廢鍍錫電線電纜的再生新技術

周益輝 ，丘克強

（1.中南大學化學化工學院，湖南 長沙，410083；2.湖南凱天環保科技股份有限公司，湖南 長沙，410100）

隨著電力通訊事業的飛速發展，社會對電線電纜的需求日益增加，隨之而來的廢電線電纜也與日俱增，加上金屬資源日益匱乏，國際銅、錫價格高居不下，廢電線電纜的回收對經濟和社會都具有重要意義[1-2]。由于傳統的導體銅線在高溫擠塑時會有部分氧化，且在導線連接時容易出現接觸不良，因此，現有的銅導線普遍在表面鍍錫，以使其具有良好的抗腐蝕性能和焊接性能。廢鍍錫電線電纜由塑料外皮、銅導體和錫鍍層組成，若將其中的塑料、銅和錫分別分離回收，能產生良好的經濟效益，因此它的回收及資源化具有重要的意義。

以往對于廢電線電纜的處理一般利用電線電纜塑料外皮的可燃性，采用焚燒的方法回收廢棄電線電纜中的金屬[3]。這種落后的處理方法，不僅對周圍環境造成嚴重污染，而且還白白浪費了塑料外皮這一可回收再利用的資源。現在最常用的廢電線電纜回收技術有剝線和粉碎兩種[4-13]。剝線技術的原理就是通過切刀將廢電線電纜表皮沿其軸線方向切開，使金屬導線與外表皮分離；粉碎技術是通過切斷機和粉碎機等機械設備將廢電線電纜直接破碎成顆粒狀，再通過分選設備將塑料和金屬分離開來。可以看出，現有的廢電線電纜的回收技術著重于分離銅和塑料，而對銅導線上的錫鍍層的分離回收無能為力。而從錫的回收方法來看，主要有酸浸法和電解法兩種[14-15]，但這兩種方法回收錫均存在回收成本高、工藝流程長等問題。

為了更合理、更有效地實現廢鍍錫電線電纜資源化，設計了一種在真空條件下既能實現有機塑料的熱解液化，又能分離回收銅和錫的方法，一步高效實現了廢鍍錫電線電纜全組分高值化清潔再生。

1 實驗

1.1 實驗材料與裝置

實驗樣品采用直徑為1 mm的廢棄鍍錫電線。實驗裝置為自行設計的設備，主要由電機、反應器、轉鼓、電阻爐、冷凝系統、真空泵、氣體收集器等組成，如圖1所示。其中帶有均勻濾孔的轉鼓是為分離回收錫專門設計的；真空壓力計用于監測容器內部壓力；氣體收集器用于收集熱解過程中生成的不凝氣體。

1.2 實驗方法

取50.13 g廢鍍錫電線裝入轉鼓中，使轉鼓處在容器內部，連接好整個裝置。實驗時設置以下實驗條件：體系起始壓力為400 Pa，冷阱溫度-20℃，升溫速率20℃/min，終溫500℃，終溫保溫時間為30 min。打開冷卻水，開真空泵，使得體系處于真空狀態（體系壓力約為400 Pa），然后對廢鍍錫電線進行程序升溫加熱。實驗流程如圖2所示。

在熱解過程中，廢鍍錫電線的外層塑料熱解揮發物進入低溫冷阱冷卻成液態油，不可冷凝氣體經干燥、堿液吸收后進入氣體收集器。在熱解的過程中開動電機使轉鼓旋轉，錫和碳渣從轉鼓中迅速濾出沉積在反應容器底部，銅線則留在轉鼓中。

2 結果與討論

廢鍍錫電線在真空條件下熱解后，熱解揮發氣體從反應器中逸出進入冷阱，大部分冷凝為液態油，少量不可冷凝氣體經過干燥、堿液吸收后進入氣體收集器。在廢鍍錫電線熱解的同時，錫和碳渣通過離心分離與銅線分離。實驗后得到熱解油、銅線和含錫碳渣，如圖3所示。

圖4為廢鍍錫電線中塑料皮真空熱解產物的產率。廢鍍錫電線上的錫鍍層占質量比重很小，它在分離過程中以微粒的形式與碳渣混合在一起。因此，在計算廢鍍錫電線中塑料皮的原始質量時忽略錫的質量，通過廢鍍錫電線的原始質量和所得銅線質量的差值而得到塑料皮的近似原始質量；得到的碳渣的質量可近似為塑料皮的熱解渣質量。塑料皮真空熱解產物產率和銅線產率的計算公式如公式（1），（2），（3）和（4）所示：

廢鍍錫電線由塑料外皮、銅線和錫鍍層組成。因此，在熱解中若能將錫與銅分離即可實現廢鍍錫電線全組分資源化回收。錫的熔點低（231.89℃），在廢鍍錫電線熱解液化時，錫呈熔化狀態，而銅線則保持為固體。根據這一特點，研究設計了一個可轉動的多孔空心轉鼓，在廢鍍錫電線熱解的同時，利用固液離心分離技術將錫鍍層分離出來。在實驗中，當達到熱解終溫時，以轉速為1 200 r/min，旋轉轉鼓10 min，廢鍍錫電線中的錫即可完全分離回收。

實驗得到的銅線為銅黃色，已看不到表面的白色錫鍍層，這說明錫已得到分離回收。實驗收集到的碳渣為塑料外皮的熱解渣和極少量從銅線上分離的錫微粒組成的混合物。在今后大批量處理時，可考慮從含錫碳渣中進一步回收金屬錫。

