（工程热物理专业论文）电子废弃物处理技术与生命周期评价.pdf

摘要 摘要 随着我国电子家电产业的高速发展，电子产品更新换代越来越快，电子产品 的使用寿命越来越短，大量电子产品固体废弃物随之产生，据统计仅广东省每月 产生的电子废弃物就超过8 0 0 0 吨。电子废弃物的主要成分包括印刷电路板、塑料、 含铁金属、玻璃等，其中对环境危害很大的是混合塑料以及印刷电路板，因其中 含有难分离的重金属、卤族化学物质等，对空气、土壤造成严重污染。 本文通过选取电子废弃物塑料原料中的丙烯腈一丁二烯苯乙烯( a b s ) ，聚苯 醚( p p o ) ，聚甲醛( p o m ) 和印刷电路板为实验研究对象。对塑料原料进行元素 分析和工业分析实验，结果表明电子废弃物塑料原料挥发份含量很高，占干基的 9 0 以上，灰份很少，燃烬性好；含氧量差别很大，a b s 含氧量最少，仅为2 8 2 ，p p o 次之，为1 2 7 5 ，p o m 中氧含量很高，达5 5 1 1 。 在w c t - 2 型高温微分差热天平上进行热重实验研究，考察了升温速率对热解 失重的影响，并求得热解动力学参数。实验表明，随着升温速率的提高，失重曲 线有更明显的失重变化，d t g 峰值从2 5 升到8 0 ，起始失重温度和终止失重 温度也随着增加。a b s 、p o m 、p p o 的活化能的变化范围不大，分别为1 9 1 9 4 k j m o l 、1 4 9 3 2k j m o l 、i 6 9 5 2k j m o ! 。 在管式炉实验装置中进行热解实验，分析各自的热解产气规律，并考察热解 终温对热解反应和产气的影响。实验结果表明，三种工程塑料的产气成分差别较 大a b s 的产气成分以h 2 、c h 4 为主，p p o 的产气成分以h 2 、c h 4 、c o 为 主，p o m 产气成分以c o 、h 2 为主，c h 4 含量极少。温度的提高有助于产气量的 提高，但是单位体积产气的低位热值随之减少，在8 5 0 的热解终温下，a b s 、 p p o 、p o m 的单位体积产气的低位热值分别为4 1 8 0 0 、2 2 3 5 0 、1 7 3 0 0 k j m 3 。气体 质量转化率随着温度的提高有所提高，但都在5 0 以下：焦油和残炭含量很高， 在9 5 0 还是达到5 0 以上。 设计制作6 k w 熔融盐反应器，对a b s 、p p o 、p o m 进行了气化实验，考察 空气量对气化产物组成及其性质的影响。实验结果表明，a b s 和p p o 的产气成分 c 0 2 含量较高，h 2 和c h 4 次之：p o m 产气成分以c o 、h e 为主，c h 4 含量极少。 对比管式炉热解结果，熔融盐气化大大提高了气体转化率和产气量，在4 0 的理 论空气量下基本无焦油产生；产气单位体积气体热值相对较低，a b s 、p p o 、p o m 产气单位体积热值分别在3 5 0 0 0k j m 3 、2 5 0 0 0k j m 3 、1 3 0 0 0 k j m 3 左右波动，都 具有一定的能源利用价值。 通过在6 k w 熔融盐反应器中处理电脑板卡、电视机、电话机、显示器、单 华南理工大学硕士学位论文 片机五类印刷电路板，利用熔融盐和金属的熔点不同，采用高温下固液过滤分离 的方法分离提纯金属进行研究。实验结果表明，显示器和电视机的印刷电路板含 c u 、f e 较多，总金属含量也较高，电脑板卡、单片机和电西机的金属含量相对 较少。印刷电路板通过熔融盐处理后可以回收6 0 8 0 的金属。 为了对广东省电子废弃物处理的环境影响进行评价，本文还对广东省电子废 弃物中的塑料和印刷电路板的能源化利用进行了生命周期评价( l c a ) 。评价结果 表明，广东省报废电视机、电脑和电话机中废旧塑料的2 0 能源化利用与燃煤发 电相比较，每年可节省动力用煤3 0 0 9 9 0 t ，产出可用于生产活性炭或煤气的炭 3 5 2 6 5 t ，减少c 0 2 排放3 3 0 0 6 i t 、减少s 0 2 排放3 6 5 l t 、减少n o x 排放4 3 4 6 t 、 减少灰渣排放4 8 0 9 8 t ，具有很好的环境效益。将广东省2 0 0 3 年报废电视机、电 脑和电话机中的2 0 的印刷电路板能源化利用，在整个生命周期过程中与燃煤相 比较，可节省动力用煤7 2 5 2 t ，产出可用于生产活性炭或煤气的焦碳4 5 9 3t ，产 出可用于其它用途的高纯度的玻璃纤维4 3 2 2 1 5t ；可减少c 0 2 排放7 0 0 1 4t ，减 少s 0 2 排放2 1 9 7t ，减少n o x 排放5 4 t 。 关键词：电子废弃物：热重分析；热解特性；熔融盐；气化；金属回收；生命周期评价 竺! ! 