電子垃圾資源回收利用方法探究

1/40電子垃圾資源回收利用方法探究12/21/20232/40目錄1.背景2.電子廢棄物再造與原料化3.CRT回收工藝4.塑料回收5.金屬回收6.總結3/401背景電子廢棄物又稱電子垃圾〔e-waste〕，隨著科學技術的迅猛開展，電腦、、電視、冰箱等高科技產(chǎn)品在很短的時間內(nèi)就被淘汰，而變成“電子廢棄物〞。中國是世界上最大的電子與家電產(chǎn)品生產(chǎn)國與消費國之一。從2003年起，家電進入報廢頂峰期，每年至少有500萬臺電視機、400萬臺電冰箱、600萬臺洗衣機要報廢，那么到達千萬部，并這一數(shù)量還將逐年增加。隨著我國家電報廢的頂峰期到來，大量的“電子垃圾〞帶來的環(huán)境問題也越來越突出，急需人們給予高度重視并妥善處理電子垃圾。4/40目前，電子垃圾的處理手段在國外主要分為：再利用，再制造，回收，以及燃燒及堆埋。利用傳統(tǒng)的燃燒爐燃燒電子垃圾是有害的，堆埋仍然會留下隱患且造成資源浪費。所以，從環(huán)境保護和資源再生利用來看，研究電子垃圾的回收利用具有重要的意義。焚燒再利用再制造回收堆埋5/402電子廢棄物再造與原料化如前面所說，隨著我國家電產(chǎn)品報廢頂峰的到來，如果處理得當，“電子垃圾〞可成為與天然資源同等重要的“城市礦山〞，所以電子垃圾資源循環(huán)利用意義重大。6/401.1檢測和分類收集到電子垃圾資源回收再利用的第一步是分類和原料化。分類可使局部器件、組件進入二級市場，所以分類過程是整個電子垃圾資源循環(huán)過程的關鍵一步。在該過程中，收集的電子廢物首先通過檢測后分為兩類，再利用和再循環(huán)。再利用，即篩選出能再利用的部件或設備。再循環(huán)，即通過原料化步驟，通過機械別離工序形成可資源循環(huán)的鐵、有色金屬、玻璃和塑料等原料，待進一步，最后的只能變?yōu)閺U料處理。7/40

MRF原料回收過程簡單示意圖8/401.2電子產(chǎn)品再造與次級市場收集的電子廢物經(jīng)過檢測后可形成三種代表不同經(jīng)濟價值的次級市場。第一種市場是電子垃圾設備再翻新系統(tǒng)，通過它可將再翻新設備器件贈與或賣給二手用戶；第二種市場是電子組件的回收、再銷售和再利用；第三種市場是原料和材料的再循環(huán)市場。有數(shù)據(jù)顯示，被丟棄的電腦超過50%仍處于良好的工作狀態(tài)，這些舊的電腦很容易賣給二級市場，在中國這些電腦仍存在廣泛的市場。9/401.3電子垃圾的原料化經(jīng)過篩選后，有價值的設備、部件和有害的材料被從電子廢物中區(qū)分開來，作為資源的原料回收進程由此開始。此工藝的首要目標是將能用于回收和銷售的各種材料別離出來。目前收集的電子廢物主要包括電腦、電視、遙控器和其他的電子設備。如前所述，通過檢測、分類篩選有價值的設備、組件和有害的材料后，剩余的通過破碎、磁電、水力渦流和密度選別工藝后形成進一步資源循環(huán)利用的原料。10/40

