真空热裂解和离心分离技术实现废弃电路板中有机树脂和焊锡的资源化研究

摘要

随着经济和电子信息产业的迅速发展，电子电器产品更新换代日益加剧，导致大量的电子废弃物形成。废弃印刷电路板是电子废弃物的重要组成部分，其中金属的高回收价值与有毒有害物质的潜在危害性使得对其进行资源化回收和安全处置具有十分重要的意义。
　　 论文围绕废弃印刷线路板的资源化回收展开研究。首创了回收废弃印刷电路板中焊锡的油浴离心分离技术；建立了包括“油浴离心分离＋真空热裂解”和“真空热裂解＋真空离心分离”在内的环境友好且经济可行的回收流程，实现了废弃印刷电路板中有机树脂和焊锡的分离与回收利用；创造性地研制出真空热裂解-离心耦合技术回收处理废弃印刷电路板，实现了废弃印刷电路板有机物质、焊锡与其他金属的一步分离，大大提高了回收效率。
　　 本文首先概述了目前废弃印刷线路板的主要处理方法，并对不同处理方法的优势及存在的问题进行分析与评价。考虑到提前分离焊锡为废弃印刷电路板中其它金属的回收创造了良好条件，在分析废弃印刷电路板中焊锡具有低熔点这一特性的基础上，采用油作为加热介质将焊锡熔化，在自行设计的装置上利用固液离心分离的原理将焊锡从废弃电路板中分离出来。本文选择使用广泛、具有代表性的酚醛树脂类(FR-2)和环氧树脂类(FR-4)印刷线路板作为研究对象。实验结果表明：离心分离废弃电路板焊锡的影响因素有：转速、温度、旋转时间、旋转次数，其中主要的影响因素为实验温度和转速；分离焊锡的较好实验条件为：转速1400rpm，温度240℃，6min内均匀旋转6次。
　　 在油浴离心分离焊锡的基础上，结合真空热解技术在固体废弃物处理过程中所具有的固有优势，本文首先提出一种回收废弃印刷电路板的新方法，即“离心分离＋真空热解”两步工艺。实验表明：油的温度为240℃，转速为1400rpm，采用间歇式的方式旋转6min以上，废弃印刷电路板焊锡得到完全分离回收。设置真空热裂解实验条件：体系压力为1.5kPa，升温速率为40℃/min，裂解终温为600℃，终温保温时间为30min，冷阱温度为－40℃，对脱焊后的废弃电路板进行真空热裂解。酚醛树脂类废弃印刷电路板裂解后裂解渣、热解油和气体的平均产率分别为69.5％、27.8％和2.7％；环氧树脂类废弃印刷电路板裂解后各种产物的平均产率分别为75.7％、20.0％和4.3％。
　　 为了提高回收效率和更好地进行实验操作，本文进一步调整了回收工艺，采用“真空热解＋真空离心分离”流程处理废弃印刷电路板。设置真空热裂解条件为：体系压力400Pa，升温速率40℃/min，裂解终温600℃，终温保温时间30min，冷阱温度－40℃。酚醛树脂类废弃印刷电路板热解后热解渣、热解油和气体的平均产率分别为67.97％，27.73％和4.30％；环氧树脂类废弃印刷电路板热解后各种产物的平均产率分别为72.20％，21.45％和6.35％。将热解渣在真空条件下（体系压力约为20Pa）进行离心分离以回收焊锡，实验表明：当温度为400℃，以转速为1200rpm旋转转鼓10min，废弃印刷电路板焊锡得到完全分离回收。
　　 在前期研究的基础上，本文更进一步研究了一种回收处理废弃印刷电路板的新技术——真空热裂解-离心耦合技术，即将真空热裂解工艺与离心分离工艺合二为一，在真空条件下同时实现焊锡的分离回收与有机物质的热解分离，大大提高了回收效率，降低了回收成本。将两种废弃印刷电路板在真空条件下进行热解，设置体系压力为400Pa，升温速率为20℃/min，裂解终温为600℃，终温保温时间30min，设置冷阱温度为－40℃。酚醛树脂类废弃印刷电路板热解后热解渣、热解油和气体的平均产率分别为67.91％，27.84％和4.25％；环氧树脂类废弃印刷电路板热解后各种产物的平均产率分别为72.22％，21.57％和6.21％。在400～600℃内以转速为1000rpm旋转转鼓10min，废弃印刷电路板焊锡得到完全分离回收。
　　 真空热裂解和焊锡分离回收后，基板和电子元件很容易分离。热解后的基板很容易分离出铜箔、玻璃纤维等物质；热解后的电子元件中的各种金属送后续工序回收。热解油可作为化工原料或进一步加工成燃料；热解产生的不可冷凝气体有较高的燃烧值，收集后可加以利用。