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廢印刷電路板機(jī)械回收及濕法冶金技術(shù)研究現(xiàn)狀

文檔作者：李桂春，苑仁財(cái) 文檔來(lái)源：黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月06日
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第30卷第4期(總第120期)
2011年12月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．30 No．4(Sum．120)
Dec．2011
廢印刷電路板機(jī)械回收及濕法冶金技術(shù)研究現(xiàn)狀
李桂春，苑仁財(cái)
(黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027)
摘要：廢印刷電路板的回收利用一直是電子廢棄物資源化研究中的難點(diǎn)問題之一。介紹了廢印刷電路板機(jī)械
回收和濕法冶金技術(shù)，并分析了其中存在的問題以及今后的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：廢電路板；機(jī)械回收；濕法冶金
中圖分類號(hào)：X76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—2617(2011)04—0272—04
隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，電子電器產(chǎn)
品更新周期越來(lái)越短，由此產(chǎn)生大量電子廢棄物。
印刷電路板作為電子電器產(chǎn)品的重要組成部分，
其組分復(fù)雜，硬度高，韌性強(qiáng)，含有多種有價(jià)金屬
及多種有害物質(zhì)，其資源化一直是電子廢棄物資
源化處置領(lǐng)域的難題[1{]。目前，電路板資源化最
常用的方法主要有機(jī)械物理回收法，濕法冶金、火
法冶金或幾種技術(shù)相結(jié)合的方法。本文綜述了前
2種技術(shù)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀。
1 廢棄電路板機(jī)械物理回收技術(shù)
機(jī)械物理回收工藝包括廢電路板的拆解、破
碎、分選等。該法的應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)70
年代末，當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)家礦產(chǎn)局(USBM)試圖采用
物理方法處理軍用電子廢棄物，采用的主要是錘
磨、磁選、氣流分選、電分選和渦流分選等冶金和
礦物加工技術(shù)r3。。隨后，各國(guó)科技工作者展開了
廣泛研究。
1．1 拆解技術(shù)
對(duì)廢棄印刷電路板進(jìn)行拆解不僅可以使其中
完好的元件重新得到利用，而且一些有毒有害物
質(zhì)和貴重金屬得到富集，降低后續(xù)處理難度[4]。
國(guó)外在20世紀(jì)90年代初期就實(shí)現(xiàn)了印刷電
路板的自動(dòng)化拆解。日本NEC公司[5]開發(fā)的自
動(dòng)化拆卸裝置，利用紅外加熱和兩級(jí)去除(水平和
垂直方向的沖擊力作用)實(shí)現(xiàn)穿孔和表面元件脫
落，然后再結(jié)合加熱、沖擊和表面剝蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊
料解焊；德國(guó)FAPS公司[6]是先將電路板置于加
熱的液體中解焊，再用特殊的機(jī)械裝置根據(jù)構(gòu)件
形狀分檢出可用構(gòu)件；澳大利亞R．Knoth，等[7]
則采用半自動(dòng)拆卸技術(shù)，運(yùn)用柔性拆卸單元和拆
卸組對(duì)印刷電路板進(jìn)行拆卸。
在國(guó)內(nèi)，易榮華等[83提出純物理拆卸方式，并
設(shè)計(jì)出螺旋拆卸裝置；劉志峰等[93采用液體加熱
拆卸技術(shù)，用油作為介質(zhì)對(duì)焊錫加熱，通過超聲波
振動(dòng)去除焊錫，從而使電路板元器件脫落；高瑞
等[1們采用紅外加熱箱加熱電路板，然后振動(dòng)使其
上的電子元器件振落。
1．2 粉碎技術(shù)
粉碎是機(jī)械物理回收技術(shù)中的重要步驟，其
目的是使電路板中的金屬和非金屬充分解離，為
后續(xù)的分選作業(yè)創(chuàng)造條件。印刷電路板主要是由
玻璃纖維強(qiáng)化樹脂板和附著其上的銅箔等金屬組
成，具有硬度高、韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，一般的礦用破碎
