目的:本文介紹了當(dāng)前歐洲在報(bào)廢電子與電氣設(shè)備回收與處理方面的基本情況,并分析了它們對(duì)環(huán)境、人類健康和經(jīng)濟(jì)造成的影響。
設(shè)計(jì)/方法/手段:近年來(lái),電子與電氣設(shè)備的生產(chǎn)制造是增長(zhǎng)最迅速的領(lǐng)域之一,這種過(guò)快增速直接導(dǎo)致了報(bào)廢電子與電氣設(shè)備(Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE)數(shù)量的激增。因此,加強(qiáng)對(duì)報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的回收處理可以有效減少最終報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的數(shù)量。
結(jié)果:本文在全面研究分析相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,回顧了報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的處理策略的實(shí)施情況和報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的主要回收技術(shù)手段。
研究限制/含義:下一步工作重點(diǎn)是要研發(fā)集成的報(bào)廢電子與電氣設(shè)備回收與報(bào)廢處理系統(tǒng)。
實(shí)踐含義:在涉及報(bào)廢電子與電氣設(shè)備管理的環(huán)境問(wèn)題上,許多國(guó)家和組織都已經(jīng)起草了國(guó)家法規(guī)來(lái)提高回收、處理、再利用水平,以達(dá)到減少報(bào)廢設(shè)備數(shù)量的目的?;厥?qǐng)?bào)廢電子與電氣設(shè)備是一項(xiàng)十分有意義的工作,不僅能夠優(yōu)化廢棄設(shè)備處理,而且能夠回收有價(jià)值的材料。因此,對(duì)報(bào)廢電子與電氣設(shè)備設(shè)備材料的回收與再利用技術(shù)進(jìn)行深入研究,十分有必要。
關(guān)鍵詞:環(huán)境管理;回收;報(bào)廢處理;電子廢料
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引 言
在過(guò)去的十年里,對(duì)廢棄電子和電氣設(shè)備的回收工作受到了大家越來(lái)越多的重視。在不遠(yuǎn)的未來(lái),報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的數(shù)量將呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。事實(shí)上,在歐洲報(bào)廢電子與電氣設(shè)備數(shù)量?jī)H占據(jù)了國(guó)內(nèi)廢棄品的4%,德國(guó)一年的電子廢料大約有180萬(wàn)公斤。在澳大利亞每年報(bào)廢電子與電氣設(shè)備總量大約85000公斤,并且呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì),其中5000公斤是屬于有害廢品。在波蘭,2005年就生產(chǎn)了30000公斤的報(bào)廢電子與電氣設(shè)備,并且保持每年3%-5%的增長(zhǎng)。
由于報(bào)廢電子與電氣設(shè)備中包含有害廢品,如果在廢物管理階段沒(méi)有得到適當(dāng)處理,就會(huì)造成環(huán)境污染問(wèn)題。因此,世界上許多國(guó)家通過(guò)制定相關(guān)政策指令來(lái)改善這類廢品的報(bào)廢、處理、與回收問(wèn)題。2003年2月13日歐盟議會(huì)就通過(guò)了兩部有關(guān)指令,《電子與電氣設(shè)備報(bào)廢指令》和《有害物質(zhì)限制(Restriction of Hazardous Substances, RoHS)指令》。波蘭在2005年10月開(kāi)始執(zhí)行有關(guān)報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的法規(guī),要求企業(yè)生產(chǎn)方開(kāi)始逐步回收電子與電氣設(shè)備。波蘭有關(guān)報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的法規(guī)法案要求廢品回收系統(tǒng)做到減少80%廢品排放,改善廢品對(duì)環(huán)境造成的不良影響。
