董仲珍，吴彩斌
华东交通大学土木建筑学院环境工程系，南昌 (330013)
E-mail：dongzhongzhen1985@163
摘要：线路板是电子工业的基础，其中蕴含许多有价金属如铜、铁、铝、锡、铅、金、银等，其回收方法以机械物理法为主。本文介绍了目前机械物理法处理废弃线路板涉及到的主要的破碎与分选设备，并分别介绍关于这些设备目前的研究现状。 关键词：废弃线路板；物理回收；破碎设备；分选设备
1. 引言
印刷线路板是电子工业的基础，也是电子元器件工业中最大的行业。它应用广泛，是各类电子产品中不
可或缺的重要部件，存在于由大到小几乎所有的电子产品中[1]。各种电子元器件的使用寿命都是有期限的，各类电子产品更新换代的速度相当快，这就意味着淘汰下来的电子产品会越来越多。有许多电子产品是在完成其使用寿命之后的正常报废；还有许多是由于电子技术的发展，在刚刚进入市场甚至还未进入市场即遭到淘汰。以计算机的开发为例，更新换代的期限基本为两年，然而液晶显示器的出现，更使传统球面显示器电脑的淘汰量急剧增加。目前在全球范围内，未进行回收安全处理的CRT球面显示器达2亿台左右，其中中国约占4 000×104台[2]。经权威统计部门预测我国未来3年电脑产生量及年度报废量如图1所示，由此可见，中国电子废弃物数量惊人且处理现状不容乐观[3]。
表1 中国电脑废弃预测量(2007年～2010年)
年度年产量/万台累计国内销
蓝膜片回收售量/万台
使用年限/年
累计废弃电脑产
生量/万台
年度废弃电脑
产生量/万台
2007 2860.51 11055.91 2 5272.94 1289.95 2008 3386.62 13765.24 2 8767.54 3494.64 2009 3973.22 16943.82 2 11055.9 2288.41 2010 4623.56 20642.6 2 13765.24 2709.30
2. 废弃线路板的特点
废弃线路板含有大量的重金属和其他有害有毒成分，如多氯联苯、卤化阻燃剂、铅、汞等，要进行环境管理、有专门机构去进行收集，并采用先进的符合环保要求的技术和设备进
行处理和处置。研究表明，电子废弃物在生态环境和人体健康方面的负作用具有广泛性和长
远性的特点。在贵屿镇的医学调研也发现，长期从事电子废弃物拆解业的工人在神经系统、1本课题得到华东交通大学科技创新科研项目基金（项目编号：YC08C003）的资助。
消化系统和呼吸系统方面的发病率较高，共占发病总人数的59.81%，癌症发病率也较高[4]。
随着电子工业的发展，稀贵金属对于改进印刷线路板(PCB)的性能发挥着越来越重要的
作用[5]。据目前而言，废弃线路板中资源回收的主要经济驱动力是回收贵金属。虽然线路板
中贵金属的含量在不断下将[6]，但贵金属的总量是较大的，有较大的回收价值的。丹麦技术
大学的研究[7]结果显示： 1 t随意收集的电子板卡中含有大约272.4 kg塑料、129.8 kg铜、
1本课题得到华东交通大学校级科技创新项目废弃线路板湿式破碎有价金属的解离研究(YC08C003)的资
助。
0.45 kg黄金、40.9 kg铁、29.5 kg铅、20 kg镍和10 kg锑，如果能回收利用，仅这0.45kg 黄金就价值6 000美元[8]。
3. 废弃线路板常用的处理方法
在1990年以前，主要的废弃线路板资源化方法是湿法冶金、火法冶金、电化学，都是以回收贵金属、稀有金属为主要目标[9]。1990年之后，机械物理方法得到了迅速的发展。现在意义上的资源化技术是指完全的材料回收，包括铁磁体、废铁金属、贵金属和非金属等的回收[10]。
抽油机模型
机械法主要是将拆卸电子元件后的废弃印刷线路板先用机械破碎，使金属和非金属得到单体解离，然后根据各种组分物理特性的差异，采用风力分选、磁选、筛分、涡流分选和电选等选矿的方法来分离其中组分，以得到金属和非金属[11]。
