廢線路板樹脂粉末的無害化處理與資源化利用研究

張 裴

（江蘇藍聯環境科技有限公司，江蘇 常州 213000）

引言

線路板（PCB）是現代電器制造的核心，廣泛應用于各種電器電子產品（EEE）的生產中。隨著經濟增長和社會的進步，我國逐漸成為電子產品的主要生產、出口和消費中心。這種快速增長導致了大量的電子產品被廢棄。隨之而來的是如何有效地回收和處理這些廢棄的產品，特別是廢棄的線路板（WPCB）。因此，對WPCB進行無害化處理和資源化利用已經上升為一個重要且迫切的議題。

1 廢線路板樹脂粉末

1.1 廢線路板樹脂粉末的產量

廢線路板樹脂粉末主要來源于電器電子廢棄物的回收處理以及線路板生產過程中產生的廢料和邊角料，其中電子廢棄物的回收處理為主導來源。隨著科技和電子產品使用的普及，電子廢棄物產量不斷增長。

2021年，全球電器電子廢棄物產量預計已超過6 500萬噸，而且這一數字仍在持續上升。由此產生的廢線路板數量也在相應增加。具體到線路板組成，其含量因不同的電器電子產品而異。一般來說，廢印刷線路板年產量約占電子廢棄物總量的5%～8%。線路板樹脂的含量大約占線路板總質量的50%，其后是占線路板質量的30%的金屬元素，同時還包含一定比例的玻璃纖維和其它無機填料。考慮到這一趨勢，預計2023年，我國廢線路板樹脂產量將超過120萬噸。隨著這種增長，如何有效地處理和利用廢線路板樹脂粉末變得越發重要，這不僅關乎環境保護，還涉及資源的有效循環利用[1]。

1.2 廢線路板樹脂粉末的來源

廢線路板樹脂粉末主要來自廢線路板的機械回收過程。機械回收法是當下工業領域廢線路板的首選回收方法，該方法基于電路板各組成部分之間的物理化學性質差異來進行分離和富集。整個過程包括拆卸、破碎和分選三大關鍵步驟。完成機械回收后得到的樹脂粉末需要進一步處理，或可以被利用作為其它產品的生產原材料[2]。

1.2.1 拆卸過程

拆卸是廢線路板回收過程中的首個步驟，旨在將電子元器件從基板上分離并進行分類回收與處理。在早期，線路板的拆卸主要依賴于人工操作。但由于其效率低且易造成環境污染，逐漸無法滿足現代產業和環境保護的要求。因此，近幾年廢線路板的拆卸方法經歷了一場變革，從完全手工作業逐步向機械化和自動化轉型。這不僅提高了拆卸效率，還有助于減少對環境的污染并提升回收品質。

1.2.2 破碎過程

破碎是廢線路板回收的關鍵步驟，旨在將廢線路板中的單體部分盡量分離，為后續的分選提供方便。常用的破碎機械包括旋轉破碎機、剪切破碎機和鍵式破碎機。破碎后的尺寸直接影響分選的效率和機械的能源使用。為了獲得最佳的分選效果，廢線路板應被破碎到0.6 mm以下的粒徑。這樣的細粒度可以確保其中的各組分達到完全分離，從而提高回收效率和品質。

1.2.3 分選步驟

分選步驟旨在根據廢線路板破碎后的物質成分的不同性質，如磁性和密度，來進行分類和富集。為了實現這一目標，采用了多種方法，包括磁選、靜電分選、渦電流分選、形狀分選和密度分選等。在現代工業中，廢線路板的分選過程，主要集中于結合氣流分選與靜電分選的方法，這種組合方法已經被證明是高效且可靠的，能確保廢物的有效回收和資源的最大化利用。

2 廢線路板樹脂粉末的處理方法

廢線路板樹脂粉末的處理方法多種多樣，其中包括焚燒法、填埋法、熱解回收法、溶劑法、超臨界法、等離子體熔煉法及物理回收法。但在當前的研究中，最受重視的是熱解回收法和物理回收法。實際的工業化處理中，焚燒法、填埋法和物理回收法被廣泛應用，因為它們被認為是最適合處理廢線路板樹脂粉末的有效方法。

2.1 熱解回收法

熱解回收法為廢線路板樹脂粉末的處理提供了一種高效、環保的方法。熱解，一個在缺氧條件下進行的有機物質分解過程，當應用于廢線路板樹脂粉末時，可以將其轉化為多種有用的產品。在400～600 ℃的特定溫度范圍內，樹脂粉末被分解為氣態、液態和固態三個主要部分。其中，氣態產物，例如氫和甲烷，不僅是可再生的能源來源，還可以減少對傳統能源的依賴。

液態產物包含了油和其它有機化合物，這些產物有著廣泛的應用前景。它們可以被進一步提煉，或者直接作為化學工業的原材料，為制造業帶來巨大的潛在價值。固態殘渣，如炭黑和各種無機鹽，也有它們的用途。這些殘渣可以作為高質量的填充材料，或者在其它領域中被重新利用。熱解回收法不僅幫助我們解決了廢線路板樹脂粉末的處理問題，更為我們打開了一個充滿機會的新領域，同時大大降低了廢物對環境造成的潛在風險。