機(jī)械和常規(guī)破碎方法很難使其粉碎。目前，國(guó)內(nèi)
外對(duì)電路板粉碎的研究主要集中在粉碎機(jī)械研
發(fā)、濕法粉碎工藝和低溫粉碎技術(shù)等方面。
研究表明，具有剪切和沖擊作用的破碎機(jī)對(duì)
電路板的破碎效果較好[11。。瑞典的Scandinavian
回收公司L12]開發(fā)了一種旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī)，工作時(shí)靠
安裝在中間轉(zhuǎn)筒周圍自由旋轉(zhuǎn)的壓碎環(huán)與其內(nèi)壁
之間的剪切作用使物料粉碎。該種破碎機(jī)可以減
收稿日期：2010—12—20
基金項(xiàng)目：哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)基金(RC2010XK015005)資助項(xiàng)目。
作者簡(jiǎn)介：李桂春(1962一)，男，漢族，遼寧北票人，教授，博士，主要研究方向?yàn)槊禾考庸ず徒饘俜诌x。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第30卷第4期李桂春，等：廢印刷電路板機(jī)械同收及濕法冶金技術(shù)研究現(xiàn)狀·273·
少印刷電路板解離后產(chǎn)生的金屬纏繞現(xiàn)象。日本
NEC公司[53使用剪切式破碎機(jī)和具有剪切、沖擊
作用的磨碎機(jī)對(duì)電路板進(jìn)行2級(jí)破碎，其粉碎粒
度可達(dá)0．1～0．3 mm。ZKB剪切式破碎機(jī)的2
個(gè)輥?zhàn)酉嘞蜻\(yùn)動(dòng)，通過調(diào)整輥間距改變嚙合距離，
電路板豎直靠自重進(jìn)入破碎腔，在兩輥間純剪切
力作用下實(shí)現(xiàn)破碎【1引。該種破碎機(jī)可實(shí)現(xiàn)廢棄
電路板的粗碎，粗碎規(guī)則為20 mm×20 mm的方
塊。趙躍民等E143研究了廢棄電路板的選擇性破
碎，提出用剪切破碎機(jī)和錘式破碎機(jī)實(shí)現(xiàn)電路板
的粗碎和選擇性破碎，使一74肛m物料僅占
7．88％，而72．77％的金屬主要分布在0．5～2．0
mm粒級(jí)內(nèi)。
為了有效破碎廢棄電路板，解決沖擊破碎過
程中刺激性氣味和粉塵的二次污染，賀靖峰等【15]
研究了以水為介質(zhì)的濕法沖擊式破碎。試驗(yàn)采用
錘式破碎機(jī)，電路板由入料口進(jìn)入破碎腔，錘頭高
速運(yùn)動(dòng)沖擊物料，電路板在錘頭的沖擊、與腔壁的
碰撞以及物料自身碰撞過程中被粉碎，水流通過
進(jìn)水口進(jìn)入破碎腔，破碎后的產(chǎn)物以礦漿形式從
篩板流出。該種破碎方法得到的破碎產(chǎn)物粒度
96．79％分布在2 mm以下。
常溫下粉碎電路板由于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)
容易產(chǎn)生大量的熱，造成電路板熱解并產(chǎn)生有害
氣體，而且由于電路板的特性，粉碎效率低，設(shè)備
能耗大。低溫粉碎技術(shù)可以避免和有效解決以上
問題，該技術(shù)在20世紀(jì)90年代中期開始應(yīng)用于
廢棄電路板的粉碎。德國(guó)Daimler-Benz Ulm研
究中心[163將粗碎成20 lnm×20 mm大小的碎塊
磁選后用液氮冷凍，然后送入錘磨機(jī)細(xì)碎，取得了
良好的粉碎解離效果；美國(guó)Air Product公司開
發(fā)的低溫粉碎系統(tǒng)可以將物料粉碎至75 ttm，實(shí)
現(xiàn)金屬與非金屬的充分解離；鄒亮等[17]采用自行
設(shè)計(jì)的試驗(yàn)室低溫粉碎系統(tǒng)對(duì)電路板進(jìn)行低溫粉
碎試驗(yàn)，結(jié)果表明，在預(yù)冷溫度一120℃下冷凍5
min，線路板表現(xiàn)出很好的脆性，可以獲得較多的
細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品和較高的解離度；周翠紅等【18]對(duì)廢舊
電路板進(jìn)行低溫改性試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，低溫粗
碎可以在一定程度上提高生產(chǎn)效力，減少單位功
耗，一30～一40℃條件下的平均功耗較低，一30
℃左右平均功耗下降的最快。
1．3 分選技術(shù)
目前，應(yīng)用于廢舊電路板的分選技術(shù)大多來(lái)
自于礦物加工領(lǐng)域，主要根據(jù)破碎后電路板金屬
與非金屬的密度、電磁性能、表面性質(zhì)的差異進(jìn)行