坠g a bs t r a c t a l o n gw i t ht h eh i g hs p e e dd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i c si n d u s t r y ，t h el i f ec y c l eo f e l e c t r o n i cp r o d u c t sb e c o m es h o r t e ra n ds h o r t e r , a n dag r e a td e a lo fe l e c t r o n i cw a s t e s h a v eb e e n p r o d u c e d a c c o r d i n g t o s t a t i s t i c ，t h e e l e c t r o n i cw a s t e s p r o d u c e d i n g u a n g d o n gp r o v i n c ep e rm o n t he x c e e d8 0 0 0t o n s t h em a i nc o n t e n t so fe l e c t r o n i c w a s t ea r ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d ，p l a s t i c ，m e t a l ，a n dg l a s s a m o n gt h e m p r i n t e dc i r c u i t b o a r da n dp l a s t i ca r em o s th a r m f u lt oe n v i r o n m e n tb e c a u s eo ft h em e t a la n dh a l o i d c h e m i c a l sc o n t a i n e d t h em a i nr a wp l a s t i ci ne l e c t r o n i cw a s t ei n c l u d i n ga b s ，p p o ，p o ma n dp r i n t e d c i r c u i tb o a r dw a s t ea r ee l e c t e df o re x p e r i m e n to h j e t s t h eu l t i m a t ea n dp r o x i m a t e a n a l y s i sr e s u l to fa b s ，p p o ，p o ms h o w st h a tt h ev o l a t i l ec o n t e n ti sa b o v e9 0 o f t h e i rw e i g h t ，w h i l et h ea s hi sl i t t l e ；a n dt h eo x y g e ni nt h r e ek i n d so fp l a s t i cv a r i e s g r e a t l y ，w i t ha b s 2 2 8 o fi t sw e i g h t ，p p o1 2 7 5 ，p o m5 5 ii b ym e a n so ft h e r m o g r a v i m e t r y ，t h ep y r o l y t i c a c t i v a t i o n e n e r g y a n d f r e q u e n c y f a c t o ra r eo b t a i n e da n dt h ee f f e c to fd i f f e r e n th e a t i n gr a t e so nt h ep y r o l y t i cr e a c t i o n h a sb e e ni n v e s t i g a t e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l ts h o w st h a tt h e p e a kv a l u eo fd t g i n c r e a s e sf r o m2 5 t o8 0 w i t ht h e h e a t i n g r a t e si n c r e a s e df r o m1 0 * c m i nt o 4 0 。