2.2 溶劑回收法

溶劑回收法在廢線路板樹脂的處理中起到了關鍵的作用。這種方法的核心是使用特定的溶劑，目的是將樹脂中的有價值成分溶解并分離出來。為了實現這一目標，首先需要確保所選的溶劑與待回收的樹脂材料具有良好的親和力。此外，溶劑的選擇還需要考慮其蒸氣壓、穩定性和對環境的影響等因素。當選擇了合適的溶劑后，廢線路板樹脂粉末就可以在這種溶劑中進行浸泡，從而使其中的有價值成分得到溶解。

在成功將有價值成分溶解后，接下來的步驟是分離和凈化。這通常通過離心、過濾或蒸餾等方法來實現，以確保得到的成分純度高。但值得注意的是，由于這一過程中使用了大量的溶劑，因此必須對其進行妥善的處理，確保不對環境造成進一步的傷害。一種有效的方法是進行溶劑的回收和再利用，這不僅可以減少成本，還能降低環境風險。然而，需要警惕的是，不當的處理可能會導致有害的溶劑殘留，這對環境和人體都可能構成潛在風險。因此，在進行溶劑回收法時，必須確保整個過程的安全性和效率。

2.3 超臨界法

超臨界流體是當物質處于其臨界點以上的溫度和壓力時的狀態，它融合了液體的高密度特性和氣體的低粘度和高擴散性特性。其中，超臨界二氧化碳（CO2）由于其低的臨界溫度（31.1 ℃）和臨界壓力（73.8 bar），以及非毒性、無害和易于回收的特點，已經被廣泛應用于提取和分離技術中。在超臨界狀態下，CO2的溶解性會顯著增加，使其能夠高效地溶解廢線路板樹脂中的多種有機物質。

為了提取廢線路板樹脂中的有機物，首先需要將粉碎后的樹脂放入高壓反應釜中，然后注入超臨界CO2。在設定的溫度和壓力條件下，CO2將滲透到樹脂中，與其中的有機物結合，隨后這些有機物會被帶出反應釜并收集。值得注意的是，這一過程中的溫度和壓力參數對提取效果至關重要，需要根據實際情況進行調整和優化。一旦提取過程完成，CO2可以通過減壓和冷卻的方式從系統中輕松回收，再次利用。此外，與傳統的有機溶劑相比，超臨界CO2的使用大大降低了殘留物和環境污染的風險，使其成為一個既高效又綠色的提取方法。

2.4 物理回收法

物理回收法的關鍵在于技術的進步和設備的精確性。在破碎階段，廢線路板首先被機械地粉碎成較小的顆粒，這有助于后續的分離和篩選。不同于化學方法，這種破碎過程對環境幾乎無害，并且可以大幅度減少處理時間。接著，通過篩選，可以根據粒徑大小將不同的材料分離出來，這對于后續的資源回收和再利用至關重要。

當然，篩選只是第一步。為了進一步提高回收純度，需要利用更為精密的分離技術，如渦電流分離、磁性分離和重力分離等。渦電流分離主要用于分離金屬和非金屬材料，而磁性分離可以高效地將磁性金屬如鐵從混合物中分離出來。重力分離則利用物質的密度差異來實現分離。這些技術不僅可以顯著提高回收效率，還能確保回收出的原料質量達到一定標準，進而為下游應用提供高品質的原料。因此，隨著物理回收技術的進步，工業界對其的接受度和應用范圍也在不斷擴大。

3 用廢線路板樹脂粉末制備脂塑復合材料

3.1 脂塑復合材料概述

脂塑復合材料是一種創新型的復合材料，由熱固性樹脂、熱塑性塑料和纖維材料經特定比例混合而成。在添加了適量的助劑和改性劑后，通過擠出、注射或壓制等技術手段制成。這種材料融合了強度高、抗沖擊性強、不易磨損、尺寸穩定性好等多種優點，使其具備出色的機械、化學和加工性能。與傳統木材相比，脂塑復合材料在性能上有顯著優勢，不僅抗蟲、耐腐蝕，還擁有良好的耐老化特性和低吸水性。可進行二次加工的特點使其在建筑施工中廣受歡迎。更為重要的是，這種材料作為原生木質型材的高級替代品，有助于減輕對森林資源的壓力，進一步保護珍貴的生態資源。當脂塑復合材料達到使用壽命或受損時，還可進行回收再利用，形成一個循環經濟體系，既減少了固體廢物的產生，也節省了原始資源[3]。