分選，包括重選、磁電選、浮選。重選是根據(jù)物料
密度和粒度差異進(jìn)行分離，目前應(yīng)用較多的有重
介質(zhì)分選、風(fēng)力分選、脈動(dòng)氣流分選、搖床分選等。
磁電選是根據(jù)物料在磁場(chǎng)和高壓電場(chǎng)中的磁性或
電性差異進(jìn)行分離，包括渦電流分選、高壓靜電分
選等。浮選是根據(jù)物料表面對(duì)水和空氣的親疏程
度而進(jìn)行的分選分離。每種分選方法都有各自的
適用范圍，由于電路板粉末的復(fù)雜特性，實(shí)際生產(chǎn)
中往往是幾種方法聯(lián)合使用。
瑞典Scandinavian回收公司采用風(fēng)力分選技
術(shù)使破碎后的金屬粉末和非金屬粉末相分離；德
國(guó)Daimler Benz Ulm研究中心使用靜電分選方
法分離金屬粉末和非金屬粉末；13本的NEC公
司采用旋風(fēng)分離技術(shù)分離金屬和非金屬粉末[1引。
馬國(guó)軍等【20]研究了采用磁選和重選回收廢
舊電路板中的金屬，對(duì)破碎后的混合試樣分別采
用條形磁鐵進(jìn)行干法和磁選管濕法磁選，干法磁
選后的非磁性物質(zhì)采用重液分選工藝分離金屬與
非金屬。結(jié)果表明，采用磁選和重選聯(lián)合工藝可
以有效回收廢棄電路板中的金屬，其中Fe、Cu、
Pb、Zn、Ni和Sn的回收率分別達(dá)到100％、80％、
65％、75％、88％和56％。宋樹磊等[2¨采用試驗(yàn)
室氣流分選系統(tǒng)和顆粒高速動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)研究主
動(dòng)脈動(dòng)氣流分選機(jī)制及金屬回收，結(jié)果表明，在主
動(dòng)脈動(dòng)氣流中，低密度顆?？梢垣@得比高密度顆
粒更顯著的加速度效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)按密度分選。
溫雪峰等L22j研究了用靜電分選方法從廢棄電路
板中回收金屬，通過調(diào)節(jié)滾筒靜電分選參數(shù)，得到
0．5"--2 mm粒級(jí)的金屬富集體，Cu和Al的回收
率分別達(dá)到95％和90％。周翠紅等心31針對(duì)廢舊
電路板進(jìn)行空氣搖床分選試驗(yàn)，試驗(yàn)分為分粒級(jí)
人選和混合入選，結(jié)果表明，0．5～1．2 mm粒級(jí)
的物料分選效果較好，金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
84．87％，回收率為94．64％。
段廣洪等L2釘從1998年開始研究電子廢棄物
的資源化，目前建立了初步的試驗(yàn)室系統(tǒng)，提出了
破碎、磁選、電選、高效離心分選聯(lián)合流程，金屬回
收率達(dá)到90％以上。北京航空航天大學(xué)[1 9]針對(duì)
廢棄電路板工程化回收處理及再利用過程中所涉
及的處理工藝、生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)與制
造、再生料的二次利用等進(jìn)行了系統(tǒng)研究與開發(fā)，
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
·274· 濕法冶金2011年12月
提出了手工+機(jī)械拆卸、兩次機(jī)械粉碎、物理分選
(重選、渦流電選、磁選、靜電選和氣流分離等)，實(shí)
現(xiàn)了對(duì)廢舊電路板的有效回收處理，并設(shè)計(jì)出單
線年處理PCB 3 000 t的生產(chǎn)線。
2 廢棄電路板濕法冶金技術(shù)
濕法冶金技術(shù)回收廢棄電路板中的有價(jià)金屬
主要是利用電路板中的有價(jià)金屬能在硝酸、王水
等強(qiáng)氧化性介質(zhì)中溶解而進(jìn)入液相的特性，使絕
大部分貴金屬和其他金屬進(jìn)入液相而與其他物相
分離，然后從液相中回收各種金屬。采用濕法冶
金技術(shù)回收廢舊電路板中的金屬時(shí)，需要經(jīng)過拆
解、挑選(大塊可見金屬，不含貴金屬的部件)、粉
碎(通常對(duì)粉碎后的粉末進(jìn)行金屬和非金屬分離)
等工藝，然后化學(xué)浸出其中的貴金屬或其他有價(jià)
金屬。因此，濕法冶金技術(shù)可以作為機(jī)械物理法
處理廢棄電路板的后續(xù)工藝。
英國(guó)Johnson Matthey電子有限公司于20
世紀(jì)70年代末開始研究用濕法冶金技術(shù)從電子
廢棄物中提取貴金屬，并提出了一種初步回收工
藝Ez5]。巴西圣保羅大學(xué)的Soares Tenorio等[26]
在前人研究基礎(chǔ)上改進(jìn)推出了一種浸出工藝。該
工藝在浸出前采用物理方法分選出影響貴金屬浸
