熔池熔煉技術處理廢電路板的工業化應用

熔池熔煉技術處理廢電路板的
工業化應用

介紹了熔池熔煉技術原理及其優勢，分析了熔池熔煉技術在處理廢電路板時的技術特點。結合中國節能貴嶼火法項目的生產實踐，重點介紹了已取得的工業化研究成果。

熔池熔煉；廢電路板；工業化

隨著經濟的快速發展和電子產品更新換代速度的加快，國內電子廢棄物的產生量呈逐年增加的趨勢，廢電路板的產生量也隨之逐年增加。大量電子廢棄物的產生給環境帶來了巨大的承載壓力，而廢電路板中含有大量的銅、金、銀等有價金屬元素，如何合理處置廢電路板，并從中再生回收有價金屬元素受到人們的高度關注[1-2]。

目前，國內外從廢電路板中回收有價金屬元素的方式主要包括物理法、火法和濕法三種[3-5]。其中，火法是發達國家處理廢電路板的主要方法，且對該技術嚴格保密；濕法多以酸浸為主，易產生大量的工業廢水等二次污染，故濕法在國外沒有形成大規模的工業化應用。而國內普遍以物理法為主，其核心只是在于對物料進行簡單分類，分類后仍需火法或濕法加工。本文在總結分析熔池熔煉技術原理及其特點的基礎上，重點介紹了熔池熔煉技術在處理廢電路板領域的特性，并結合中國節能貴嶼火法項目的實際應用情況，分析了熔池熔煉技術處理廢電路板的可行性。

一、熔池熔煉技術原理及特點

1.1 熔池熔煉技術原理

熔池熔煉技術是將爐料直接加入到鼓風翻騰的熔池中迅速完成氣、液、固相間主要反應的熔煉方法。其基本原則就是在適當的溫度和氣氛（氧勢）下，使有價金屬元素得到富集，而脈石礦物等成分則富集到爐渣中，使爐料中的有價元素依其物理化學性質不同分別富集到銅锍、爐渣和煙塵中，以利于進一步利用。這種強化熔煉的冶金方法適用于有色金屬原料熔化、硫化、氧化、還原、造锍和煙化等冶金過程。

1.2 熔池熔煉技術處理廢電路板的優勢

發達國家多采用熔池熔煉技術處理廢電路板和廢雜銅混合料（如德國、比利時、日本、韓國），而國內熔池熔煉技術多應用于礦石冶煉領域。在處理廢電路板時，目前國內多采用鼓風爐、陽極爐等傳統的火法工藝。傳統火法工藝的最大缺點就是會產生二噁英、硫化物、氮氧化物等有毒有害氣體，造成嚴重的環境污染。

與鼓風爐、陽極爐等傳統火法工藝不同，熔池熔煉技術是將破碎后的廢電路板直接加入鼓風翻騰的熔池中，迅速完成氣、液、固三相間反應的熔煉方法，具有原材料適用性強、反應速度快、床能率大、煙塵率低等優勢，不僅減少了熔煉過程的金屬逃逸，而且通過簡單的參數控制即可實現熔化、氧化、還原、煙化等不同熔煉功能間的相互轉化。此外，熔池熔煉技術還能夠充分利用廢電路板中的玻璃纖維等物質，在熔煉過程中起到熔劑作用，減少了造渣熔劑的加入，解決了國內濕法、物理法等工藝之后處理被動處理玻璃纖維碎屑的問題，提高了玻璃纖維的利用價值。

1.3 小型化的熔池熔煉爐符合廢電路板拆解產業的業態需求

2015年我國五種主要廢棄電器電子產品（廢電視機、廢冰箱、廢洗衣機、廢空調、廢電腦）的回收量約為15274萬臺，約合348萬噸，年同比增長達到了12.5%。盡管電子廢棄物的產生量較大，但國內具有拆解補貼資質的企業就有109家，且拆解回收企業遍布全國29個省市自治區。與傳統銅冶煉企業相比，廢電路板拆解企業規模小，廢電路板產生量少。同時，根據國家危險廢物名錄的規定，廢電路板屬于危險廢棄物，跨省轉運需根據國家及地方的相關規定進行申報，審批通過后方可跨省轉運。存在審批周期較長，不利于集中處置等問題。

因此，與傳統銅冶煉企業不同，處理廢電路板的企業規模應結合當地的實際產生量確定，規模不易過大。所以，小型化的熔池熔煉爐符合廢電路板拆解產業的業態需求。

二、熔池熔煉技術處理廢電路板的特點

2.1 把握熔銅與煉銅的不同

由于銅礦石原料中的銅多以硫化銅或氧化銅類物質存在，在銅冶煉過程中需經氧化、還原等一系列化學反應，才能得到粗銅。而廢電路板中的銅多以單質形式存在，無需經過氧化、還原反應，僅需在高溫狀態下將銅熔化后，使銅得到富集即可。因此，與從礦石中冶煉銅的方式不同，在利用熔池熔煉技術處理廢電路板時，需正確把握熔銅與煉銅的不同之處。在借鑒煉銅的工藝技術原理時，應根據廢電路板的特性，進行優化工藝操作方式，進而得到較好的熔銅效果。

