對廢棄印刷線路板回收的深入研究
PCB信息網
2012-08-07
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目前，世界上許多國家針對廢棄印刷線路板的回收處理進行了深入研究，并且已經取得了一定的成效。廢印刷線路板的再利用處理技術包括：機械處理法如拆卸、破碎、分選等；熱處理法如高溫熱解制液體油< 2 >等；化學處理法如溶蝕法、洗法等。德國采用先進的低溫冷凍粉碎技術進行高效的處理< 3 >，國內有研究學者利用電選的方法對廢印刷線路板進行了處理，也取得了比較理想的效果< 4 >.
本文利用選礦學方面的成熟理論< 5 >，對廢棄印刷線路板的氣流分選進行了探討。氣流分選是以空氣為分選介質，固體顆粒在氣流作用下按密度和粒度進行分選。當顆粒的重力或離心力與空氣運動阻力相等時，顆粒與空氣運動之間的相對速度v 0（沉降末速）為：v 0 =πdρs 6ψρg（1）式中：d―顆粒的直徑；ρ―空氣的密度；基金項目由式（1）可知，當顆粒密度相同時，直徑大的顆粒沉降末速大；當顆粒粒度一定時，密度大的顆粒沉降末速大。由于顆粒的沉降末速同時與顆粒的密度、粒度及形狀有關，因而在同一介質中，密度、粒度和形狀不同的顆粒在特定的條件下，可以有相同的沉降速度。這樣的相應顆粒稱為等降顆粒。其中，密度小的顆粒粒度d r1與密度大的顆粒粒度d r2之比，稱為等降比，以e 0表示，即e 0 = d r1 d r2（2）理論與實踐都表明，e 0將隨顆粒粒度變細而減小。顆粒在上升氣流中達到沉降末速時，顆粒的沉降速度v 0等于顆粒對介質的相對速度和上升氣流速度μ0之差，即v 0 = v -μ0（3）由式（3）可知，上升氣流可以縮短顆粒達到沉降末速的時間和下降距離，因此在氣流分選中常采用上升氣流。在顆粒達到某一沉降末速v 0之前，密度大的顆粒比密度小的顆粒下落快，如果下降過程中兩個顆粒的沉降速度始終都是不同的，且顆粒A的沉降速度始終小于顆粒B的沉降速度，那么在一定的上升氣流流速范圍內可實現兩種物料的分選。
為了提高分選效率，在氣流分選前必須將粉碎后的物料進行粒度分級，然后再利用氣流分選出金屬與非金屬，最終實現廢棄印刷線路板的機械分離，并計算出不同粒度的金屬含量。
1試驗方法本試驗選用的是由某電子有限公司所提供的廢棄手機主板。由于試驗材料中混有較多的鐵磁性物質及紙屑（手機主板上貼有的標簽），為了達到更好的分選效果，首先采用磁選及浮選工藝對其進行預處理，磁選目的是去除試驗材料中混有的鐵磁性物質，并避免造成破碎機刀具的過度磨損，浮選則為去除混有的紙屑。
原始物料經磁選與浮選后送至破碎工序，一級破碎與二級粉碎后的混合物料再經篩分后，得到+ 30目、- 30目～+40目、- 40目～+ 45目、- 45目～+50目、- 50目～+ 60目、- 60目～+ 70目、- 70目～+ 80目、- 80目8個級別物料稱重后分別氣流分選，試驗通過調節風量和喂料速度來達到更好的分選效果，技術參數見表1.物料在上升氣流作用下按密度進行分選，重質組份（金屬）從風選機底部排出，輕質組份（玻璃纖維、環氧樹脂）在氣流作用下則被帶入旋流器，經旋流器進行氣固分離，最終空氣從旋流器頂部排出而輕質組份從底部排出。
氣流分選技術參數目數+ 30 - 30～+ 40 - 40～+ 45 - 45～+ 50風量V /（m 3？
h - 1）500 400喂料速度v/（kg？
