科技進步和經濟發展加速電子(zi)產(chan)品的(de)更(geng)新換代，產(chan)生了大量的(de)廢(fei)棄電氣(qi)與電子(zi)設備(Waste Electric and Electronic Equipment，簡稱WEEE)。作為電子(zi)產(chan)品不可缺(que)少的(de)重要組成(cheng)元件(jian)，印刷線路板(printed circuit boards，簡稱PCB)的(de)使用量和廢(fei)棄量與日俱增(zeng)。

廢(fei)棄線路板是一類富(fu)含(han)金屬且組成和結構相當復雜的(de)典型電子廢(fei)棄物，數(shu)量多(duo)，潛(qian)在回收價(jia)值高，環(huan)境危害大，其資(zi)源化技(ji)術(shu)已(yi)成為當前WEEE處理研究的(de)重點和難(nan)點。

目前廢線路板回(hui)收(shou)技術主(zhu)(zhu)要分(fen)為火法冶(ye)金(jin)(jin)(jin)、濕(shi)法冶(ye)金(jin)(jin)(jin)和(he)機(ji)械回(hui)收(shou)[1-2]。傳統的(de)火、濕(shi)法冶(ye)金(jin)(jin)(jin)以金(jin)(jin)(jin)屬和(he)貴金(jin)(jin)(jin)屬回(hui)收(shou)為主(zhu)(zhu)，忽視(shi)其他材料(liao)的(de)回(hui)收(shou)，容易造成嚴重(zhong)二次污染(ran)，越來越難適應當(dang)今社會資(zi)源回(hui)收(shou)和(he)環(huan)(huan)境(jing)保護的(de)要求。機(ji)械法通過(guo)拆(chai)解、破碎、利用(yong)組成材料(liao)密度、形狀、導電、磁(ci)性等(deng)性質差(cha)異進行分(fen)選(xuan)富集(ji)回(hui)收(shou)，環(huan)(huan)境(jing)污染(ran)小、資(zi)源綜合利用(yong)率高，在WEEE資(zi)源化研(yan)究中逐漸占(zhan)據(ju)主(zhu)(zhu)導地(di)位[3-7]。本文(wen)采用(yong)沖擊(ji)破碎和(he)氣流(liu)分(fen)選(xuan)技術對廢PCB的(de)機(ji)械物理分(fen)離過(guo)程進行了研(yan)究，著重(zhong)考查PCB在錘式破碎機(ji)作用(yong)下的(de)破碎解離性能和(he)氣流(liu)分(fen)選(xuan)富集(ji)金(jin)(jin)(jin)屬效(xiao)果，為工業化設計和(he)生(sheng)產提供參考數據(ju)。

1 實驗部分

1.1實驗樣品

實驗(yan)樣(yang)品為廢棄臺式電(dian)腦主(zhu)板，屬于FR-4型(xing)環氧玻纖布覆銅板，主(zhu)要由環氧樹(shu)脂(zhi)、玻璃纖維(wei)和高(gao)純度銅箔壓制而成(cheng)。

1.2實驗過程

手(shou)工拆(chai)除(chu)主板上的電池、電阻、電容等元件(jian)，將基板剪成2cm×2cm的小塊(kuai)，放入(ru)錘式破(po)碎機中(zhong)破(po)碎，排料(liao)口篩(shai)網(wang)孔徑大小為(wei)2mm。破(po)碎物料(liao)用標準篩(shai)篩(shai)分，在顯微鏡(jing)下觀察并計算各粒級物料(liao)的金(jin)屬解離(li)度，稱(cheng)重(zhong)并分析主要金(jin)屬成分。