對(duì)報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的回收一直是重要議題,不僅僅是廢品處理,還有重要材料的回收問(wèn)題。報(bào)廢電子與電氣設(shè)備包括許多復(fù)雜的材料和部件,為了研發(fā)一個(gè)性價(jià)比高的和環(huán)境友好的回收系統(tǒng),非常有必要區(qū)分報(bào)廢材料中的有用材料和有害物質(zhì),以便更好的理解這類報(bào)廢材料的物理特性。
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報(bào)廢電子與電氣設(shè)備特性
在報(bào)廢電子與電氣設(shè)備相關(guān)指令中,電子和電氣設(shè)備是指那些依靠電流或電磁場(chǎng)來(lái)工作的,以及那些能夠產(chǎn)生、傳輸和度量電流和電磁場(chǎng)的設(shè)備。它們適用的額定電壓范圍通常為直流電的0—1000V以及交流電的0—1500V。
報(bào)廢電子與電氣設(shè)備相關(guān)指令規(guī)定了10類電子和電氣設(shè)備,具體分類如下:
● 大型家用電器(例如:電冰箱);
● 小型家用電器(例如:咖啡機(jī));
● 信息技術(shù)和通信設(shè)備(例如:電腦);
● 消費(fèi)型電子產(chǎn)品(例如:收音機(jī)和電視機(jī));
● 照明設(shè)備(例如:日光燈);
● 電子和電氣用工具,不包括大型的固定工業(yè)工具(例如:電鉆和電鋸);
● 玩具、文體娛樂(lè)設(shè)備(例如:電視游戲機(jī));
● 醫(yī)療設(shè)備,不包括所有植入的和感染病毒的產(chǎn)品(例如:X光設(shè)備);
● 監(jiān)視和控制設(shè)備(例如:煙霧報(bào)警器);
● 自動(dòng)分散器。
報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的成分主要取決于設(shè)備的類型和年齡,例如,信息技術(shù)和通信設(shè)備產(chǎn)生的報(bào)廢電子與電氣設(shè)備比家用電器產(chǎn)生的廢料帶有更多的貴金屬(如圖 1所示)。使用時(shí)間久的舊產(chǎn)品要比新品產(chǎn)生更多的有價(jià)值金屬,但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生更多的危害物質(zhì)。
圖1 報(bào)廢電子與電氣設(shè)備
通常情況下,報(bào)廢電子與電氣設(shè)備是由40%金屬、30%塑料和30%耐火氧化物組成。如圖 2所示,典型的金屬?gòu)U料組成包括:20%的銅、8%的鐵、4%的錫、2%的鎳、2%的鉛、1%的鋅、0.02%的銀、0.1%的金以及0.005%的鈀。典型的塑料成分包括:聚乙烯、聚丙烯、聚酯和聚碳酸酯。
圖2 報(bào)廢電子與電氣設(shè)備的特殊材料組成
在處理報(bào)廢電子與電氣設(shè)備過(guò)程中一個(gè)重要的問(wèn)題是對(duì)其中所包含的重金屬和有機(jī)物的處理問(wèn)題。因?yàn)樗鼈兣c塑料成分中的鹵素結(jié)合后可以形成具有揮發(fā)性的金屬鹵化物,同時(shí)它們也會(huì)對(duì)二噁英和呋喃的形成起催化作用。
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報(bào)廢電子與電氣設(shè)備
的回收流程
事實(shí)上,現(xiàn)有的電子廢料回收流程主要著眼于鐵類金屬、有色金屬和貴金屬的分離。一個(gè)典型的電子和電氣廢品回收流程如圖 3所示。通常,電子產(chǎn)品被手動(dòng)分為多個(gè)產(chǎn)品組,或者被直接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)回收實(shí)體。如果這些廢棄產(chǎn)品仍然具備部分功能,或是超出了回收者的能力、容量和允許,它們會(huì)被轉(zhuǎn)移。該流程接收的產(chǎn)品會(huì)被分類分階段拆解。
圖3 典型報(bào)廢電子與電氣設(shè)備回收流程示意圖
機(jī)械分離
不同的部件和設(shè)備第一步通過(guò)機(jī)械分離為不同的部分,例如按材質(zhì)分解為:金屬(鐵、銅和鋁等)、塑料、陶瓷、紙質(zhì)、木材和設(shè)備,例如電容器、電池、顯像管、液晶顯示屏、印制電路板等等。這些材料可以做進(jìn)一步處理,例如:塑料材料因?yàn)槠潲u素含量較高會(huì)被進(jìn)一步處理,金屬材料可以通過(guò)不同的冶金流程被進(jìn)一步處理。其中,印制電路板的分解處理過(guò)程比較復(fù)雜,這是由于金屬相和非金屬相是高度交聯(lián)的