電腦和電視中各種原料所占比例11/40

如上面圖和表顯示，電子垃圾的主要組成材料是金屬、塑料和玻璃，其中一般金屬、塑料、玻璃及CRT的質量分數(shù)分別為49%，33%，12%，這些占據(jù)了電子廢棄物總量的90%以上。當收集到的電子廢物中電腦和電視的比列不同時，各種物質的比例會有所變化。電子垃圾中各種材料的分布12/402CRT回收工藝陰極射線管CRT是電子廢物中的主要回收物之一。一個CRT由玻璃和非玻璃兩局部造成，玻璃組件有玻璃漏斗、面板玻璃、玻璃焊料和頸部等，非玻璃部件有塑料、鋼材、銅、電子槍、熒光粉涂層等。CRT玻璃包括SiO2，NaO，CaO，以及防X射線的材料K2O，MgO，ZnO，BaO，PbO和其他組分。目前CRT有兩種可行的回收技術：玻璃—玻璃和玻璃—鉛的回收。玻璃—玻璃的回收方法被認為是一個封閉的循環(huán)鏈過程，該過程是將回收的玻璃作為制造新的CRT原材料的發(fā)法。收集到的CRT在回收商處在不區(qū)分面板玻璃和漏斗玻璃的情況下對全部的玻璃進行破碎處理。13/40由于CRT玻璃成分不同，回收CRT玻璃存在一定的風險，因為很少局部錯誤成分的添加都會污染整個玻璃熔爐，調(diào)整錯誤的玻璃成分需要玻璃熔爐停產(chǎn)3～4d，故由于難于精確判斷回收玻璃的的成分，使得CRT玻璃回收在一定程度存在困難。玻璃—鉛回收工藝：CRT中0.5～5Kg的鉛〔在玻璃中〕，用于保護人們免受X射線的輻射；還有1～2.3Kg的銅〔在磁軛〕。在玻璃—鉛回收工藝中，金屬鉛和銅通過熔煉從CRT中別離出來并加以回收。熔煉過程中，CRT的玻璃呈熔合劑狀態(tài)而進入熔融渣中。14/403塑料回收塑料特有的絕緣性、強度、抗壓性、靈活性和耐久性使塑料成為電子業(yè)中的重要材料，所以塑料在電子廢物中的數(shù)量相當可觀，例如，在、電視和個人電腦都有許多塑料部件，此外還有許多不能直接觀看到得塑料組分用于各種設備與設施中。電子業(yè)中利用的兩種主要類型的塑料分別是熱固性樹脂材料和熱塑性樹脂材料。在電子廢棄物資源循環(huán)時，熱固性材料在回收時需要破碎，因為它難以再融化成新產(chǎn)品。然而熱塑性樹脂材料能被再熔化成新產(chǎn)品，顯示出比熱固性塑料更好的回收性能。

15/40塑料是電子產(chǎn)品中僅次于金屬的有巨大潛在回收價值的物質。目前電子廢棄物塑料的回收有化學回收、機械回收和熱回收3種方法。電子垃圾塑料回收的選擇途徑16/403.1機械回收工藝在塑料的機械回收中，從報廢電子產(chǎn)品中識別和別離塑料很重要。識別不同性質的塑料、添加劑和雜質具有一定的難度，如假設將回收塑料用于高端產(chǎn)品，回收樹脂的性質〔物理和機械〕必須與原樹脂在某些方面相符。例如，丙烯腈丁二烯苯乙烯〔ABS〕和耐沖擊性聚苯乙烯〔HIPS〕能提供良好的抗沖擊保護，這些樹脂通常用于顯示器和電視機顯像管的保護，聚苯氧化物〔PPO〕在高溫下有良好的性能，而聚乙烯和聚氯乙烯是優(yōu)良電絕緣體。17/40用于電視與電腦設備的最主要的樹脂是HIPS和ABS。在電子行業(yè)中使用最廣泛的各種塑料所占質量分數(shù)為：HIPS56%，ABS20%高壓聚苯醚〔PPE〕11%。電子產(chǎn)品中應用塑料的種類電子垃圾中各種聚合物塑料所占的比例18/40由于處理未知成分的塑料難度大，未分類的混合塑料的市場價值很低，故從廢棄電子產(chǎn)品中回收塑料的第一步就是分類過程。在分類中，受污染的塑料，例如沉積的和〔或〕染色后的塑料必須被去除。19/403.2塑料的化學回收塑料的化學回收方法已研發(fā)了多種工藝，現(xiàn)介紹其中兩種。其中由歐洲的塑料生產(chǎn)工業(yè)聯(lián)合會〔APME〕創(chuàng)造的一項工藝較為先進。此項工藝中，混合塑料垃圾〔MPW)在大約350～400℃下解聚并脫鹵。在這一步中，金屬被除去，解聚單元中剩下的聚合鏈在350～400℃氫化單元1中裂解。在強大的氫壓下，斷裂的碳鍵發(fā)生氫化作用而實現(xiàn)飽和。液態(tài)產(chǎn)品流經(jīng)蒸餾裝置。其余的在分解作用中沒有被別離出去的惰性材料，以及一局部沒有發(fā)生轉化的塑料被留在蒸餾裝置底部，成為瀝青。最終的高品質產(chǎn)品、廢氣及原油那么通過第二次氫化作用獲得。這些最終產(chǎn)品被送往常規(guī)的石油化學加工過程中。20/40電子廢棄物塑料化學吸收的解聚和轉化工藝21/40另一種是日本鋼鐵公司開展的焦爐法塑料化學回收新工藝，焦爐中的碳化環(huán)境同樣適用于廢棄塑料的回收，因為在高溫的復原性氣體中帶有電荷的塑料能夠不經(jīng)過燃燒就實現(xiàn)熱分解。電子垃圾塑料還可作為金屬冶煉中的復原劑。22/403.3熱回收塑料