偏心轮机构机械物理法与其他方法相比，具有成本低、投资少和环境污染小等优点，有较强的适应性，因此在我国得到快速发展，在实践中应用的也较多[12]。
4. 机械物理法处理废弃线路板用到的设备
4.1 常用的破碎设备
常用的破碎设备主要有颚式破碎机、锤碎机、锤磨机、振动磨、微粉碎机、切碎机和旋转破碎机等。由于拆除元器件后的废电路板主要由强化树脂板和附着其上的铜线等金属组成，硬度较高、韧性较强[13]，如果采用颚式破碎机破碎时，由于线路板为片状使得挤压几乎无效果；同样采用球磨机粉碎时，线路板与介质一起低速运动，不能实现线路板的有效粉碎。然而采用具有剪、切作用的破碎设备可以达到比较好的解离效果。锤式粉碎机是利用围绕水平或垂直轴高速旋转转子上的冲击元件(棒、叶片、锤头等)对物料施以激烈的冲击，并使其与定子间以及物料与物料之间产生高频的强力冲击、剪切等作用而粉碎的设备，其中冲击作用为主。振动磨是通过介质与物料一起振动，将物料进行粉碎，介质与物料一起装在固定弹簧上的圆筒中，当圆筒强烈振动时，物料由于冲击、摩擦及剪切作用而被粉
碎。微粉碎机是在旋转叶片高速运转带动下，较大颗粒在动刀和静刀作用下剪切磨碎；而更多的颗粒在旋转叶片的高速运动带动下做类似抛物运动，垂直或者斜着砸在齿板上，从而被磨碎；也有部分颗粒大小与叶片和齿板之间的距离差不多，它们则受到两者的摩擦被粉碎[14]。
瑞典的Scandinavian Recycling AB(SR)开发了一种旋转式破碎机[15]，在中间转筒周围安装着一套能够自由旋转的压碎环，依靠压碎环与设备内壁之间的剪切作用破碎物料。使用这种破碎机可以减小解离后金属的缠绕作用。日本NEC公司的回收工艺采用两级破碎，分别使用剪刀破碎机和特制的具有剪断和冲击作用磨碎机，将废板粉碎成0.1~0.3mm左右的碎块。特制的磨碎机中使用研磨转子，并选用特种陶瓷作为研磨材料[16]。现在废电路板的破碎也开始使用低温破碎技术。德国Daimler Benz Ulm Research Center在破碎阶段用旋转切刀将废板切成2cm×2cm的碎块，磁选后再用液氮冷却，然后送入锤磨机碾压成细小颗粒，从而达到好的解离效果[17]。我国由清华大学精仪系自行研制的废弃线路板破碎装置分为粗碎和细碎两级。当金属和非金属材料粉碎到一定细度之后，金属和非金属材料就处于完全分离状态[18]。
4.2 常用的分选设备
4.2.1 磁选设备
利用磁铁去除铁、镍等铁磁性物质，应用广泛。Veit等[19]利用低强度磁选机从废线路板破碎粉末中回收了含铁43%，镍15.2%的铁磁性物质。
4.2.2 涡电流分选设备
涡流分选机是导体颗粒高速切割磁力线产生涡电流，涡电流的感生磁场，利用感生磁场与设备磁场之间的磁力，辅之以其他机械力的作用来实现物料的分离和提纯[20]。
德国Kamet Recycling Gmbh及Tris chlerund Partner Gmbh公司相继开发了用涡流分选的废弃电路板机械处理工艺[21]；通过破碎、重选、磁选、涡流分离获得铁、铝、贵金属及有机物等组分。经该工艺处理后的废电路板中90%的金属和塑料得以回收，10%左右的剩余物质(包括细粒物料、粉尘等)被另行处理。瑞典[22]利用一种新开发的涡流分选机从废弃线路中回收金属铝，获得的铝品位达到85%，回收率达到90%。Krowinkel J.M.等采用涡流分选机分选废旧电视破碎产品中6mm以上部分，可获得含76%铝、16%其他有金属及少量玻璃、塑料的金属富集体，铝回收率达89%[23]。
4.2.2 静电分选设备
物料通过高压电场中的电晕电极荷电，当所有颗粒与接地圆筒接触后，导体物料所带的电荷很快就消
失，而非导体物料则能长时间地保留所带电荷，滚筒静电分选就是利用这一原理实现金属与非金属的分离[24][25]。在温雪峰等[26]人的研究中，采用静电分选,-2+0.5 mm物料中95%左右的铜和90%左右的铝的金属富集体得到回收；- 0.5+0.074 mm物料中金属富集体的回收率较低，但加上中间产品的回收率，绝大部分金属也得到回收；对于-0.074 mm物料，由于金属含量少，非金属主要以玻璃纤维和树脂为主，形状多为长条形，物料之间团聚现象严重，在滚筒上很难分散开来，采用静电分选几乎没有效果。在路洪州[27]等人的研究中显示PCBs 板在1.2mm以下完全解离。提高静电分选机的转速，回收金属的纯度有小量降低，但可以提高金属回收率以及非金属纯度。