c m i n a n dt h eo r i g i n a la n dt e r m i n a t ep y r o l y t i ct e m p e r a t u r e si n c r e a s ew i t ht h e i n c r e a s e dh e a t i n gr a t e sa l s o t h ea c t i v a t i o ne n e r g yo fa b s ，p p o ，p o mi ss i m i l a r w h i c hi sr e s p e c t i v e1 9 1 9 4k j m o l 、t 4 9 3 2k j m o l 、1 6 9 5 2k j m 0 1 p y r o l y s i se x p e r i m e n t si np i p er e a c t o ro ft h r e ek i n d so fe n g i n e e r i n gp l a s t i c ：a b s p p oa n dp o mh a sb e e nc a r r i e do u ta n dt h er e s u l to fg a sy i e l dh a sb e e na n a l y z e d t h e r e s u l ts h o w st h a tt h eg a sp r o d u c t so ft h r e ek i n d so fp l a s t i cv a r yg r e a t l y ，t h em a i ng a s p r o d u c t so f a b s p y r o l y s i sa r eh 2 ，c h 4 ，a n dt h o s eo f p p oa r eh 2 、c h 4 、c o ，a n dt h o s e o fp o ma r ec o 、h 2 ，w i t hl i t t l ec h 4 a n di n c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r eo fp y r o l y s i s r e a c t i o n ，t h eq u a n t i t yo fg a sp r o d u c tw i l li n c r e a s e ，w h i l et h ec a l o r i f i cv a l u eo fg a s p r o d u c t w i l ld e c r e a s e a t8 5 0 c ，t h ec a l o r i f i cv a l u eo fg a sp r o d u c to fa b s ，p p o ，p o m i sr e s p e c t i v e4 1 8 0 0 、2 2 3 5 0 、1 7 3 0 0 k j m 5 a n dt h eg a st r a n s f e rr a t eo ff e e d s t o c ka l s o i n c r e a s ew i t hi n c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r e b u te v e na t9 5 0 。c ，t h e ya r es t i l ll e s st h a n 5 0 t h eg a s i f i c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa b sp p oa n dp o ma r ei n v e s t i g a t e di nm o l t e n s a l t sr e a c t o r ，a n dt h ee f f e c to fd i f f e r e n ta m o u n to fo x y g e no nt h eg a s i f i c a t i o nr e a c t i o n i i 兰堕堡三奎竺堡主兰垡笙兰 h a sb e e ni n v e s t i g a t e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h em a i n g a sp r o d u c t so fa b s a n dp p o a r ec 0 2 ，w i t hr e l a t i v e l yl e s sh 2a n dc h 4 ，a n dt h o s eo fp o m a r ec o 、h 2 ，w i t hl i t t l e c h 4 c o n t r a s tw i t hp y r o l y s i se x p e r i m e n t si np i p er e a c t o r ，t h eg a st r a n s f e rr a t ea n d g a s y i e l d o fg a s i f i c a t i o nr e a c t i o ni nm o l t e ns a l t sr e a c t o ra r em u c hh i g h e r w i t h4 0 t h e o r e t i c so x y g e nt h et a rp r o d u c ti sa l m o s