械或自動化拆解線，如電視機、冰箱等廢舊家電的分類及拆解已實現工業應用。IBM公司于1994年建成了一條廢棄信息設備再利用及拆解生產線，三年間共處理了3178萬kg廢棄設備及部件，通過再利用節約資金5000萬美元，通過銷售工業標準件及回收商品獲得的利潤分別為1000萬及500萬美元。德國一電子廢棄物回收廠有多條電子設備拆解線，可拆解200kg以上的大型電子設備或電話機等小設備。通過拆卸廢棄電腦可得到：聚氯聯苯電容器，電池，汞部件及其他有害物質，同時可得到電纜，塑料，印刷線路板，陰極射線管和金屬等。
3.2電子廢棄物的破碎及不同成分的解離
破碎的目的是使廢棄電子設備的各種成分互相分離。由于電子廢棄物中各種組成之間的結合力非常小，因而一般在破碎階段就可獲得相當高的金屬與非金屬的單體解離度。ZhangS.等采用以剪切力為主的破碎設備取代以沖擊力為主的錘式磨破碎電子廢棄物，發現破碎產品在3mm以下時，需要的金屬就已經基本解離；鐵磁體除16mm以上與塑料插緊的部分之外，其它部分的解離度相當高；7mm以上的鋁也有較好的解離度；破碎產品中的粗粒部分只有銅的解離度較低，其原因在于線路板中薄片銅及銅絲的存在使銅的解離效果不是很佳。
3.3電子廢棄物機械處理的工業應用
電子廢棄物的資源化回收研究始于1969年。美國礦業局嘗試從廢棄軍事設備的破碎產品中回收貴金屬，并建成了處理量達0.23t／h的中試廠。其處理流程為：廢棄軍事設備經錘式磨破碎后，再經氣力分級，磁選除鐵，渦流分選等作業回收銅一鋁合金，再用電選機回收金屬富集體。此后隨著人類對二次資源利用及環境保護的重視，電子廢棄物的資源化回收研究迅速發展，特別是歐洲，已建成了多家電子廢棄物機械回收廠。圖1為1991年在波蘭建成的現代化復雜電子廢棄物回收廠回收工藝流程，處理的電子廢棄物包括廢棄軍事設備及電訊設備等。廢棄的電子設備經破碎、磁選除鐵、分級、渦流及重選作業，可得到不同金屬的富集體，其中所得到的鋁顆粒經熔煉即能滿足AlSi5Cu合金標準。
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圖1波蘭某電子廢棄物處理廠流程
德國一電子廢棄物回收廠年處理廢棄電子設備達3萬t，其流程如圖2所示。廢棄電子設備經拆解、破碎、分級及渦流、氣力分選，可獲得鐵、有色金屬及非金屬富集體。其中鐵富集體含鐵高達95％～99％，有色金屬富集體含有色金屬在91％～99％，非金屬富集體的金屬含量在0.5％～5％j。亞洲國家中，日本在電子廢棄物資源化研究處于領先地位，圖3為日本一廢棄線路板處理流程。
在重力分離階段，100～300μm區間銅的回收率高達94％，經靜電分選，銅的富集體含銅可達82％。
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圖2德國某電子廢棄物回收廠流程
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圖3廢棄線路板破碎及分離流程
我國近年來也已開展了電子廢棄物的資源化回收與利用研究，如廢舊電池的處理及回收，廢棄線路板的選擇性破碎與金屬回收等，但大多處于實驗室研究階段。電子廢棄物的回收及利用不僅可以減輕環境污染，而且能減緩我國資源短缺的壓力。隨著我國政府及企業對環境保護及二次資源利用的重視，電子廢棄物的資源化研究有望取得更大的進展。
4結論
電子廢棄物是城市垃圾中增長速度最快且具有較高回收利用價值的一類有害固體廢物，對其回收及資源化利用不僅可以減輕環境污染，而且能回收有用成分。電子廢棄物的機械分離具有污染輕及可回收電子廢棄物中各種成分的優點，可實現資源的綜合回收及利用，這一經濟與環境友好的回收方式必將在21世紀取得更大的發展。
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