圖1氣流分選裝置

氣流(liu)分(fen)選裝(zhuang)置(zhi)如圖1所示。稱取一定質量的篩分(fen)物(wu)(wu)料加入裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)，由(you)風機(ji)產(chan)生的氣流(liu)經分(fen)布板流(liu)經床層使物(wu)(wu)料松動，沉降(jiang)速(su)度小于操作氣速(su)的顆粒被(bei)上升(sheng)氣流(liu)帶出裝(zhuang)置(zhi)，由(you)旋風分(fen)離器和袋濾器收(shou)(shou)集成為(wei)輕組分(fen)；大部(bu)分(fen)金屬顆粒落入裝(zhuang)置(zhi)底部(bu)，成為(wei)重組分(fen)產(chan)品回收(shou)(shou)。采用微波消解聯合ICP-AES(電感耦合等離子(zi)體-原子(zi)發射(she)光譜)測定輕、重產(chan)物(wu)(wu)中(zhong)主要金屬含量。

1.3評價指標

引入解離(li)度(Liberation Degree，簡(jian)寫(xie)LD)來描述破碎產物中金屬的解離(li)程度[5]，定義為：

LD=Nf/(Nl+Nf)×100%      (1)

式(1)中(zhong)Nf為(wei)破(po)(po)碎物料(liao)中(zhong)金屬(shu)單體顆粒數量(liang)；Nl為(wei)破(po)(po)碎物料(liao)中(zhong)與(yu)其它組分連(lian)生在(zai)一起未(wei)被解(jie)離(li)的金屬(shu)數量(liang)。

選取金屬(shu)富(fu)集體的品位、產(chan)率(lv)和回收率(lv)作為(wei)氣流分(fen)選效果的評價指標。

2 試驗結果與分析

2.1廢PCB的破碎解離(li)性(xing)能

材(cai)料(liao)的破(po)(po)(po)碎(sui)和(he)解離(li)程度不僅(jin)影響(xiang)設備的能(neng)耗(hao)，還將影響(xiang)后續的分選(xuan)效(xiao)率，因此破(po)(po)(po)碎(sui)是(shi)機械法處理廢(fei)PCB的一個(ge)重要(yao)環(huan)節。PCB板是(shi)由(you)一種熱(re)固(gu)性(xing)片狀復(fu)合材(cai)料(liao)，具有(you)較高硬度、較大韌性(xing)和(he)良好的抗彎性(xing)，常規的選(xuan)礦(kuang)破(po)(po)(po)碎(sui)機不大適合PCB破(po)(po)(po)碎(sui)。PCB中金(jin)屬(shu)(shu)、非(fei)金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)料(liao)間主要(yao)通過膠接(jie)、焊接(jie)、包封(feng)等方式連接(jie)[6]，選(xuan)擇帶有(you)剪切(qie)作(zuo)用和(he)沖擊作(zuo)用的破(po)(po)(po)碎(sui)設備，能(neng)達到較好的破(po)(po)(po)碎(sui)效(xiao)果。本研究選(xuan)用錘式破(po)(po)(po)碎(sui)機，利用高速回轉錘子的沖擊、擠壓等作(zuo)用將小(xiao)塊PCB破(po)(po)(po)碎(sui)，直(zhi)至顆粒粒度小(xiao)于篩網(wang)孔徑從排料(liao)口出來。

表1列出了PCB破碎產物(wu)經篩分后(hou)，不同(tong)粒級的(de)金(jin)屬(shu)解離度(du)和(he)部分金(jin)屬(shu)含量。物(wu)料(liao)和(he)金(jin)屬(shu)在(zai)各粒級分布情況如圖2所(suo)示(shi)。

表1廢PCB破碎產物篩(shai)分(fen)分(fen)析

圖2破(po)碎產(chan)品中(zhong)物(wu)料和金屬(shu)分布(bu)

由(you)表1、圖2可見，破碎物料中(zhong)粒(li)徑<0.074mm的(de)(de)物料約占總(zong)量(liang)的(de)(de)6.98%，85.74%的(de)(de)物料集中(zhong)分布在0.074～1.0mm粒(li)級范圍(wei)，79.65%的(de)(de)金屬分布在0.125～1.0mm的(de)(de)粒(li)級中(zhong)，物料的(de)(de)過粉碎現象較輕，基本達到粉碎要求。