熱解液體產品外觀類似煤焦油，為了了解其組成，通過GC-MS進行分析，結果如圖5和表1所示。

表1列出了從廢鍍錫電線真空熱解油中鑒定出的19種主要化合物及其相對含量。由表1可知，熱解油主要由甲苯、反-4-辛烯、3-甲基-2-庚烯、3-氯-3-甲基-庚烯、2-氯-辛烷和鄰苯二甲酸二異辛酯等物質組成。其中鄰苯二甲酸二異辛酯、3-氯-3-甲基-庚烯和反-4-辛烯是熱解油中含量最多的3種組分，它們的相對含量之和高達60％以上。此類熱解油產品主要組分的含量較高，組分相對簡單，這是其分離和提純的有利條件。鄰苯二甲酸二異辛酯是一種價值較高的增塑劑，在熱解油中的含量達35％以上；還有一定量的烯烴、烷烴以及芳香烴類物質也具有較高的價值，若將它們從熱解油中分離提純并循環利用，廢鍍錫電線中塑料的再生價值將大大提高。

表1 廢鍍錫電線真空熱解油中的主要組分及含量

真空熱解的氣體，經過堿液吸收后，主要成分有一氧化碳、二氧化碳和甲烷、乙烷、丁烷等低級烷。由于其可燃成分多，熱值也高，收集后可用于為熱解過程提供熱能。

本研究在真空熱解有機塑料的同時，利用離心分離的方法實現錫的分離回收，從而實現了廢鍍錫電線中有機塑料、錫和銅的一步分離。因此，本文所述的清潔無害處理技術具有很好的應用前景，為廢鍍錫電線電纜的高效回收提供了新途徑。

3 結論

本文提出了一種無污染、低成本、高效率回收廢鍍錫電線電纜的新方法，即真空熱解廢鍍錫電線電纜的同時進行離心分離，實現了廢鍍錫電線電纜有機塑料、錫和銅的一步分離。

（1）將廢鍍錫電線在真空條件下進行熱解，設置體系起始壓力為400 Pa，升溫速率為20℃/min，裂解終溫為500℃，終溫保溫時間30 min，設置冷阱溫度為-20℃。塑料皮真空熱解后的銅線、熱解渣、熱解油和熱解氣的產率分別為 63.22％，33.79％，58.70％和7.91％。

（2）當達到熱解終溫時，以轉速為1 200 r/min旋轉轉鼓10 min，廢鍍錫電線中的錫即可完全分離回收。

（3）GC/MS的分析結果表明，熱解油主要由鄰苯二甲酸二異辛酯、3-氯-3-甲基-庚烯和反-4-辛烯等組成。這種熱解油可提煉加工成化工原料或進一步加工成燃料；熱解產生的不可冷凝氣體經堿液吸附后的主要成分有一氧化碳、二氧化碳，以及甲烷、乙烷和丁烷等低級烷，收集后可循環利用。

[1] 蔣鼎瓊，閻瑞河，裴閨良.廢舊電線電纜回收處理技術[J].有色設備，1997(4)：30-32.

[2]Chaala A，Darmstad t H，Roy C.Vacuum pyrolysis of electric cable wastes[J].Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，1997，39(1)：79-96.

[3] 魯 璽，李金惠，翁云煊，等.PVC廢物及其處理技術[J].環境污染治理技術與設備，2002，9(3)：46-50.

[4]Jaksland C，Rasmussen E，Rohde T.A new technology for treatment of PVC waste[J].Waste Management，2000，20(5-6)：463-467.

[5]Koyanaka S，Ohya H，Endoh S，et al.Recovering copper from electric cable wastesusing a particleshapeseparation technique[J].Advanced Powder Technology，1997，8(2)：103-111.

[6] Iuga A，Neamtu V，Suarasan I，et al.Optimal high-voltage energization of corona-electrostatic separators[J].IEEE Transactions of Industry Applications，1998，34(2)：286-293.[7] SchubertG，Warlitz G.Sorting metal/non-metal mixtures using a corona electrostatic separator[J].Aufbereitungs-Technik，1994，35(9)：449-456.

[8] Dascalescu L，Morar R，Iuga A，et al.Charging of particulates in the corona field of roll-type electroseparators[J].Journal of Physics.D Applied Physics，1994，27(6)：1242-1251.

[9] Dascalescu L，Samuila A，Iuga A，et al.Influence of material superficial moisture on insulation-metalelectroseparation[J].IEEE T.Ind.Appl，1992(2)：1472-1478.

[10] Iuga A，Dascalescu L，MorarR，et al.Corona—electrostatic separators for recovery of waste non-ferrous metals[J].J.Electrostat，1989，23(13)：235-243.

[11] Meier-Staude R，Koehnlechner R.Electrostatic separation of conductor/non-conductor mixtures in operational practice[J].Aufbereitungs-Technik，2000，41(3)：118-123.

[12]Gungor A，Gupta S.Disassembly sequenceplanning for productswith defectivepartsin product recovery[J].Computers ＆ Industrial Engineering， 1998， 35(1-2)：161-164.

[13] Mishene Christie Pinheiro Bezerra de Araú jo，Arthur Pinto Chaves，Denise Crocce Romano Espinosa，Jorge Alberto Soares Tenório.Electronic Scraps Recovering of Valuable Materials from Parallel Wire Cables[J].Waste Management，2008，28(11)：2177-2182.

[14] 雷勇強，喻陽海，陳六平.鍍錫銅線表面錫的回收[J].有色金屬(冶煉部分).2004(6)：21-23.

[15] 楊建廣，唐謨堂，楊聲海，等.一種回收錫二次資源的新工藝[J].濕法冶金.2005，24(2)：97-101.