td i s a p p e a r e d w h i l et h ec a l o r i f i cv a l u eo f g a sp r o d u c t si sr e l a t i v e l yl o w e rw h i c h o fa b s ，p p o ，p o mi sr e s p e c t i v e3 5 0 0 0k j i m 3 、 2 5 0 0 0k j m 3 、1 3 0 0 0 k j i m 3 a f t e rg a s i f i c a t i o nr e a c t i o ni nm o l t e ns a l tr e a c t o ro ff i v ek i n d so fp r i n t e rc i r c u i t b o a r d si n c o m p u t e r ，t vs e t ，t e l t p h o n e ，m o n i t o r , a n ds i n g l e c h i p ，t h em e t a l s a r e e x t r a c t e dt h r o u g hf i l t e ra n da n a l y z e dw i t hi c pe q u i p m e n t t h e e x p e r i m e n t r e s u l t s h o w st h a tt h ep r i n t e dc i r c u i tb o a r di nm o n i t o ra n dt vs e ta r em u c hm o r et h a no t h e r s ， a n dt h em a i nk i n d so fm e t a l sa r ec u 、f e a n da f t e rg a s i f i c a t i o nr e a c t i o n6 0 一8 0 o fe a c hm e t a lc a nb ee x t r a c t e d t h r o u g h f i l t e r i no r d e rt oe v a l u a t et h ee n v i r o n m e n t a l i m p a c t o ft h e d e a l i n gp r o c e s s o ft h e e l e c t r o n i cw a s t ei n g u a n g d o n gp r o v i n c e ，t h el i f ec y c l ea s s e s s m e n to ft h ee n e r g y r e c y c l ep r o c e s s o ft h e p l a s t i c a n d p r i n t e d c i r c u i tb o a r di ne l e c t r o n i cw a s t ei n o u a n g d o n gp r o v i n c ea r ec a r r i e do u t t h ea s s e s s m e n tr e s u l ts h o w st h a tc o n t r a s tw i t h c o a l f i r e d g e n e r a t i o np r o c e s s ，t h ee n e r g yr e c y c l ep r o c e s s o f2 0 o fp l a s t i ci n e l e c t r o n i cw a s t ec a ns a v e3 3 0 0 6 i tc o a l ，r e d u c e3 3 0 0 6 i tc 0 2e m i s s i o n ，r e d u c e3 6 5 i t s 0 2e m i s s i o n ，r e d u c e 4 3 4 6 tn o xe m i s s i o n a n dt h ee n e r g yr e c y c l ep r o c e s so f2 0 o fp r i n t e dc i r c u i tb o a r di ne l e c t r o n i cw a s t e ，c o n t r a s tw i t hc o a l f i r e d g e n e r a t i o n p r o c e s s ，c a ns a v e7 2 5 2 tc o a l ，p r o d u c e4 5 9 3 tc h a ra n d4 3 2 21 5tf i b e r g l a s s ，r e d u c e 7 0 0 1 4 tc 0 2e m i s s i o n ，r e d u c e2 1 9 7ts 0 2e m i s s i o n r e d u c e5 4 tn o xe m i s s i o n k e y w o r d s ：e l e c t r o n i cw a s t e ；t h e r m o g r a v i m e t r y ；p y r o l y t i cc h a r a c t e r i s t i c s ：m o l t e n s a l t ；g a s i f i c a t i o n ；m e t a lr e c y c l e ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：了奎飞 日期：加哆4 年月，。