1、概述
电子废物俗称电子垃圾，是指废弃的电子电器产品，包括各种废旧电视机，冰箱，洗衣机，空调，电脑，手机以及其他通信设备，精密电子仪器仪表和零部件等。随着电子产品消费日渐增加产品生命周期日减，电子废物的产量逐渐增加，且增长速度逐年加快[1]。美国是世界上最大的电子产品生产国和电子废物产生国，1992年的电脑平均使用年限是4.5年，而到2005年仅为2年，每年产生电子废物高达700到800万吨。在欧洲每年产生电子废物约7500万吨，占城市固体垃圾的4%,并且以每年3%到5%的速度在增长着。
我国是电子产品生产和消费大国，2007年后进人电子产品报废的高峰期，国内每年产生的电子废物总量高达820多万t。据估算,目前我国电视机社会保有量已达4.5亿台。冰箱1.9亿台,洗衣机2.3亿台,空调1.5亿台。仅以年报废更新2 %计算,每年淘汰的四大类家 电就达2 5 0 万台,加上社会上普及使用的新周期只有3到5年的电脑、手机等高科技 电子产品,以及不断涌现的质优价廉的各种新型电子产品,使我国家电实际年报废更新量高达300万台以上。随着我国家电报废的高峰期来临，大量 “电子垃圾”正对城市环境产生新的压力。如果处理得当，“电子垃圾”可成为与天然资源同等重要的“城市矿山”。所以电子废弃物资源循环意义重大。
1.1 电子废物的来源与组成
我国电子废物国内来源主要有三个方面,即居民日常生活中产生的电子废物、企事业单位和政府部门产生的电子废物、电子电器产品生产商生产过程中产生的废品。此外,国外非法进口的电子废物也是一个主要来源。一些发达 国家通过各种手段将子废物转移到发展中国家,被转移国家 由于经济、技术条件所限,往往不具备合理处理有毒有害废物的能力,结果造成有毒有害物质在更大范围内扩散,严重加剧 了其环境负担。全世界每年产生5亿多t电子废物,超过半数被运到亚洲,其中又有70到80%涌人了我国。电子废物数量巨大,种类多样,各种构件物质成分复杂,有的具有明显的有害性。但是电子废物中一般都含有大量金属和有机材料,其物理特性存在一定差异,都可以进行资源再生。有资料表明,电子产品化学组成中,金属、塑料橡胶及玻璃材料 约占90%以上。以电脑印刷电路板为例,含有铜、铁、铝、锌、镍、锡等普通金属及金、把、银等贵金属,其中铜的含量高达26.8%。因此与其他固体废物相比,电子废物主要具有产生量大、组分复杂、危害性强、资源性高等特点。电子废物的来源详情见下表1，组成看表2[2]。
1.2 电子废物的流向
电子废弃物的流向主要有三个方面:通过小废物处理厂再生利用;直接捐赠或通过二手市场到农村和贫穷地区重复使用;弃至垃圾处理处置厂。相对于废物处理工厂与垃圾处理处置厂来说, 农村和贫困地区是废家电和电子产品的主要流向地。由于我国城乡之间家庭生活水平差距比较大,很多城市中已经报废或者过时的家电和电子产品经过简单维修或改装后,对农村和贫困地区家庭来说仍然存在一定使用价值,这造成大量二手电子电器流向经济相对落后的农村。
2、主要利用技术
由于电子废弃物的材料组成和结合方式复杂,处置起来比较困难。如电子废弃物中占较大比重的废旧印刷电路板,其中含有多种塑料和金属,结合方式复杂,单体解离粒度小,不容易实现分离。目前电子废弃物回收处理技术主要包括物理处理法、化学处理法和热处理法等方法。
2.1 物理处理法
物理处理法就是利用各组分间的物理性质差异进行分选的处理方法。电子废弃物的物理处理法包括以下几个部分:电子设备的拆解、破碎和筛分、粉碎后的碎渣分选、有害物质的处理、贵重金属的回收等过程。其工艺流程如图1:
2.1.1 拆解
拆解的目的包括[2]:①拆除含有有害物质部分;②拆除具有一定价值且仍可继续使用部分,用于旧设备的修理、新设备的生产等;③拆除需采用特殊方法单独处理的部分;④通过拆解回收部分有用件。目前,电子废弃物的拆解一般由手工完成,机械设备作为辅助。
2.1.2 破碎和筛分
破碎的目的是使废弃电子设备的各种成分互相分离。单体的充分解离是实现高效分选的前提,破碎是实现单体解离的有效方法。在选择破碎设备时,应充分考虑物料的物理特性选择有效的破碎设备,并依据所采用的分选方法选择物料的破碎程度,不仅可以提高破碎效率,减少能源消耗,而且还能为不同物料的有效分选提供前提和保证。筛分的目的是为了控制物料的粒级,以满足分选时对物料粒径的要求,或通过物料粒径的不同来分离大小粒径不同的破碎后的物料。常用的破碎设备主要有锤碎机、锤磨机、切碎机和旋转破碎机等。