熱回收意味著將塑料作為一種燃料，所以熱回收的主要目的是重新獲得能量。塑料具有很高的熱值，因為塑料從油中提煉，所以塑料有著等同于甚至高于焦炭的熱值。塑料材料能夠被燃燒并可以以熱的形式產(chǎn)生能量。例如，在水泥窯中1t塑料能代替1.3t煤。這種塑料回收的方法被歐洲塑料制造商協(xié)會〔APME〕認為是歐洲處理報廢電子塑料垃圾方法中最環(huán)保的一種。23/402002年，瑞士和丹麥通過熱回收方法再利用了塑料垃圾總量的70%左右，2003年西歐約23%的塑料垃圾被熱量回用。相較于其他的回收方法而言，該方法占據(jù)了最大比例。地方性小規(guī)模固體燃燒裝置，配備了濕式除塵系統(tǒng)，已經(jīng)證明了從含有溴化阻燃劑的塑料垃圾中重新獲得能量在技術上是可行的。24/404金屬回收

在電子廢物分類和原料化后，金屬成分大體都被送至金屬回收設備。從分類后的金屬原料回收金屬的方法通常有火法冶金、濕法冶金和生物冶金等，以往應用的主要是火法與濕法冶金方法。在火法冶金中，含有銅和其他重金屬的原料被直接送至Noranda熔爐進行熔煉處理。有時，電路板被送至熔爐中以除去銅及其他重金屬。

25/404.1磁選別離

磁選別離是利用磁選別離器別離電子廢棄物原料中有磁和無磁金屬的方法，它利用永磁鐵或電磁鐵別離含鐵成分。在破碎后，電子廢棄物原料顆粒被送到傳送帶并通過磁鐵。由于磁鐵的吸力，含鐵的金屬顆粒被吸附到傳送帶上，同時，有色金屬將因重力作用落入有色金屬收集箱。在剩余顆粒中含鐵的金屬粒子，仍然吸附在傳送帶上并被帶走，當它們不再受磁性區(qū)域影響時，便會落入另一個收集箱。26/404.2渦流別離

渦流別離器能夠從非金屬材料中別離鋁和銅等有色金屬。當一塊有色金屬材料，如鋁或銅經(jīng)過別離器時，外殼中的磁鐵便高速旋轉。這些磁鐵對鋁形成一種渦流，同時渦流會在鋁片周圍依次產(chǎn)生一個磁性區(qū)域，磁性區(qū)域的磁極和旋轉的磁鐵相似，使得鋁被磁鐵排斥。這種排斥力導致鋁元素的徑跡線大于非金屬，使兩種物質流別離。渦流別離器的主要區(qū)分判據(jù)是電導率和密度的比率值。比率高的較之比率低的物料，更容易被別離。27/40如鋁的電導率和密度的比率值為13.1，是最易別離出的物質。而不銹鋼、塑料和玻璃的比率值為零，說明這些物質不能被渦流別離器別離。有一點需要注意，包覆在非金屬材料中的非二價鐵金屬可能無法別離，又如被絕緣材料包覆的銅纜，將不太可能被別離出來。28/404.3鉛的火法冶金回收