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囵。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 套等 拗 e t 期：细4 年乡月，。日 日期：，一口牛年 月f6 日 第一章绪论 1 1 研究的背景与意义 第一章绪论 1 1 1 电子废弃物概述 随着电子信息产业的飞速发展和电子设备的广泛应用，电子产品市场空前繁 荣，电子和高科技产品的更新换代也越来越快，电子产品的生命周期也越来越短， 电子废弃物大量产生，电子废弃物的环境污染和处理问题不可避免的摆在我们面 前。电子废弃物( e l e c t r o n i cw a s t e s ) 俗称电子垃圾，包括各种废旧电脑、通信设备、 家用电器，以及被淘汰的精密电子仪器仪表等。按照我国1 9 9 8 年颁布的国家危 险废物名录的规定，电子废弃物虽然不属于危险废物但由于其中含有大量重 金属和其他有毒有害成份，如有机阻燃剂、聚氯联苯( p c b ) 、铅、镉、砷、镍、 铬、汞等物质【1 1 ，若没有专门机构进行收集，并采用先进的符合环保要求的技术 和设备进行处理，则会对生存环境和人体健康构成严重危害。因此，电子产品在 给人类社会带来种种便利的同时，也逐渐给人类的生存环境带来严重危害的后果， 应当给予重视，并及时消除电子废弃物带来的隐患。 在国际上，美国的电子废弃物数量最多。1 9 9 8 年一年中，美国就废弃了2 0 0 0 多万台电脑，由此形成的电子垃圾则重达5 0 0 万到7 0 0 万吨，其中只有1 0 被回 收或重新利用。据估计，美国的废弃电脑将很快达到3 亿到6 亿多台f 2 】，所产生 的电子垃圾将可能达到上亿吨，而最令人担心的是，这些电子垃圾中的5 0 到8 0 要出口到发展中国家去。另外据欧盟2 0 0 0 年相关报告指出，欧盟国家每年产生 的废旧电子产品约6 0 0 万吨，其中德国每年产生的各种废旧电器达1 8 0 万吨，法 国也多达1 5 0 万吨，业界人士预测称，为处理这些电子垃圾，欧盟各国国家环境 部门每年需要支出的费用高达1 5 0 亿欧元( 合1 3 2 亿美元) 口】。其次，日本、韩国、 印度等国也在源源不断地“生产”出大量的电子垃圾，因此全世界范围内的电子 垃圾的数量十分惊人。 据统计，我国电子产品市场总规模已达l 万亿元、电子工业产值已占世界第 4 位的。信息产业部和国家经贸委2 0 0 2 年4 月2 5 日组织召开的“废旧电子产品 回收处理工作座谈会”说到，目前，我国电冰箱的社会保有量为1 3 亿台，洗衣 机约1 7 亿台，电视机约3 5 亿台。这些电器大多是在2 0 世纪8 0 年代中后期进 入家庭的。按家电正常使用寿命l o 到1 5 年计算，专家预测，从2 0 0 3 年起，我国 将进入家用电器更新高峰期，每年将以电冰箱4 0 0 万台、洗衣机5 0 0 万台、电视 机1 0 0 0 万台以上的速度更新。另据保守的预测，我国电脑的保有量也有近1 6 0 0 华南理工大学硕士学位论文 万台，每年将有5 0 0 万台需要更新川。 但是，目前我国还缺乏对电子废弃物的环境管理。尽管在中华人民共和国 固体废弃物污染环境防治法中，对工业固体废弃物和生活垃圾的污染防治部作 了详细规定，但并未涉及对电子废弃物的环境管理。对于电子废弃物这一新兴的 现代垃圾，目前在国家和广东省都尚未有一套系统的管理办法。国家环保总局尚 未将电子废弃物列入回收项目，电子废弃物回收业归属哪个部门也还没有定论。 现在电子企业界则只关心生产与销售，并不重视回收问题。今年有关部门对电子 废弃物的处理进行了专门讨论，目前正在研究和起草相关法律规定，预计不久将 颁布施行。 1 1 2 电子废弃物的危害 电子和家电产品制造材料成分复杂，有些产品材料还含有毒性化学物质，其 对环境的污染也是多方面的，因此，巴赛尔公约将废弃的计算机，电子设备及其 它的废弃物规定为“危险废弃物”。1 9 9 5 年7 0 多个国家包括大部分发达国家都在 这一公约上认可签字【5 】。表l 一1 列出了电子废弃物中的主要有害成分，下面分类 讨论废旧家电、废旧电脑和废旧通讯设备的环境危害6 1 。 