淺談印刷電路板拆解技術的研究現狀

張曉嬌,李挺

(上海第二工業大學 環境與材料工程學院,上海 201209)

淺談印刷電路板拆解技術的研究現狀

張曉嬌,李挺

(上海第二工業大學 環境與材料工程學院,上海 201209)

摘要:指出了廢棄印刷電路板的回收處理大體分為拆卸和破碎、物質富集分離、產品精制三個階段，為了能夠回收印刷電路板上的元器件,有必要對線路板上的元器件進行無損拆解。對國內外現有印刷電路板的處理處置技術進行了分析,提出了一種新的、高效、高資源利用率的線路板處理處置方向。

關鍵詞:印刷電路板;拆解;元器件;資源化

1引言

隨著電子行業的快速發展,使得電子產品的消耗快速增長,隨之產生的是電子產品的大量廢棄。印刷電路板幾乎存在所有的電子產品中,同時作為電子產品的核心部件正在以驚人的速度報廢。除此之外,我國是印刷電路板行業的生產大國,是全球產值最大的 PCB 生產國[1~3]。印刷線路板在生產過程中,產生約 24%的邊角廢料。我國也是印刷電路板的消費大國,幾種主要的家用電器的社會保有量巨大。而且隨著科學技術的發展與革新,電子產品更新速度越來越快,電子產品的使用壽命相應會縮短,這將使電子廢棄物的數量呈直線增長之勢。有關資料顯示[4,5],美歐等國產生的電子垃圾 80%出口都被裝進集裝箱運到了印度、中國和巴基斯坦。其中中國又占了 90%。而廢棄印刷線路板在電子廢棄物中所占的比重約為 8%左右[6]。可見伴隨電子廢棄物產生的廢棄印刷線路板的數量同樣十分驚人。

由以上可以看出我國廢棄印刷線路板的主要來源有廢舊電器中的電路板、加工邊角廢料和進口的電子垃圾。因此,我國的廢棄印刷線路板回收已經到了關鍵時刻,必須努力提升我國廢家電處理技術水平。以解決我國廢家電處理技術的技術瓶頸,提高本國企業在國際上的競爭力。

廢棄印刷電路板上含有多種貴重金屬(金、銀和鈀等)、稀有金屬(鈮和鉭等)和大量的基本金屬(銅、鐵和鋁等),倘若隨意丟棄這些廢棄電子產品或者經過不正確的處理,都會對環境造成嚴重的污染,同時也是一種資源的流失。在礦產資源日漸減少的今天,對于電子廢棄物這座“城市礦山”進行合理的開發利用是減輕當前資源危機的重要方法。目前印刷線路板的處理處置都是未經拆解直接破碎分離金屬和塑料。在對PCB資源化處理過程中,對其進行有效拆解必不可少,通過拆解可以回收具有商業價值的元器件并拆除危害性零部件以簡化后續的材料分離再生過程。但是目前對這些廢棄印刷電路板的處理處置技術尚不成熟,主要是小作坊通過手工操作來進行初步拆解處理,沒有形成完整的產業鏈,深加工工藝比較欠缺。

2國內外廢棄印刷電路板元器件拆解技術現狀

目前現有的廢線路板資源化處理方式主要有[7~9]2 種:一是以回收資源為目的的材料完全再生的回收方式,該方法主要回收其中的金屬與非金屬資源;二是結合拆解元器件的回收方式,這種方法不僅要求回收其中的金屬和非金屬資源,而且回收其中的可用電子元器件。前者的主要優點是機械化程度高、效率高,可節約勞動力成本,但是其設備投資巨大,后期處理困難,資源化程度相對較低;而后者工藝復雜。目前,我國對于拆解元器件的回收方式還處于可行性研究階段,其發展受技術和經濟兩方面因素的制約。技術上阻礙PCB自動拆解的主要障礙是印刷電路板尺寸型號繁多,相同類型的產品數量少,所以自動化拆解困難。同時因數電路板的收集管理也是阻礙拆解的因素之一。

2.1　國內拆解技術現狀

20世紀90年代,國內主要以野蠻粗魯的方式拆解處理電路板[10,11],如電路板烘烤拆解和強酸溶解,這種處理方式缺乏技術指導,給環境帶來了巨大的污染與災害。目前廢棄電路板再資源化研究成果按方法及工藝主要分為四大類[12]:機械物理法、化學溶解法、生物浸出法和焚燒熱解法”。國內對廢棄印刷電路板的處理方法主要是[13]機械物理法,處理方式大致分為兩種:一種是將元器件連同廢棄PCB基板一同破碎,最后分選出有價值的金屬。這種方式雖然可以從回收的有價金屬中獲得一定的經濟效益,但是與回收完整元器件所換回的經濟效益相比是相差甚遠的;另一種是采用人工拆解的處理方式將元器件從廢棄PCB上去除。此方式雖然保持了元器件的完整性,使其可再次利用,但是其拆解效率不高,而且容易對人體造成傷害。