4.2.4 风力摇床分选设备
风力摇床也称重力分选机，现在也已经成功地用于电子废弃物的商业化回收。颗粒在气流作用下发生跳汰作用分层[28]，下面的重颗粒沉降与床面接触，受板的磨擦和振动作用向上移动，轻颗粒则由于板的倾斜度而向下漂移，从而将金属和塑料分离[13]。资料显示[29]，在德国有以气力摇床为分选主要环节的电子废弃物处理工厂，破碎后10mm以上物料破碎后利用涡流分选技术、10 mm以下则分级用气力摇床分选，年处理量达5万吨。Shunli Zhang[30]等研究利用气力摇床从电子废弃物中分选金属。金属铜、金、银的回收率分别为76％，83％及91％，品位也高达72及328、1908g/t。但气力摇床对入料颗粒的大小和形状要求较高，且存在运转不太稳定及效率低等问题。周翠红[31]等人的研究中来自废旧电脑的电路板的物料分选结果表明，1.6~1.2 mm粒级的物料分选效果最好，重产物中金属品位为
56.35%，回收率为91.57%。来自生产电路板产生的废板分选结果表明，1.2~0.5 mm粒级分选效果最好，重产物金属品位为84.87%，回收率为94.64%；废板分选中得到不同的重产物，金属的最高质量分数可达到81.14%，其中铜的质量分数为51.11%。
4.2.5 气流分选设备
气流分选是利用颗粒在气流中沉降的速度差或运动轨迹的不同而进行分离的过程。物料在上升气流作用下按密度进行分选，重质组份(金属)从风选机底部排出，轻质组份(玻璃纤维、环氧树脂)在气流作用下则被带入旋流器，经旋流器进行气固分离，最终空气从旋流器顶部排出而轻质组份从底部排出[32]。
在徐敏[33]等人的研究中，普通气流装置只要调节合适的操作气速，破碎粒度在0.125～0.1mm中铜的回收率接近95%，90%以上的金属被回收。在段晨龙[34]等人的研究中，采用阻尼式脉动气流分选装置，阻尼式脉动气流分选装置与传统气流分选装置相比，分选效率更高，有效分选流速的操作范围更宽，阻尼式脉动气流分选装置是一种分选速度快，分选效率高的节能性气流分选装置。温雪峰[35]等
人在进行废弃电路板中铜的回收研究中利用了以气流分选为主的工艺。废弃电路板经二次破碎后，对0.074～3 mm粒径间物料，控制铜颗粒与其余组份颗粒等沉比大于2，分批次用气流分选实验装置分选，实验对于0.25～0.125 mm粒级铜的回收率达到了90.76%，1.0～0.5 mm、0.5～0.25 mm及0.125～0.074 mm粒级铜的回收率也在60%以上。
4.2.6 水力摇床设备
水力摇床是选矿厂常规的重选设备，最常用的是平面摇床，主要由床面、床头和传动机构组成。床面近似成梯形，横向倾斜。在倾斜床面的上方设置有给料槽和给水槽，床面上铺有耐磨层。沿纵向布置有格条，格条高度从传动端向对侧逐渐降低，并沿一条斜线逐渐趋于零。整个床面由支架支撑。床面上的横向角度由机架上的装置调节。床面由传动装置带动进行往复不对称运动[36]。
摇床单位面积处理量低、回收精度不高、微细粒级金属容易损失到尾矿中，但却非常适合中小规模废弃线路板处理企业。我国南京环务资源再生科技有限公司、江西铭鑫冶金设备有限公司以及我国南方诸多废弃线路板回收厂大都采用这种工艺。
5. 结语
保健油废弃印刷线路板的回收处理一直是个难题，研究工作涉及到机械、冶金、化工、材料、环境等多学科
的内容。回收处理废旧线路板的物理方法及工艺以其高效、成本低、易操作、环境友好等优点近年来在全球得到较快的发展。
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