表1 1 电子废弃物中的主要有害成分n 0 1 t a b l e1 1t h em a i nt o x i cc o n t e n t si nt h ee l e c t r o n i cw a s t e 污染物来源 氯氟炭化合物冰箱 卤素阻燃剂线路板、电缆、电子设备外壳 汞显示器 硒光电设备 镍、镉电池及某磐计算机显示器 铅阴极射线管、焊锡、电容及显示屏 铬金属镀层 ( 1 ) 废旧家电的危害 电冰箱的制冷剂c f c 一1 2 和发泡剂c f c 1 1 是破坏臭氧层物质，电视的显像管 属于爆炸性废物，荧光屏含有汞。这些废旧家电废弃后，如果不能妥当处理，而 仅仅作为城市垃圾焚烧、填埋，不仅对大气、水源、土壤造成严重污染，而且对 社会经济发展造成巨大的危害。同时，在废旧家电的回收处理中也存在着许多问 题，一些老型号的家电多含有金、钯、铂等贵重金属一些私人和小企业采用酸泡、 火烧等落后的工艺技术流程提炼其中的贵重会属，产生大量废气、废水和废渣并 严重污染了环境。 2 第一苹绪论 ( 2 ) 废旧电脑的危害 电脑生产厂商制造一台个人电脑需要用约7 0 0 种原料，其中大约一半含有各 种各样的有毒化学物质如：每个显示器的显像管内含有3 6 千克铅，电路板中 也含有大量的铅，铅及其化合物在常温下不易氧化，耐腐蚀，属于持久性污染物。 铅对于人体内的大多数系统都有危害，特别是神经系统、血液系统以及肾脏：电 脑的电池和开关含有铬化物和水银，铬化物会透过皮肤，经细胞渗透，少量便会 造成严重过敏，更可能引致哮喘、破坏d n a ：水银则会破坏脑部神经。此外，电 脑元器件中还含有砷、汞和其它多种有害物质。 如果将废旧电脑丢弃到荒野或垃圾堆填区域，这些重金属就会对地下水引起 严重污染。而这些污染会通过不同的途径影响人类，人们饮用地下水或食用受污 染的动植物，甚至直接吸入汽化的重金属后，这些重金属积聚在人体之内，假以 时日便会使人中毒，特别是儿童的脑发育。电脑和其他电子产品中的有毒物质还 有镉、水银、六元铬、聚氯乙烯塑料和溴化阻燃剂。这些有毒化学品的处理加大 了电脑回收利用的难度，废旧电脑处理已成为世界性的难题。 ( 3 ) 废旧通讯设备的危害 通讯业的发展使废弃的手机和其他无线通信设备的污染问题逐渐暴露出来， 手机一般1 8 个月就更新换代一次，其废弃物的增长速度极其惊人。美国环保研究 机构i n f o r m 日前发表报告说，手机和附件的原材料中含有多种持久性和生物累 积性有毒物质( p b t ) ，可致癌和导致神经、发育方面的疾病，对儿童危害尤甚。 其他无线通信设备如个人数字助理、传呼机、掌上电脑和m p 3 音乐播放器的材料 与手机相似，废弃时也同样对环境构成危害。 1 2 国内外电子废弃物处理处置现状 针对日益增多的电子垃圾，一些发达国家已将其作为影响经济可持续发展的 大事而提到议事日程上来，并先后出台了有关的法律和措施。 1 2 1 欧洲国家电子废弃物处理 在欧洲，对于电子废弃物的处理的工作应当从7 0 年代算起。德国的u s b m 公司用物理分离方法对军队的电子废弃物进行了简单处理。从8 0 年代初开始，德 国、瑞士、瑞典等国对电子废弃物的综合利用进行了深入研究，他们致力于手工 拆卸和金属富集工艺技术的开发。1 9 9 1 年德国提出了一个“七部分创造”的手工 拆卸方案，瑞士也通过手工拆卸进行了有价值的原件和材料的回收利用。获得了 可观的经济效益l i ”。 9 0 年代，鉴于机械化处理不会有毒性物质产生这个独特的优点，金属富集体 的机械化工艺进一步发展并在西欧实施。德国的f a p s 一直在研究废旧电路板的 华南理工大学硕士学位论文 自动拆卸技术，采用与电路板自动装配方式相反的原则进行拆卸，先将废弃电路 板放入加热的液体中熔化焊点，再用一种s c a r a 机械装置根据构件的形状分拣 出可用的构件【i2 1 。德国d a i m l e b e n z 研究中心也开发r 四段式处理工艺( 如图 1 1 ) ：预破碎，液氮冷却后粉碎，分类，静电分选。它的优点是液氮冷却有助于 破碎，再粉碎过程中通过液氮冷却可以避免形成有害气体，而且其电分选设备可 以分离尺寸小于o 1 m m 的颗粒，甚至可以从粉尘中回收贵重金属【l 3 “】。 图1 1d a i m l e r b e n z 研究中心开发的废电路板处理工艺 f i g l lt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fp c bd e v e l o p e db yd a i m l e r - b e n zc e n t e r 瑞典的s r a b 是世界上最大的回收公司，一直致力于实施和开发电子废弃物 的机械处理技术和设备，该公式的电子废弃物处理的基本流程如图l - 2 所示，涵 盖了目前电路板的机械处理的基本方法”1 。 