火法回收金屬時，常用反射爐熔煉來控制鉛的回收。在該過程中含鉛混合物中的鉛被復原為金屬鉛塊，其他物料氧化造渣，這些均在爐膛內(nèi)發(fā)生。這些鉛塊的純度高達99.9%以上。開爐放渣，渣中標準含鉛量達60%～70%，另有一種純鉛產(chǎn)物，爐渣由頂層覆蓋了液體薄層的稍厚鉛層組成，不斷地從爐中放出到渣車上。當渣中金屬含量降到一個很低的程度時，生鉛在爐渣被放出的同時，也被導出。煙道氣中的粉塵，由布袋收集，返回爐中，用于回收鉛。29/40以下是發(fā)生在反射爐中的反響：PbO+C→Pb+CO 〔1〕2Sb+3PbO→3Pb+Sb2O3 〔2〕2As+3PbO→3Pb+As2O3 〔3〕Sn+2PbO→2Pb+SnO2 〔4〕30/40高爐負責處理來自反射爐中產(chǎn)生的爐渣，以及其他的含鉛物質，參加助熔劑鐵和石灰石，提升高爐效率。其中式(1)是鉛回收的主要反響，式(2)～(4)是造渣反響和反射爐鉛復原反響。高爐操作的產(chǎn)物硬Pb，含Pb量約為75%～85%，含Sb量15%～25%，另有1%～3%的鉛包含于爐渣中。高爐用于持續(xù)回收鉛和間歇移除爐渣，渣中含有CaO，SiO和FeO。主要成分為氧化硅和氧化鐵的高爐渣那么作填埋處理。31/404.4銅的火法冶金回收含銅5%～40%的電子廢品由高爐處理。銅成分可被復原劑復原出來，如鐵屑〔比Cu活潑〕和塑料Sn，Pb和Zn等雜質，也可被復原，并產(chǎn)生煙氣。以下是發(fā)生在高爐中的反響：Fe+Cu2O→FeO+2Cu 〔5〕2ZnO+C→2Zn〔g〕+CO2 〔6〕銅回收過程中，高爐的產(chǎn)物稱作黑銅，含銅量70%～85%，在轉爐中使用空氣或高純度氧，黑銅將被氧化，雜質〔Sn，Pb，Zn〕燃燒進入煙塵，F(xiàn)e入渣，產(chǎn)生純度為95%的粗銅，之后與銅屑混合后在陽極爐中繼續(xù)熔煉，活潑性排在銅以前的物質被選擇性的氧化。32/40Noranda熔爐冶銅過程33/40通過添加復原劑，熔融銅被復原。陽極爐內(nèi)的復原反響如下：2CuO+C→2Cu+CO2〔7〕除煤和木炭外，廢舊塑料也可以被作為復原反響的復原劑，復原反響還可以用于脫硫。復原銅后生成的銅鑄成陽極板，在電解槽中被置于陰陽極進行進一步的精煉提純，純銅〔99.9%)沉積在陽極。銅被提取出來后，二次熔煉的副廠品礦渣，可以用于屋頂板、砂礫和鐵路的枕木以到達資源的綜合利用。34/40據(jù)歐洲塑料生產(chǎn)協(xié)會的研究說明，從報廢電子廢物如個人電腦和印刷電路板中回收的銅所需的能量僅為從礦物中提煉銅所需能量的1/6。35/404.3貴重金屬的回收

通過貴重金屬提煉設備，金、銀、鈀和鉑均可被回收。將銅電解過程的陽極沉積層加壓濾出，濾出殘渣經(jīng)過枯燥，添加助熔劑，放入貴重金屬熔爐中，經(jīng)過熔煉，硒可被回收。剩余的金屬主要是銀，沉積形成銀質陽極，隨后經(jīng)高強度的電解過程，高純度的銀極和含金的陽極泥形成，含金的陽極泥被濾出。同理可以得到高純度的金和含銀、鉑的陽極泥。從陽極泥中進一步提純貴金屬。36/40人們已經(jīng)注意到從電子廢物中回收貴重金屬是最具經(jīng)濟利益的回收工業(yè)。從電子廢物中回收的貴重金屬中有1/3是黃金，可以說電子廢物中金含量巨大，是名符其實的城市金礦，如電子廢物中的黃金含量是美國金礦中黃金含量的40多倍。傳統(tǒng)的電子廢物中有價金屬回收方