金(jin)屬(shu)(shu)的(de)充分解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)是高效(xiao)分選的(de)前提(ti)條件。實驗結果(guo)表明金(jin)屬(shu)(shu)的(de)解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)度(du)隨粒(li)度(du)減小而增大，直至完全解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)。插槽(cao)中(zhong)(zhong)的(de)插腳(jiao)(jiao)金(jin)屬(shu)(shu)一般(ban)在(zai)1.0～2.0mm粒(li)級(ji)(ji)完成(cheng)解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)，部分金(jin)屬(shu)(shu)在(zai)錘頭作用下黏結成(cheng)團。在(zai)此粒(li)級(ji)(ji)物料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)能觀察到為(wei)(wei)數不少的(de)表面覆(fu)蓋銅(tong)箔和(he)(he)銅(tong)線的(de)基(ji)板碎片。這是因為(wei)(wei)銅(tong)箔和(he)(he)基(ji)板各層間主要通過膠粘劑連接(jie)，相(xiang)比于插槽(cao)和(he)(he)引腳(jiao)(jiao)等(deng)和(he)(he)基(ji)板的(de)結合強度(du)而言，較(jiao)(jiao)不易解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)。隨著粉(fen)碎程度(du)深入，物料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)由基(ji)板解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)出來的(de)金(jin)屬(shu)(shu)逐漸增多，到0.8mm以(yi)下金(jin)屬(shu)(shu)解(jie)(jie)(jie)(jie)離(li)程度(du)良好。0.5～0.8mm粒(li)級(ji)(ji)中(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)以(yi)纏繞球(qiu)狀(zhuang)、短棒狀(zhuang)居多，0.5mm以(yi)下的(de)物料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)金(jin)屬(shu)(shu)離(li)解(jie)(jie)(jie)(jie)比較(jiao)(jiao)充分，金(jin)屬(shu)(shu)多為(wei)(wei)顆粒(li)狀(zhuang)和(he)(he)屑狀(zhuang)。破碎物料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)玻璃(li)纖維和(he)(he)樹脂(zhi)在(zai)較(jiao)(jiao)粗粒(li)級(ji)(ji)時(shi)多為(wei)(wei)片狀(zhuang)和(he)(he)扁平(ping)狀(zhuang)，細粒(li)級(ji)(ji)時(shi)多呈絮狀(zhuang)和(he)(he)針狀(zhuang)。

從成分分析來看，PCB總金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)平(ping)均(jun)含量(liang)(liang)(liang)高(gao)達43.58%，除了占(zhan)據金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)總量(liang)(liang)(liang)一半以上的(de)(de)銅以外(wai)，基板上大量(liang)(liang)(liang)鉛錫(xi)焊料和金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)插腳(jiao)(鋅、鋁等(deng)(deng)(deng))，以及黑(hei)色(se)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)和少量(liang)(liang)(liang)貴金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)金(jin)(jin)、銀(yin)等(deng)(deng)(deng)都具有較(jiao)(jiao)高(gao)的(de)(de)回收價值。由于(yu)物(wu)理機械性能的(de)(de)差異，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)在(zai)(zai)各粒級(ji)的(de)(de)分布情況不(bu)盡相同(tong)。以銅為(wei)代表的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)，延展(zhan)性好，在(zai)(zai)沖擊(ji)力(li)、擠壓等(deng)(deng)(deng)作(zuo)用下，易發(fa)生彎曲，較(jiao)(jiao)難(nan)斷裂，在(zai)(zai)粉碎過程中(zhong)(zhong)趨向于(yu)較(jiao)(jiao)粗(cu)粒級(ji)產(chan)品分布。如銅集中(zhong)(zhong)在(zai)(zai)0.125～0.3mm、0.3～0.5mm、0.5～0.8mm三個粒級(ji)。焊劑(ji)主(zhu)要材(cai)料鉛、錫(xi)等(deng)(deng)(deng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)，性脆易碎，在(zai)(zai)0.125mm以下的(de)(de)物(wu)料中(zhong)(zhong)含量(liang)(liang)(liang)較(jiao)(jiao)高(gao)。非金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)樹脂和玻璃纖維等(deng)(deng)(deng)物(wu)質(zhi)在(zai)(zai)錘(chui)頭(tou)高(gao)速沖擊(ji)下發(fa)生斷裂被擊(ji)碎，粉碎后的(de)(de)物(wu)料在(zai)(zai)常溫(wen)下也(ye)屬(shu)(shu)(shu)于(yu)易脆易碎物(wu)質(zhi)[10]，集中(zhong)(zhong)分布在(zai)(zai)細粒級(ji)中(zhong)(zhong)。綜上所(suo)述，PCB在(zai)(zai)錘(chui)頭(tou)高(gao)速沖擊(ji)作(zuo)用下，發(fa)生選擇(ze)性破碎，使得(de)多數金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)在(zai)(zai)較(jiao)(jiao)粗(cu)級(ji)別富集，為(wei)后續分選工藝提供了良(liang)好的(de)(de)進(jin)料條件。