min - 1）0. 050 0. 025 0. 050目數- 60～+ 70 - 70～+ 80 - 80風量V /（m 3？
h - 1）300喂料速度v/（kg？
min - 1）0. 090 0. 065 0. 170將分選后得到的不同粒度的金屬與非金屬分別稱量，對其分布規律進行分析，并利用浮選法測定其金屬含量，具體工藝如圖1所示。
氣流分選工藝流程2結果與討論2. 1不同粒度范圍的物料及金屬分布規律為了減小試驗誤差，共進行了三組分離試驗，計算得出不同粒度范圍的物料及金屬質量分數的平均值見表2.分選所得不同粒度范圍物料及金屬的分布規律可從圖2中直觀看出。
從數據中可以看出，在不限定粉碎時間的條件下，經過標準檢驗篩篩分出不同粒度物料后，各目物料質量分數與金屬質量分數都呈現出相對穩定的趨勢。- 80目物料在總物料中所占質量分數最大，- 50目～+ 60目物料所占質量分數最小；盡管- 80目物料數量在總物料中是最多的，但是其金屬含量所占本目物料的質量分數卻是最小的，各目金屬占各目物料質量分數最大的是+30目金屬；- 60目～+70目金屬在總物料中所占質量分數最大，- 50目～+60目金屬所占質量分數最小。
不同粒度范圍的物料及金屬質量分數目數+ 30 - 30～+ 40 - 40～+ 45 - 45～+ 50物料w /% 10. 6% 1. 9% 10. 1% 11. 8%金屬占物料w /% 81. 8% 77. 0 % 77. 0% 79. 2%金屬占總物料w /% 8. 7% 1. 5% 7. 8% 9. 3%目數- 50～+ 60 - 60～+ 70 - 70～+ 80 - 80物料w /% 0. 5% 21. 3% 12. 3% 31. 5%金屬占物料w /% 60. 0% 72. 6% 53. 7% 24. 6%金屬占總物料w /% 0. 3% 15. 3% 6. 7% 7. 9%不同粒度范圍物料及金屬質量分數圖粒度范圍在- 60目～+ 70目、- 70目～+ 80目和- 80目的細顆粒物料，其物料總質量占到總物料質量的65. 1%，金屬總質量占物料總質量的29. 9%；對于粒度范圍在+ 30目、- 30目～+ 40目的粗顆粒物料來說，這些物料總質量只占到總物料質量的12. 5%，其中金屬總質量占物料總質量的10. 2%，金屬顆粒粒度較大，部分金屬沒能與非金屬層完全剝離，分選效果一般。
2. 2不同粒度范圍金屬與非金屬的分選結果氣流分選出不同粒度范圍的金屬與非金屬宏觀形貌如圖3所示。從圖3中可發現，粗顆粒（+ 30目）金屬銅箔大部分都與基板表面層相連，呈大片狀結構，這是因為手機主板是由六層銅層與五層非金屬層交疊組成，如圖4所示。屬于多層狀結構，在粉碎過程中大顆粒的銅箔與非金屬沒有徹底剝離。
+30目的非金屬成分主要是玻璃纖維和樹脂，呈顆粒狀與纖維狀共混，如圖5所示。呈現出墨綠色；- 30目～+40目、- 40目～+ 45目、- 45目～+50目金屬有少部分銅箔與基板表面層相連，- 30目～+40目、- 40目～+ 45目、- 45目～+ 50目、- 50目～+60目的非金屬呈現出淺綠色，其中- 30目～+40目非金屬與+ 30目相同形貌呈顆粒狀與纖維狀共混，而- 40目～+45目、- 45目～+ 50目和- 50目～+60目非金屬則以纖維狀居多。