2.1.3 分选
分选主要是利用物质间的物理性质差异(如密度、电性、磁性、形状及表面性质等)来实现不同物质的分离。
(1)按密度分选
金属充分解离后,利用材料的密度差异可以进行分离。电子废弃物中含有大量的金属和塑料,它们的密度差异较大,容易按密度分离。常用的分选设备有风力分选机、旋风分离器、空气摇床、气流分选装置及脉动气流分选装置等。
(2)磁选和电选
磁选是利用电子废弃物中各组分的磁性差异实现分离的,多用于除去废弃电路板中的铁磁性物质。电选是利用物质在高压电场中的电性差异实现各组分的分离。
常用的设备有电晕分选机、摩擦电选机和涡流分选机等。
2.2 热处理法
采用热处理技术将聚合物降解或将金属熔融的方式,可以比较容易地从中回收能源和有用成份,从而避免了复杂而昂贵的分离过程。电子废弃物热处理包括电子废弃物焚烧和电子废弃物热解。
2.2.1 焚烧
(1)电子废弃物焚烧
电子电器废弃物中含有大约15%~ 30%的塑料和1%左右的木材,一般塑料废弃物的热值平均可达40 MJ/kg,接近燃料油,由于电子塑料产品在多数情况下含有不可燃的无机填料和增强材料,因此其平均热值只能与煤相当。由于废弃物的塑料成份具有较高的热值,可单独在焚烧炉中很好地燃烧,燃烧温度高且燃烧速度快。与普通塑料废物不同的是,电子塑料产品废弃物中常常含有无机填料、阻燃剂以及增强材料等,这些成分对废物的燃烧状况有较大的影响。此外,电子废弃物焚烧要解决如何控制二噁英类物质和卤代烃的形成与排放,以及有害金属的排放和扩散等问题。
对电子废弃物中含有的贵金属和贱金属,采用金属熔炉进行回收,如Boliden炉Umicore炉。Boliden炉适用于含PCB,Hg,Be成分废弃物的处理。Umicore炉处理的废弃物包括电视机、录像机、电脑、服务器以及手机等,Umicore炉具有金属回收率高(达98%以上),能回收锑等优点。
2.2.2 热解
热解是在无氧的条件下加热将高分子聚合物材料转化为低分子化合物,以燃料或化工原料的方式获得回收利用,同时使聚合物与金属、填料得到分离。热解回收是在一个没有氧气的密闭体系中进行,因而抑制了二噁英、呋喃类物质的形成,同时还原性焦炭的存在有利于抑制金属的氧化物和卤化物的形成,整个回收过程向大气排放的有毒有害物质比焚烧要低得多。
热解炉的加热有直接加热和间接加热两种模式。间接加热一般采用电加热或燃烧炉加热。直接加热方式常用的加热介质有熔融盐、重油、高温水蒸气等。
2.3 化学处理法
电子废弃物中含有贱金属和贵金属,如金、银、铜、镍、铅等,为回收利用这些金属成分,采用化学处理的方式,使金属组分从电子废弃物中分离出来,从而得以回收和利用。
2.3.1 火法回收技术
火法冶金技术其原理是利用高温使电子废弃物部件中的非金属物质和金属物质相互分离,部分非金属物质变成气体逸出熔融体系;另一部分呈浮渣形式浮于金属熔融物料上层。贵金属在熔融状态下与贱金属形成合金,除去表面的浮渣后,将熔融合金注入相应的模具中冷却,再通过精炼或电解处理使贵金属与金属分离,同时使目的金属与其他贵金属相分离。火法冶金技术回收电脑板卡中的金的原则工艺流程如图2:
火法工艺的优点是工艺简单、操作方便和贵金属回收率高;缺点是能源消耗大,大量有机物不能得到综合利用,经济效益低,二次污染严重
2.3.2 湿法回收技术
湿法冶金技术,其基本原理是利用电子废弃物中的绝大多数金属(包括贵金属和贱金属)能在硝酸、硫酸、王水等介质中溶解而进入液相的特点,使绝大部分贵金属和其他金属进入液相而与电子废弃物中的其他物料分离,然后从液相中回收贵金属和其他贱金属。硝酸-王水湿法技术在电脑板卡中回收金的原理如下式,其工艺流程如图3
湿法回收技术与火法回收技术相比,优点是:废气排放少,提取贵金属后的残留物易于处理,经济效益显著。但湿法回收技术的化学实际消耗量大,工艺复杂,产生的废水量大。
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