图l 一2 瑞典s r a b 公司电子废弃物处理的基本流程 f i g l 一2t h et r e a t i n gp r o c e s so f e l e c t r o n i cw a s t e 对于电子废弃物的处理处置责任和要求，欧洲各国都有相应的法律规定。1 9 9 3 年欧洲提出了“制造商责任制” ( e x t e n d e dp r o d u c e rr e s p o n s i b i l i t y ，e p r ) 由 4 第一章绪论 制造商负责废旧电脑回收解体处理。欧盟于1 9 9 7 年7 月颁布了涵盖所有电子电器 废弃物的新法令( 第一草案) ，1 9 9 8 年7 月颁布了废旧电子电器回收法，1 9 9 9 年7 月欧洲议会和欧盟委员会提出关于修改废旧电子电器的法律草案。2 0 0 2 年4 月l o 日，欧盟议会通过一项法律，规定在欧盟成员国境内从事电子产品制造及电 子产品交易的厂商必须对它们产生的电子垃圾实行有偿回收处理。 德国于1 9 9 1 年7 月颁布了电子废弃物法规，1 9 9 2 年起草了关于防止电子 电器产品废弃物产生和再利用法草案，目前已进入立法程序的最后阶段。 瑞典起草了关于电子电器产品废弃物法令。2 0 0 1 年1 月1 日起生效。瑞典政 府经济循环委员会认为，决定电子产品中有害物质含量的是制造商，首要的污染 者不是消费者，而是制造商，进口商和销售商也是污染责任者。 1 2 2 美国电子废弃物处理 美国比较注重清洁生产工艺的开发，立足于在生产过程中减少废弃物的产生。 通过减少废弃物的产生量来减少有害废弃物的处理量。对于有害废弃物处理，倾 向于焚烧和添埋，不太注重资源回收。资料显示，美国每年更新的个人电脑是1 4 0 0 万台到2 0 0 0 万台，其中只有l o 被回收利用或再利用。其中还有相当一部分出 口到了其他国家，而其余1 5 是通过添埋进行处理的，7 5 收集后堆存【l 6 l 。 美国采取鼓励并支持“志愿合作”( v o l u n t a r yp a r t n e r s h i pp r o g r a m ) 项目以高 效地解决实际的环境问题。参与合作的可以是各种各样的团体，包括大中小型企 业、公司、社团州或地方政府、大学及行业组织等。美国近年来通过志愿合作的 形式组织与开展的一些项目包括：面向环境的设计、能源之星、绿色之光和国家 废物减量计划等。美国环保局认为这种“合作”是未来环保成功的关键。美国计 算机生产商、地方政府和环保人士在不久前的三方对话中达成一项原则性协议尝 试建立覆盖全美的废旧计算机回收网络。2 0 0 1 年1 0 月，索尼公司和美国明尼苏 达州启动了一项为期5 年的计划，回收在该州销售的所有索尼电子和个人计算机 产品；2 0 0 1 年1 1 月，i b m 宣布“i b mp c 再生服务”，回收任何厂家的个人计算 机，包括整机、显示器、打印机和外设。快递废旧电脑的个人消费者可得到2 9 9 9 美元。 在美国加州罗斯维尔的惠普产品回收利用解决方案( p r s ) 工厂，4 百万美 元的破碎与分隔设备( n o r a n d a 公司制造) 非常精密，它处理的东西全部可以回 收利用。设备可在不到五分钟之内将陈旧p c 研磨成原来的四分之一大小的碎片。 首先，陈旧设备要经过两个破碎机，由破碎机将其撕成很小的带状物。然后，带 状物经过制粒机，由在金属舱中旋转的类似砖样的刀片将其研磨成原来的四分之 一大小或更小。之后，颗粒通过制粒机底部的孔落下。一系列分隔机与磁铁从此 处分选出贵重金属( 如金银) 与贱金属。回收的彻底性令人震惊。“甚至连灰尘 5 华南理工大学硕士学位论文 也要进入熔炉。”收集的铜会在电话线中重新利用。惠普显示器中的塑料可能会用 于自助餐的餐盘或地板材料中 1 8 , 1 9 , 2 0 1 。 1 2 3 日本电子废弃物处理 日本是世界上电子技术最为先进，电子产品应用范围最广的国家之一，它开 展电子废弃物的处理研究工作也比较早，而且日本非常重视能源和资源的节约和 再利用。2 0 0 0 年6 月，日本政府颁布循环型社会形成促进基本法，迈出了建 设“循环型社会”的第一步。2 0 0 1 年颁布的家电循环法规定，废旧家用电器 ( 电视机、洗衣机、电冰箱和空调机四种) 做垃圾处理时要缴纳一定数额的环保 费，或者在买新家电时提前扣除这笔费用。而自2 0 0 1 年4 月起，日本实施的“资 源有效利用促进法”规定，生产厂家有义务回收废旧电脑或将其进行再生资源化 处理。日本的循环经济中，充分体现了3 r 原则，即废物减量化( r e d u c e ) 、再利 用( r e u s e ) 、再循环( r e c y c l e ) 。据统计，通过实施家电循环法，有6 0 万吨 家电垃圾将变废为宝【2 “。 日本废旧电子产品的处理工艺，也注重资源的回收利用。通常是通过粉碎后， 经电磁筛选、风力筛选等，将铁屑、铜屑、铝屑等选出，作为再生资源利用；塑 料、玻璃、木块等的碎末则进行焚烧和添埋处理。