不同粒度范圍的金屬與非金屬圖4手機主板橫截面對于細顆粒金屬與非金屬來說，- 60目～+ 70目、- 70目～+80目、- 80目的銅箔基本上都與基板表面層剝離開，- 60目～+ 70目、- 70目～+ 80目的非金屬形貌呈纖維狀，顏色也呈現出淺綠色；而- 80目的非金屬數量是各目非金屬中最多的，其形貌為纖維狀，顏色呈現出豆綠色。分選后金屬與非金屬的單顆粒形貌所示。
金屬與非金屬的單顆粒形貌2. 3分選后不同粒度范圍的金屬含量表3列出了利用浮選法計算得到分選后不同粒度范圍的金屬含量，并與分選前的金屬含量作了對比。從對比數據不難看出，分選后不同粒度范圍的金屬質量分數顯著提高，均達到了94%～99%，這一點對于細顆粒物料尤為明顯，粒度范圍在- 60目～+70目、- 70目～+ 80目和- 80目的金屬質量分數分別提高了26. 2%、46%和74. 9%，顆粒越細金屬質量分數的提高就越明顯。
表3分選前后不同粒度范圍的金屬質量分數目數+ 30 - 30～+ 40 - 40～+ 45 - 45～+ 50分選前金屬w /% 81. 8% 77. 0% 79. 2%分選后金屬w /% 94. 4% 96. 4% 97. 3% 98. 4%目數- 60～+ 70 - 70～+ 80 - 80分選前金屬w /% 72. 6% 53. 7% 24. 6%分選后金屬w /% 98. 8% 99. 7% 99. 5%細顆粒物料（- 60目～+ 70目、- 70目～+ 80目和- 80目）分選效果比較理想，氣流分選在此粒度范圍內效果最好，金屬質量分數均在99%左右。
粒度越細，分選的金屬含量越高，可見粒度越細分選的效果越好；對于中等顆粒物料（- 40目～+ 45目、- 45目～+ 50目）來說，雖然物料中的非金屬大多是以纖維狀存在，但由于粒度較小，所以在風力的作用下，大部分纖維狀的非金屬能夠很好地與金屬實現分離；而對于粗顆粒物料（+ 30目、- 30目～+40目）來說，由于金屬顆粒粒度較大，部分片狀顆粒的銅箔沒能與基板表面層完全剝離，并且以纖維狀存在的部分非金屬與銅箔相連，所以分選后得到的質量分數相對不高，基本在95%左右。
由于非金屬的機械粉碎要比金屬容易，粉碎后同一粒度范圍物料中的非金屬顆粒粒度d r1與金屬顆粒粒度d r2相比較小，由公式（2）e 0 = d r1 d r2可知，同一粒度范圍物料中非金屬顆粒與金屬顆粒的等降比e 0 <1，隨著顆粒粒度范圍變小e 0逐漸減小，d r1與d r2差值就越大，因此細顆粒物料（- 60目～+ 70目、- 70目～+ 80目和- 80目）中的金屬顆粒粒度d r2與非金屬顆粒粒度d r1差值較大，且金屬密度ρs2大于非金屬密度ρs2，由公式（1）v 0 =πdρs 6ψρg可知，金屬顆粒的沉降末速要遠大于非金屬顆粒的沉降末速，所以在氣流作用下可以更有效地分離金屬與非金屬。而對于粗顆粒物料（+ 30目、- 30目～+ 40目）而言，由于其金屬與非金屬的沉降末速相對接近，分選相對較為困難，所以導致分選后的金屬含量相對不高。這就要求在破碎過程中要盡量選擇合適的工藝及設備，使物料的粒度盡量控制在細顆粒（- 60目～+70目、- 70目～+ 80目和- 80目）范圍內，利于提高氣流分選的效果。
3結論（1）采用機械方法利用材料的物理特性進行高效分選，且不會產生二次污染；（2）金屬以細顆粒居多，粒度范圍主要集中在- 60目～+ 70目、- 70目～+80目和- 80目，并且在此粒度范圍內氣流分選的效果最好；（3）制定的分選工藝能夠保證分選后不同粒度范圍的金屬質量分數達到94%～99%.