在手動(dòng)分揀,去掉污染物(例如水銀開(kāi)關(guān)、電容器中的五氯苯酚等)之后對(duì)材料進(jìn)行第一步的粉碎。材料的分離手段通常包括電磁法、靜電法、密度法、視覺(jué)法和其他方法。例如采用一系列磁鐵,可以從傳送帶上分離出含鐵的材料,與傳統(tǒng)的電磁體相比永磁體的使用可以大大降低能源的消耗。對(duì)上述報(bào)廢品進(jìn)行多次的粉碎和磁鐵分離、再加工程序,可以大大增加含鐵材料分離程度。在分離出鐵類金屬之后,剩下的材料再通過(guò)傳送帶進(jìn)行緩慢挑揀,去掉一些大型碎片,例如玻璃渣或塑料渣。在使用研磨機(jī)和篩選器依據(jù)材料的大小進(jìn)行分離之后,使用渦流法、靜電法、空氣法、浮沉法和離心力法等對(duì)非鐵類金屬進(jìn)行分離。在報(bào)廢品進(jìn)行大小分離的過(guò)程中,還可能會(huì)用到撕扯、研磨、錘擊等方法,通過(guò)傳送帶將它們連接起來(lái)。而廢料的組成決定了具體使用哪種方法。分離出來(lái)的材料還要采用特定的加工方法進(jìn)一步處理,如火法冶金技術(shù)與濕法冶金技術(shù)。
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熱處理技術(shù)
火法冶金技術(shù)主要包括焚化、等離子弧熔爐熔化、撇渣、燒結(jié)、融化和高溫氣相反應(yīng)。焚化通常是指去除去塑料和其他有機(jī)材料,進(jìn)一步濃縮金屬。壓碎的廢品可在熔爐中焚化來(lái)去除塑料,得到熔化的金屬殘?jiān)?。塑料燃燒后,耐火氧化物最終會(huì)形成熔渣。
在熔化反應(yīng)階段,會(huì)用到金屬收集器,例如銅和鉛。但是在熔化未經(jīng)提煉金屬過(guò)程中,仍會(huì)不可避免的收集到一些不純的合金。電子廢品中包含的金和銀元素可以在銅鑄熔爐中提煉,但是銀和其它貴金屬往往會(huì)需要較長(zhǎng)的過(guò)程來(lái)提煉。絕大多數(shù)再生銅和大部分的電子廢品都可以在銅鑄熔爐中進(jìn)行火法冶金提煉,其主要過(guò)程和步驟包括:金屬熔化與還原、吹爐中原銅生成或起泡、火法精煉、電解提煉、陽(yáng)極泥處理。在現(xiàn)代的再生銅熔爐中,許多各類型含銅材料都可以進(jìn)行回收處理。圖 4展示了一個(gè)典型的含銅報(bào)廢電子與電氣廢品的回收流程。除了銅元素,報(bào)廢電子與電氣廢品還會(huì)含有鎳、鉛、錫、鋅、鐵、砷、銻和其它貴金屬元素。待處理材料(如報(bào)廢的電子產(chǎn)品)需要根據(jù)其純度和物理狀態(tài)進(jìn)入不同的處理流程。陽(yáng)極成分組成、粉塵和爐渣的質(zhì)量由于材料的不均勻性而產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。這一過(guò)程同電解精煉中產(chǎn)生陽(yáng)極泥的情況是類似的。另外一種從電子廢品中復(fù)原氫氧化物和貴金屬的方法是通過(guò)鉛熔煉處理。
圖4 含有銅的報(bào)廢電子與電氣設(shè)備回收流程示意圖
熱解技術(shù)是指將待處理材料在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行加熱,在達(dá)到特定溫度后,材料中的有機(jī)物(如塑料、橡膠、紙、木材等等)就會(huì)分解,并形成揮發(fā)性物質(zhì),可以進(jìn)一步用于化學(xué)工業(yè)或者與油氣混合后產(chǎn)生能源。但是現(xiàn)階段而言,工業(yè)領(lǐng)域并沒(méi)有采用這種方式來(lái)處理廢品。
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濕法冶金技術(shù)
濕法冶金技術(shù)的主要方法是通過(guò)酸或腐蝕性液體對(duì)固態(tài)金屬進(jìn)行淋洗。這一過(guò)程通常需要小的粒度尺寸來(lái)增加金屬的產(chǎn)量。按照這一方案,目標(biāo)金屬元素便會(huì)被剝離出來(lái),然后通過(guò)溶劑萃取、化學(xué)沉淀、滲碳處理、離子交換、過(guò)濾和蒸餾等過(guò)程進(jìn)行濃縮。其中,淋洗溶劑主要有H2SO4、H2O2、HNO3、NaOH、HCl等等。
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電化學(xué)處理技術(shù)