3.2 用廢線路板樹脂粉末制備脂塑復合材料機理

廢線路板樹脂粉末，以環氧樹脂為主要組分，混雜著少量無機材料、銅箔碎片及極微量的重金屬元素，被認為是制備脂塑復合材料的有潛力的原料。這種復合材料的獨特性在于其將廢線路板樹脂粉末與其它增強材料相結合，從而大幅提升了其機械、物理、電性等綜合性能。其中，環氧樹脂的化學性質作為這一復合材料的基礎，不僅增強了復合材料的特性，還有助于實現廢線路板樹脂粉末的高效、環保的回收再利用。多種材料與廢線路板樹脂粉末混合改性后，原本屬于危險廢物的樹脂粉末無害化，可制作成為滿足標準要求的酯塑材料。運用現代科技手段，使得廢線路板樹脂粉末不僅得到了資源化利用，還為制備高性能的脂塑復合材料提供了新的路徑。

3.3 其它技術在脂塑復合材料生產中的應用

3.3.1 共擠技術

共擠技術的引入為脂塑復合材料的生產帶來了革命性的變革。通過該技術，可以一次性將不同的材料通過共同的擠出頭擠出，形成具有所需屬性的復合材料。

在共擠過程中，由于不同材料可能表現出不同的流動特性，因此要實現它們的均勻分布和結合變得尤為重要。這樣可以避免出現層間分離或不穩定結合的情況。對設備參數如溫度、壓力和流速的精確控制，不僅保證了產品的質量，還能確保生產效率的最大化，從而提高整體的生產效益。

共擠技術的應用非常廣泛，除了常見的板材、管材和膜材生產，其技術已經滲透到更高級的制造過程中，如三維編織或高級紡絲技術。這些技術的引入使得脂塑復合材料可以實現更多功能和特性，進而滿足更為豐富多樣的工業應用和民用需求。隨著這些應用的不斷推廣和完善，脂塑復合材料市場的潛力將進一步被挖掘，為相關行業帶來了前所未有的機遇和挑戰。

3.3.2 壓花技術

壓花技術在脂塑復合材料的生產中開辟了無數的創新可能。通過壓花技術，不僅可以實現不同的視覺效果，還能夠增強產品的實用性。壓花技術在生產中的應用，不僅要求對模具設計和制造有深入的了解，更依賴于精確的設備和熟練的操作。不同的模具形狀、深度以及所選材料的性質，都會對產品產生直接影響。因此，這種技術既考驗設備的先進性，也挑戰操作人員的專業技能和經驗，只有兩者完美結合，才能確保產品的質量和外觀達到預期標準。

盡管壓花技術為脂塑復合材料帶來了多樣性和個性化，但它也帶來了一系列的挑戰，例如如何確保不同批次的產品具有一致的質量和外觀，如何減少生產過程中的浪費，以及如何更環保地進行生產。

3.3.3 3D打印技術

3D打印技術在脂塑復合材料的生產領域中，表現出了巨大的潛能，成為當今制造業的一大變革力量。如今有了3D打印技術，只需一個詳細的三維模型，便可以快速、準確地打印出所需的部件或產品。這種創新的生產方式不僅大大簡化了整個制造流程，節省了大量的時間和資源，同時也降低了由于人為操作或模具更換所導致的錯誤率和生產中的浪費。

廢線路板樹脂粉末的轉化利用，特別是作為3D打印的原料，為制造業和環境保護帶來了雙重價值。首先，它為廢棄物賦予了新的利用價值，契合了當前全球對循環經濟的追求，有效地將廢物轉化為寶藏，實現了資源的最大化利用。其次，廢線路板樹脂粉末本身的特性，如良好的耐熱性、導電性等，使得3D打印的產品有著其它傳統材料難以比擬的優勢。這不僅滿足了日常的生產需求，而且也打開了一扇針對特殊應用之門，如高溫或特定電氣環境中使用等，進一步拓寬了其應用范圍。

技術進步是時代進步的明顯標志，它推動生產方法和流程持續地向前迭代和優化。3D打印技術無疑是這一變革的領軍力量，為現代制造業帶來了諸多革命性的優勢。其中，它所帶來的高度靈活性，讓復雜結構的產品制造變得更為簡單高效；它的定制能力滿足了現代消費者對個性化產品的追求；而對回收材料的利用，不僅呼應了可持續發展的理念，還大大降低了生產成本。這些顯著的特點使得3D打印技術在脂塑復合材料領域具有巨大的潛力和應用價值，預計將來會有更多的研究和創新聚焦于此。

4 結語

廢線路板樹脂粉末的無害化處理與資源化利用，對環境保護和可持續發展至關重要。深入探討各種廢線路板處理方法，從熱解回收到物理方法，探討其中的技術原理和應用前景具有重要的應用價值。同時，脂塑復合材料的研究為廢線路板樹脂粉末提供了一個創新的利用路徑，這不僅減少了固體廢棄物的排放，更為制造業帶來了新的原料來源。再加上與先進的共擠技術、壓花技術和3D打印技術的結合，為脂塑復合材料生產提供了更多的可能性。在面對資源和環境壓力的實際背景下，廢線路板樹脂粉末的無害化處理與資源化利用，正是科技創新為我們提供的環境保護新思路。