2.2氣流分選

氣流分(fen)選是利用顆粒(li)(li)在氣流中沉(chen)降的(de)速度差或運動軌跡(ji)的(de)不同而進行分(fen)離的(de)過程。PCB破(po)碎產(chan)物中銅(tong)、鉛(qian)、錫等(deng)主要(yao)金(jin)屬的(de)密度(7.0～11.0g/cm2)遠大(da)于樹(shu)脂和玻璃纖維等(deng)非金(jin)屬的(de)密度(1.4～2.5g/cm2)，因此在垂直(zhi)上升氣流作(zuo)用下，金(jin)屬與非金(jin)屬顆粒(li)(li)的(de)沉(chen)降速度存在較大(da)差異，容易實現富集分(fen)離。

顆粒沉降速度的大小與顆粒粒度、密度及形狀等因素有關。在同一介質中，會出現密度、粒徑、形狀不同的顆粒具有相同沉降速度的等降現象，相應的顆粒稱為等降顆粒，密度小的顆粒粒度與密度大的顆粒粒度之比稱為等降比，以e表示。球形顆粒在不同雷諾數范圍內的等降比為[11]：

n在層流(liu)區(qu)、過渡區(qu)和(he)牛頓區(qu)的(de)(de)值分(fen)別為0.5、0.67和(he)1.0；ρ0，ρ1，ρ2分(fen)別為流(liu)體(ti)介質和(he)小、大顆粒(li)(li)的(de)(de)密度。e值隨顆粒(li)(li)粒(li)(li)度變細而(er)減小，在等(deng)降比(bi)范(fan)圍內，物料按(an)顆粒(li)(li)密度可(ke)以(yi)得到有效分(fen)選[12-13]。

PCB的(de)粉碎(sui)產物粒度(du)分布較寬，為了提高分選(xuan)效率，在分選(xuan)前需(xu)要(yao)(yao)將物料(liao)進行窄分級，實(shi)(shi)現按(an)密度(du)差異為主導的(de)分選(xuan)。研(yan)究體系中理論最小等(deng)(deng)降(jiang)比值(zhi)(以主要(yao)(yao)成分銅、樹(shu)脂纖(xian)維玻璃的(de)密度(du)值(zhi)計算(suan))約2.0～2.5。本研(yan)究篩分物料(liao)粒級基本滿(man)足(zu)上述要(yao)(yao)求，綜合考慮金(jin)屬解離程度(du)和物料(liao)性質等(deng)(deng)因素影響，選(xuan)取粒徑<1.0mm的(de)六(liu)個粒級物料(liao)作為實(shi)(shi)驗物料(liao)，參考銅顆粒和非金(jin)屬顆粒在空(kong)氣(qi)中的(de)沉(chen)降(jiang)規律，得到氣(qi)流分選(xuan)結(jie)果如(ru)表2所示。

表2廢PCB粉碎物(wu)料的(de)氣流分選(xuan)結果(guo)