絕大多數(shù)電化學(xué)處理技術(shù)通常都是精煉處理,并且是在電解質(zhì)溶液中進(jìn)行的,有時(shí)也可在熔鹽中進(jìn)行。閱讀文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)經(jīng)粉碎的廢料可以直接用電解處理。例如,在碘化物電解時(shí),碘化鉀/氫氧化鉀溶液常用來(lái)從鍍金或是涂金廢品中回收金、銀和鈀元素。另外一項(xiàng)處理過(guò)程是鐵-流程,在這個(gè)流程中含銅廢品在硫酸鐵溶液中進(jìn)行淋洗,而淋洗液是電解過(guò)程產(chǎn)生的廢液。
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討 論
上述所有提到的方法都有其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。使用機(jī)械分離技術(shù)有個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì),即對(duì)于簡(jiǎn)單的設(shè)備而言,通過(guò)機(jī)械分離處理可以得到不同的成分,例如:鐵、有色金屬、輕量材料(如塑料等);缺點(diǎn)就是會(huì)產(chǎn)生噪音和粉塵污染;回收的步驟主要取決于回收材料,并且分離過(guò)程中高的剪切力會(huì)導(dǎo)致溫度上升,伴隨著熱解效應(yīng)和其它反應(yīng)還會(huì)排放出一些氣體(如二噁英和呋喃等);因此,機(jī)械分離技術(shù)得到的分離物必須進(jìn)行進(jìn)一步的處理,或是采用和塑料一樣的填埋處理?,F(xiàn)有的熱處理工廠能夠處理得到高純度的金屬——通常不止一種金屬,例如:在一個(gè)銅加工廠中可以得到貴金屬鎳。另外,處理復(fù)合材料也不成問(wèn)題,因?yàn)樵诩庸み^(guò)程中,許多元素都隨著金屬融化過(guò)程而破壞分離。
缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生廢氣與煙道灰。并且其中的鹵素成分還會(huì)導(dǎo)致二噁英問(wèn)題,因此必須采用廢氣處理系統(tǒng)。貴金屬要在冶金過(guò)程中存留很長(zhǎng)時(shí)間,直到處理過(guò)程結(jié)束時(shí)才能獲得。另外,對(duì)金屬進(jìn)行濃縮也是十分必要的,這是因?yàn)檠趸锏脑黾訒?huì)導(dǎo)致礦渣的產(chǎn)生,而礦渣會(huì)加劇金屬的流失。少量的貴金屬就不能通過(guò)這類方法獲得(例如:鋁)。相反地,鋁元素還會(huì)一定程度影響礦渣性質(zhì),多數(shù)情況下這也是我們不希望發(fā)生的事情。濕法冶金技術(shù)同樣能夠通過(guò)選擇在不同的溶液中進(jìn)行淋洗來(lái)獲得高純度的金屬;缺點(diǎn)是這一過(guò)程需要大量的淋洗液,而且這些溶液可能是腐蝕性的或者是有毒性的。復(fù)合材料本身會(huì)造成一定的金屬元素?fù)p失。最后一個(gè)問(wèn)題是,這一方法還會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。
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結(jié) 論
由于《電子與電氣設(shè)備報(bào)廢指令》和《有害物質(zhì)限制指令》的頒布,對(duì)報(bào)廢電子與電氣設(shè)備回收工作的重要性變得顯而易見(jiàn)。如今,銅爐火法冶金技術(shù)在電子廢品處理過(guò)程中已是十分常見(jiàn)。但是,在處理高金屬含量電子廢品,特別是含有塑料物的電子廢品時(shí),往往還需要采用多種處理方法結(jié)合手段,例如:機(jī)械分離技術(shù)、熱處理技術(shù)和濕法冶金技術(shù),與此同時(shí)還要考慮環(huán)境影響因素。但是對(duì)堿金屬和貴重金屬?gòu)U品的采集和分析過(guò)程往往花費(fèi)巨大,甚至比對(duì)其處理過(guò)程花費(fèi)都要多。而且廢品的質(zhì)量與組成成分不同,會(huì)直接影響它的市場(chǎng)價(jià)格。另外,對(duì)廢品處理過(guò)程中的環(huán)境影響限制以及廢品處理方式都是必要重點(diǎn)考慮的事項(xiàng),例如:對(duì)水銀開(kāi)關(guān)和電容器的處理。大型銅或者鉛冶煉廠,它們都具備處理大量廢棄品的能力。但是,隨著廢棄電子產(chǎn)品質(zhì)量的下降和塑料含量的上升,這將會(huì)對(duì)未來(lái)廢棄品的處理增加許多難度。
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