2.2 有效控制熔池熔煉爐內部氣氛，確保物料充分燃燒

爐內反應氣氛是實現銅渣有效分離的關鍵因素之一。傳統銅冶煉過程中，氧化氣氛與還原氣氛分別在熔煉爐的不同時間節點完成；而在處理廢電路板時，由于是熔銅的過程，所加入空氣（或富氧）的目的就是保證廢電路板的充分燃燒，廢電路板加熱分解產生的物質會與氧發生化學反應，并依靠廢電路板中有機物及其分解物的充分燃燒，杜絕二噁英等有害物質的產生。因此，熔池熔煉爐內的氣氛控制需根據電路板的成份不同而具體調節。

2.3 合理調配入爐的廢電路板中金屬品位，實現自熱運行

熔煉過程溫度控制是熔煉過程關鍵的控制參數之一。傳統銅冶煉過程中，熱量的來源一部分是物料之間發生反應放出的熱量，但大部分熱量依靠外界提供燃料來保證熔煉過程的溫度。而在處理廢電路板時，所有物料直接加入到熔池中實現完全燃燒，廢電路板中的有機物（含量在30%以上）燃燒放出大量的熱量，可滿足熔池熔煉爐的正常生產，實現熔池熔煉爐的自熱運行。因此，熔池熔煉爐的能量消耗主要集中在開爐階段，開爐后的外部能源供給較少，節能效果顯著。

2.4 有效控制鋁、鐵等雜項金屬的入爐，以降低渣量

造渣是熔煉過程中重要的一環，也是熔煉效果好壞的直接體現。爐渣渣型控制的目的在于根據物料組成將爐渣控制在熔點最低、黏性最小和流動性最好的成分范圍之內，降低爐渣中的有價金屬含量，提高熔煉回收率。

在處理廢電路板時，由于廢電路板中含有電容、電阻、鐵氧體及元器件等物質，在熔煉過程中鋁、鐵等元素易形成高熔點物質，引起爐渣渣型黏性增大，嚴重時會導致熔煉爐底部產生凍結層。為消除凍結層或使鋁、鐵等物質不形成高熔點物質，需額外加入大量的造渣溶劑，以形成低共熔點的物質，但此時熔煉爐的爐渣量勢必增大。因此，有效控制好含鋁、鐵等物質的加入量，對提高熔煉爐的處理能力、減少爐渣產生量具有十分重要的作用。

表1 粗銅中主要金屬成分

三、熔池熔煉技術處理廢電路板的工業化應用

廣東省汕頭市貴嶼鎮是全國最大的電子廢棄物拆解基地之一，同時也因電子拆解業的發展而造成了嚴重的環境污染。中國節能在貴嶼循環經濟產業園區投資建設了年處理2萬t廢電路板的火法處理項目。該項目是國內首家將熔池熔煉技術應用到廢電路板處理并提取稀貴金屬的企業，旨在實現電子廢棄物的無害化處理、資源化利用。

該項目年處理電路板2萬t，年產粗銅等稀貴金屬4000t、副產溴化鈉700t。該項目自2016年初投產試運行以來，取得了較好的研究成果。所產出的粗銅中銅品位在85%以上，粗銅中含金在10g/t以上，銀300g/t以上，具體成分如下表所示。

根據已取得的研究成果可知，利用熔池熔煉技術從廢電路板中回收有價金屬元素是可行的。該項目的成功實施，填補了國內無火法處理廢電路板的空白，為后續相關技術的成功實施奠定了基礎。

四、結論

熔池熔煉技術在處理廢電路板時具有獨特的優勢，小型化的熔池熔煉爐是處理廢電路板的理想解決方案。中國節能首次成功地將熔池熔煉技術應用到廢電路板資源化過程，為實現廢電路板中有價金屬的高效回收提供了理論及實踐依據。

(1)劉旸,劉靜欣,郭學益. 電子廢棄物處理技術研究進展[J].金屬材料與冶金工程,2014,42(2):44-49.

(2)宋闖,袁野.電子廢棄物的環境污染及回收利用概述[J].環境保護與循環經濟,2015(3):26-28.

(3)趙良慶,潘利祥,李朝暉,等.廢PCB處理技術探討[J].環境工程,2014,(32)(增刊1）：753-755.

(4)洪大劍,張德華,鄧杰.廢印刷電路板的回收處理技術[J].云南化工,2006,33(1):31-34.

(5)于寧濤,鐵占續,王發輝.廢舊印刷電路板資源化研究綜述[J].中國資源綜合利用,2011,29(7):21-24.

Industrial applications of the Bath Smelting technology in processing wasted printed circuit boards

文/中節能工程技術研究院有限公司 劉杰 李德忠 劉風華 仇夏杰

第一作者：劉杰，男（1963—），E-mail:liujie3513@163.com,研究方向：固體廢棄物資源化利用

李德忠，男（1984—），博士，E-mail:dzli0636@126.com，研究方向：固體廢棄物資源化利用