出的其他金屬，使后續(xù)浸出工藝簡(jiǎn)化，浸出效率提
高。在(NH。)。SO。和NH；Cl一氨溶液中，利用
Cu(11)作氧化劑浸出PCB上的金屬銅，Cu(II)
將金屬銅還原成Cu(I)形成Cu(NH。)2+，再通
過萃取分離出Zn、Pb、Mn等雜質(zhì)，然后電解得到
高純銅[ZT-Z8]。
我國(guó)開始相關(guān)研究起步較晚，但發(fā)展較快。李
晶瑩等[29]研究了石硫合劑法浸出廢棄線路板中的
金。在固液質(zhì)量體積比1：3、亞硫酸鈉濃度0．1
mol／L、硫酸銅濃度0．03 mol／L、氨水濃度0．5
mol／L、反應(yīng)時(shí)間2．5 h、反應(yīng)溫度40℃、pH=10
條件下，金浸出率達(dá)85％以上。王哲等[30]采用甲
基異丁基甲酮(MIBK)提取廢舊線路板中的金，通
過Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出相比、萃取時(shí)
間和萃取溫度為主要影響因素，并經(jīng)響應(yīng)曲面法分
析優(yōu)化了這3個(gè)參數(shù)：在相比、萃取時(shí)間和萃取溫
度分別為0．58。1、9 min和20℃條件下，金萃取
率為98．36％。李玉文等[31]研究了硫脲對(duì)電腦主
板中金的浸出過程，得出在硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％、
Fe3+質(zhì)量濃度4．5 g／L條件下浸出60 min，金浸出
率最大，可達(dá)91．14％。徐渠等‘32]采用碘化法浸出
廢棄電路板中的金，常溫下，當(dāng)?shù)獾馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為
1．1％、碘與碘離子的物質(zhì)的量比為1：10、雙氧水
體積分?jǐn)?shù)為1．5％、浸出時(shí)間為4 h、固液質(zhì)量體積
比為1；10、pH為中性條件下，金最大浸出率達(dá)
97．5％。
3 結(jié)語(yǔ)
機(jī)械物理法綜合回收廢舊印刷線路板受到越
來(lái)越多的學(xué)者和企業(yè)關(guān)注，已開發(fā)出高效拆解、粉
碎、分選設(shè)備以及優(yōu)化回收生產(chǎn)線。但機(jī)械物理
法得到的產(chǎn)品并不是最終產(chǎn)品，需要進(jìn)一步分離、
提純、精煉。濕法冶金技術(shù)可以作為機(jī)械物理處
置的后續(xù)作業(yè)，但濕法冶金技術(shù)存在化學(xué)藥劑消
耗量大、浸出液及其殘?jiān)哂懈g性和毒性、難于
回收所有金屬、不能回收非金屬等問題。從目前
的研究水平和深度來(lái)看，采用”機(jī)械物理分離+濕
法冶金回收”工藝處理廢棄電路板具有可以在短
期內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，但其整體工藝流程
的優(yōu)化和生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染防治仍是今后研
究的重點(diǎn)。
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Status of Mechanical and Hydrometallurgical Technologies in
Recycling Waste Printed Circuit Boards
LI Gui-chun．YUAN Ren-cai
(College of Resource&amp;amp;Environment Engineering。Heilongjiang Institute of Science&amp;amp;Technology，
Harbin 150027．C^ina)
Abstract：The recycling of waste printed circuit boards has been a difficult problem in electronic waste
recycle．This paper focuses on mechanical and hydrometallurgy technologies about waste printed
circuit boards，reviews the research status，and gives a brief analysis on some problems and the future
of these technologies．
Key words：printed circuit board；mechanical and physical recovery；hydrometallurgy

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