由分(fen)(fen)(fen)選(xuan)結果(guo)可知(zhi)：氣(qi)流(liu)分(fen)(fen)(fen)選(xuan)廢(fei)PCB粉碎物(wu)料(liao)，不(bu)僅能得(de)到品位(wei)較高的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)富(fu)(fu)集(ji)(ji)體，而且(qie)(qie)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)富(fu)(fu)集(ji)(ji)產(chan)品產(chan)率可觀(guan)。本實驗條件下，調節合適(shi)的(de)(de)(de)(de)操(cao)作(zuo)氣(qi)速，0.125～0.1mm中銅(tong)的(de)(de)(de)(de)回(hui)(hui)收率接近95%，90%以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)被回(hui)(hui)收。0.074～0.125mm的(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)，原料(liao)顆(ke)粒(li)(li)粒(li)(li)度(du)小且(qie)(qie)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)含量(liang)較低，氣(qi)速操(cao)作(zuo)彈性有所減小，金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)回(hui)(hui)收率降低，但富(fu)(fu)集(ji)(ji)效果(guo)比(bi)較明(ming)(ming)顯，分(fen)(fen)(fen)選(xuan)前后金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)富(fu)(fu)集(ji)(ji)比(bi)接近6。<0.074mm的(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)氣(qi)流(liu)分(fen)(fen)(fen)選(xuan)，不(bu)僅金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)回(hui)(hui)收率低而且(qie)(qie)富(fu)(fu)集(ji)(ji)效果(guo)不(bu)明(ming)(ming)顯。原因(yin)一(yi)是因(yin)為顆(ke)粒(li)(li)變細(xi)，沉降速度(du)越慢，輕、重組分(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)沉降速度(du)差越小，短(duan)時間(jian)在(zai)有限(xian)裝(zhuang)置(zhi)內(nei)很難分(fen)(fen)(fen)離。二(er)是此(ci)細(xi)粒(li)(li)級(ji)物(wu)料(liao)以(yi)玻璃纖維(wei)和(he)樹脂(zhi)為主，物(wu)料(liao)和(he)裝(zhuang)置(zhi)壁間(jian)的(de)(de)(de)(de)靜(jing)電效應以(yi)及物(wu)料(liao)間(jian)相互團聚都會使部分(fen)(fen)(fen)非金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)顆(ke)粒(li)(li)不(bu)能被分(fen)(fen)(fen)選(xuan)出去。因(yin)此(ci)氣(qi)流(liu)分(fen)(fen)(fen)選(xuan)比(bi)較適(shi)合粒(li)(li)徑>0.074mm的(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)分(fen)(fen)(fen)選(xuan)，<0.074mm的(de)(de)(de)(de)物(wu)料(liao)更適(shi)合離心分(fen)(fen)(fen)選(xuan)或搖床分(fen)(fen)(fen)選(xuan)富(fu)(fu)集(ji)(ji)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)，以(yi)達到提高金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)回(hui)(hui)收率、減少廢(fei)渣的(de)(de)(de)(de)排放量(liang)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。

3 結論

(1)廢(fei)PCB在錘式破(po)碎(sui)機(ji)作用下發生選擇性破(po)碎(sui)，金屬在0.8mm以下基本解離，79.65%的金屬分(fen)布在0.125～1.0mm粒級中，物料過粗和過碎(sui)現象較輕，得到適(shi)合(he)氣(qi)流分(fen)選的物料。

(2)利(li)用金屬(shu)(shu)和非(fei)金屬(shu)(shu)間(jian)顯著密度差異，采(cai)用氣流分選技(ji)術回(hui)收(shou)0.125～1.0mm粒級物料中金屬(shu)(shu)，總金屬(shu)(shu)回(hui)收(shou)率超過(guo)90%。

干法沖(chong)擊(ji)破碎(sui)+氣流(liu)分選工(gong)藝(yi)處理廢棄線路板，設備簡單，操作方便，環境污染(ran)小，能(neng)實現金屬和非金屬的高效清(qing)潔(jie)分離，是(shi)一種環境友(you)好、經濟可行的物理回收技(ji)術，具(ju)有較(jiao)強的適用性。

[參考文獻]略

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章