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廢棄印刷線路板的資源回收

發布者:永昌機械   發布時間:2016-4-19 8:42:07

    廢棄印刷線路板作為一種典型的電子廢棄物,其資源化研究已經成為當前電子垃圾處理的熱點問題?;鸱ㄒ苯?、濕法冶金和機械/物理法是目前主要的回收方法?;鸱ê蜐穹ㄒ苯鹨曰厥战饘贋槟繕?,處理過程中產生的廢水、廢渣、有毒煙氣易造成嚴重的二次污染。機械/物理法利用破碎、篩分、分選等物理過程富集分離金屬和非金屬,環境污染小,在資源化回收中占據了主導地位?,F有的回收方法多側重線路板中金屬的回收,較少涉及占總量50以上的非金屬成分的資源化和無害化。非金屬物料除了少數用作填料外,更多是作為垃圾填埋,不僅樹脂和玻璃纖維等有價物質得不到充分利用而流失,而且其中的阻燃劑、殘余金屬等有害物質也易通過各種途徑污染環境。因此,合理回收處理這些物質成為廢線路板資源化面臨的新課題。
  熱解是在缺氧或無氧條件下將有機物加熱至一定溫度,使其分解生成氣體、液體(油)、固體(焦)并加以回收的過程。近年來有機廢棄物熱解技術以其較低的污染排放和較高的能源回收率得到越來越多的應用。采用熱解技術處理廢線路板,不僅能回收線路板中的金屬,同時也能實現樹脂、玻璃纖維等非金屬成分的資源化,具有一定的吸引力。因此一些學者相繼開展廢線路板熱解技術的理論研究和工程實踐。
  熱解過程研究廢線路板熱解的一般工藝流程如所示。先拆除線路板上的元件,然后將板材粉碎至一定尺寸送入反應器中熱解。環氧樹脂等聚合物材料在惰性氣體保護下加熱到一定溫度發生熱分解,生成低相對分子質量的物質。冷凝由反應器出來的熱解油氣,得到不凝性氣體和液態熱解油。金屬和玻璃纖維等成分基本不發生性質變化,留在反應器中作為固相殘渣,采用簡單的物理方法即可分離回收。
  熱解產物線路板熱解氣體主要成分是CO2、CO、HBr、低級脂肪烴和一些低相對分子質量的芳烴。熱解氣體具有一定的熱值,可對其進行熱量回收,作為熱解過程的熱源。
  熱解油成分復雜,沸點范圍大,熱值高,具有類似原油的性質。熱解油含有許多有價值成分,如能得到合理回收利用,必將大大提高整個熱解工藝的經濟性。目前熱解油的回收利用有以下兩方面。
  作為燃油使用當處理規模不大、熱解油產量較低時,將其作為燃料利用簡單可行。Chien等通過常壓蒸餾熱解油,得到輕石腦油、重石腦油、輕質油氣和重質油氣4種餾分。具有較高熱值的高溫餾分作為低級燃油出售,經過適度氫化和脫氧、脫水處理的低溫餾分石腦油和輕質油氣可作為汽油和柴油的主要成分回收使用。
  提取高附加值物質作為化工原料熱解油主要成分苯酚和異丙基苯酚等都是重要的有機化工原料,廣泛應用于塑料、醫藥、農藥、染料、涂料等領域。這些物質如能分離提取應用的話,會比單純的燃油更具回收價值。王清等通過間歇精餾試驗,探索了熱解油中苯酚、異丙基苯酚和水的分離工藝條件,分離得到的產品異丙基苯酚含量不小于90,苯酚符合GB3079―1997標準。Iji等采用回轉窯熱解玻璃纖維增強環氧樹脂廢棄物,得到高純度的玻璃纖維,并將其用作環氧樹脂聚合物填料和絕緣材料回收使用,取得很好的效果。
  二次污染防治和脫溴由于電子元件的阻燃要求,線路板基板樹脂和塑料中往往加入溴阻燃劑。因此線路板在熱解或燃燒時會生成較多的遮蔽性煙霧、單質溴和溴化氫氣體、溴代酚、多溴聯苯并二口惡英/呋喃等有毒有害物質。這些物質不僅污染環境,腐蝕處理設備,還降低燃油品質。所以二次污染防治和產物脫溴是線路板熱解研究必須重視的問題。
  對煙氣進行高溫處理可以減少二口惡英類物質和鹵代烴的排放。Iji等利用二次燃燒方法處理溴化環氧樹脂熱解過程中產生的氣體。在1100℃的高溫下,不僅有機溴化物發生分解,濃度降至安全標準以下,煙氣中由部分無機阻燃劑生成的SbBr3也轉化成Sb2O3,便于后續干法回收。為避免鹵化氣體產物排放對環境造成污染,可采用濕式凈化系統進行氣體洗滌。研究表明,用堿性溶液能夠高效洗脫煙氣中的溴和溴化氫氣體。
  熱解油中濃度過高的溴代酚類物質限制了油品作為燃料或化工原料的進一步使用,因此脫溴成為油品精制的一個重要工序。Hornung等以熱解油成分2,6二溴苯酚、四溴雙酚A等物質作為研究對象,發現加入聚丙烯共熱解能脫除熱解油中的溴,得到主要成分是苯酚和烷基苯酚的產物。在350℃,停留時間20min的條件下,脫溴效果最好。Blazso等研究了線路板粉末(主要成分溴化環氧樹脂)分別與各種堿性添加劑(Na2SiO3、5A分子篩、13X分子篩、NaOH)的共熱解吸附脫溴情況。發現這些堿性添加劑不僅能與HBr反應,還能脫去芳烴上的溴,顯著減少熱解油中溴代酚類物質含量。Yoshiki等以四氫化萘和十氫化萘作為氫源,在反應溫度為400~440℃、氮氣初始壓力為2MPa的條件下加氫處理熱解油,反應后熱解油中的溴含量從2600mg/kg分別降至102mg/kg和54mg/kg;在此基礎上又分別加入CaCO3、Na2CO3、K2CO3等堿性物質,溴含量更可降至1mg/kg以下,油品質量得到改善。
  線路板中通常含有5~15的溴,比海水、鹵水中的溴含量高幾百倍。溴是寶貴的資源,若能選擇合適的回收途徑實現溴的循環利用,不僅能減少溴資源消耗,還可降低熱解的經濟成本。國外學者提出了所示的溴回收工藝,采用這些技術,歐洲每年有望從電子廢棄物塑料中回收11kt的溴。
  影響因素熱解是一個受傳熱、傳質與化學反應共同影響的過程。溫度、加熱速率、顆粒大小、熱解氣氛、催化劑等因素都會影響產物的產量和分布。
   溫度熱解溫度是影響熱解產物產量和分布的最主要因素。熱解是個吸熱過程,提高溫度能加速熱解反應。Chien等在固定床上考察了溫度對廢線路板樹脂熱解產物的影響,研究表明提高熱解溫度能使氣相和液相產物產量增加,固體產物減少。然而到達一定溫度后,溫度繼續升高會使液相產物發生二次分解,出現氣體產量增加、液相產量減少的趨勢。因此針對目標產物選擇合適的熱解溫度相當重要。
  加熱速率加熱速率提高,熱解的特征溫度(起始溫度、反應終溫等)都相應提高,主反應區間增加。達到相同溫度,低加熱速率下的試樣反應時間延長,反應物轉化率增高,反應進行更加完全。
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