我國目前廢棄印刷電路板處理處置形式有3種[14]:一是家庭作坊式:采用手工或者依靠最簡單的工具(改錐、鉗子等)進行的拆解,人工將有價成分分類回收;或者采用簡單酸溶或露天焚燒等落后方式回收高附加值組分。難以回收利用的剩余組分就隨意堆放或拋棄。在過去相當長的一段時間,這種處理方式在沿海地區廣泛流行,但是生產效率低,工作環境差。隨著廢板數量增多,必須考慮拆解的效率和經濟性問題。二是有一些中等規模的企業,購買和安裝了用于拆解的主要設備設施,但是為節省資金,必要的污染防護措施不配套,在連續生產過程中也易造成二次污染。三是嚴格按照環保要求,采用先進工藝,進行拆解實現資源化處理,加工處理過程中產生的廢水、廢氣、廢渣都能得以合理處置。這種處理方式和設施在我國已經存在,比如南京金澤公司,新加坡偉成工業有限公司在無錫投資建設的電子電器廢物處理廠。

然而實際上我國大部分廢舊電子電器不是直接進入再生資源回收企業,而是流入二手市場,或通過捐贈方式轉移到相對欠發達的地區或收入較低的個人,直接或經過適當修理重新利用;或暫時存儲起來擱置不用;少部分徹底不能按原功能使用的廢棄電器一般都被小商小販收走,進行拆解,回收原料,以獲得經濟利益[15]。

對印刷電路板的拆解處理,除通用的采用熔錫爐原理進行PCB拆解外,其他更為科學的脫焊拆卸的研究較少,工業化的報道更為鮮見。合肥工業大學[13,16]開發了在硅油導熱介質中脫焊分離PCB器件,并利用超臨界流體分離印刷電路板不同材料層的方法及裝置;亦有將被PCB置于反應釜的CO2 超臨界流體環境中,直至印刷電路板粘結層失去粘結作用,強化基層與導電層分離,元器件自行脫落方面的研究都取得了較好的效果。

國內的一些文獻雖有PCB板元件綠色脫焊回收的報道,但多數停留在實驗室研究階段,技術尚不成熟,存在許多問題,暫時無法推廣使用。而國外的一些自動化脫焊設備又做得系統結構非常復雜,成本很高,不適合中國國情。

2.2　國外拆解技術現狀

對于電子廢棄物的拆解,尤其是廢棄印刷電路板的拆解方面,德國和日本處于世界領先水平,并且對拆解過程具有較高的自動化和機械化。例如日本的[13,15]NEC公司通過對電子印刷電路板的制作過程的研究,開發出了一套自動拆卸廢棄印刷電路板上電子元器件的裝置。他的主要原理是利用加熱熔解焊料。加熱方式選用的是紅外加熱。通過紅外加熱熔焊后,采用兩級去除的方式(即垂直和水平方向的沖擊力作用)使表面焊接電子元器件從基板上脫落,不會造成任何損傷。然后再次結合加熱、外部沖擊力和表面浸蝕技術,達到完全脫焊。脫落的焊料可以作為精煉鉛、錫的原料。此項技術獲得了很好的經濟價值和環境效益。

除此之外,德國的[3,15~17]FAPS公司在廢舊電路板的自動拆解方面也有一整套的生產線。它主要通過采用與電路板自動裝配方式相反的原則進行拆解。拆解的第一步是通過清理工序將廢舊電路板分成兩類。其中一類先經過手工拆解對電路板上的特殊電子器件進行拆除,比如電池等。然后對所有的電路板進行同時拆解。

另一類是無需手工拆解即可以直接進行同時拆解的電路板。其分類過程一般采用手工作業,這在電子廢棄物拆解業相當普遍。將廢舊電路板拆解之后,元件將被分成不同的種類。在預分類的階段需要手工預先拆除一些特殊的元器件,比如鋪在PCB表面的貴金屬以及非破壞性的可再次利用的帶插孔元器件如CPU、存儲芯片。

3結語

與發達國家相比較可以看出,目前我國廢棄電路板管理中存在的問題主要有:回收體系落后,回收再利用率低;再生利用處置水平低,工藝相當落后,污染嚴重:另外,管理人員不懂法不知法,操作人員不具備相關的專業技術和污染防治知識、技能,也是造成管理不善而產生環境污染的一個主要原因。

現有的拆解技術主要是物理方法通過加熱或者破碎等技術進行處置,資源化利用程度低,對元器件損毀嚴重,而且不利于金屬的回收,加重了后續處理負擔,因此采用化學方法對電路板進行脫焊并回收元器件,再從溶液中回收焊料或者直接將浸溶劑作為原料用于工業生產,這種方法極大回收金屬及元器件,且后續處理簡單,將成為一種新的發展趨勢。

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A Brief Discussion of the Research Situation of Disassembly Technology

of Waste Printed Circuit Boards

Zhang Xiaojiao,Li Ting

(SchoolofEnvironmentalandMaterialsEngineering,ShanghaiSecondPolytechnic

University,Shanghai201209,China)

Abstract:There exist lots of methods for the processing of printed circuit boards.Currently,the recovery processing of printed circuit boards is divided into three stages,including disassembly and break,material's gathering and separation,and product purification.The efficiency of resource utilization of the waste printed circuit boards is quite low.Therefore,adopting the concept of circular economy and recycling recovery processing is one of the ways to deal with printed circuit boards reasonably.In order to recycle the components on printed circuit boards,it is necessary to disassemble components from PCB in good condition.Through the understanding of current processing technology of PCB,this article puts forward a new processing direction of PCB,which is of high efficiency and resource utilization rate.

Key words:printed circuit boards;disassembly;components;reclamation

中圖分類號:X705

文獻標識碼:A

文章編號:1674-9944(2015)01-0266-03

作者簡介:張曉嬌(1988—),女,湖北襄陽人,上海第二工業大學碩士研究生。

收稿日期:2014-12-01