典型例子如日本的n e c 公司开 发的废弃电路板的处理工艺过程( 图l 一3 ) 1 2 2 1 。 图l 一3n e c 公司开发的废电路板处理工艺 f i g l 一3t r e a t m e n t t e c h n o l o g yo fp c bd e v e l o p e db yn e c 1 2 4 中国电子废弃物处理 我国目前主要的电子废弃物处理方法有以下几种1 2 “”j ： 1 填埋 我国对废旧塑料的处理仍然以填埋、堆弃为主。填埋是处理废旧塑料的最简 单、最原始的方法。随着废旧塑料的逐年增长，需要的填埋用地也越来越多，填 埋的费用也越来越高，且容易造成二次污染。废旧塑料的平均降解周期在1 0 0 年 以上，如埋于地下，会使土壤处在不稳定状态，将源源不断地释放出有害物质( 稳 定剂、阻燃剂、颜料等) ，污染地下水源、土壤、农作物，进而影响人类及动物的 6 第一苹绪论 健康及生存环境，有报道说填埋过废旧塑料的地方植物中有毒物质的含量严重超 标、周边居民容易患病。而且耗费大量人力物力却把大量可再生资源白白浪费。 2 直接焚烧 废旧塑料直接焚烧，提取有用金属，然后填埋，也是现今我国采取得较多的 方法，这种方法可大大减少填埋量，但燃烧产生的大量有害气体污染环境，填埋 后仍然无法避免二次污染，且浪费大量能源。这种方法不值得提倡。 3 酸处理 对进口的电子废弃物进行酸处理，然后提取有用金属，也是我国民间常用的 方法，这种方法也会造成大量的资源浪费和严重的环境污染。 4 新型资源化回收利用 新型资源化回收利用即将废旧塑料收集、分捡后，经简单再生、化学改性或 与其它物质共混，使其性能达到可再使用的程度，把它作为原材料再使用，或经降 解回收单体。这些方法可实现资源循环再造，减轻污染，成为可持续性发展的电 子废弃物处理方法。目前这些方法在我国还处于起步阶段。 1 3 课题的提出与任务 课题来源于： ( 1 ) 广东省自然科学基金团队项目“固体废弃物能源利用”( 项目编号： 0 0 3 0 4 5 ) ( 2 ) 广东省环保局科技研究开发基金“利用熔融盐技术处理电子废弃物制 取燃气及提取金属”( 项目编号；2 0 0 1 1 3 ) 要解决电子废弃物问题，就必须科学的回收利用，将其拆解、分类回收。然 后对其各组分加以合理利用。电子和家电废弃物中各种材料所占比例如表1 - 2 。 表1 2 各种电子产品组成成分2 7 】 t a b i el 一2c o n t e n t so fe l e c t r o n i cw a s t e 子产品 计算机电视机电话其它家电 物质( w )( w )( w )( w ) 印刷电路板2 37 l l1 5 塑料2 2l o6 9 含铁金属 3 52 445 5 玻璃 1 54 t 其它 51 81 63 0 由上表可见：电子和家电废弃物主要包括印刷电路板、塑料、金属、玻璃 等。其中大块含铁金属以及玻璃等固体废弃物，由于其分离容易，环境影响不 7 华南理丁大学硕十学位论文 大。而废弃物中对环境危害很大的是混合塑料以及印刷电路板，因其中含有难 分离的重金属、卤族化学物质等，对空气、土壤造成严重污染。 另一方面，混合塑料和印刷电路板来源于石油产品的高分子聚合物材料， 它们具有很高的热值，具备一定的能源利用价值，而且其中含有贵重金属，可 以作一定的能源和资源回收利用。 针对电子废弃物的以上特点，本文将主要讨论电子废弃物中的塑料和印刷电 路板的处理方法和生命周期评价。电子废弃物中的混合塑料成分比较复杂，但是 主要由以下单一塑料原料混合加工而成：聚丙烯( p p ) ，高冲击强度聚苯乙烯 ( h i p s ) ，聚碳酸脂( p c ) ，丙烯腈丁二烯苯乙烯( a b s ) ，聚苯醚( p p o ) ，聚 甲醛( p o m ) 。为了更好的认识电子废弃物的处理特性，本文将对单塑料原料 分别进行分析和研究。 本文主要讨论电子废弃物中的塑料和印刷电路板的两种处理方法：管式炉热 解和熔融盐气化技术。同时对印刷电路板在熔融盐气化处理中的金属回收方法进 行研究。 热解是一种适于回收塑料物质的技术，同样也适用于无法重铸的热固性复合 材料，在热解过程中，有机聚合物分解呈油装烃化合物和可燃气体，是一种回收 能源和处理废弃物的有效方法。 熔融盐气化技术因具有以下优点而颇受关注： ( 1 ) 熔融盐具有高温稳定性，较宽范围内的低蒸气压、高的热容量、低粘度 等，是一种很好的蓄热介质： ( 2 ) 高温下塑料中释放的h c i 、h 2 s 等能被熔融盐介质吸收； ( 3 ) 气化过程比较完全，焦油和残炭量少； ( 4 ) n a 2 s 等可以催化加速固定碳在熔融盐中的气化反应； ( 5 ) 金属易于从熔融盐中分离出来。 l c a ( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ) 是一种分析工具，用于量化评价由原料转化为最 终产品的整个生命周期中各种排放及其相关的环境影响因素。在讨论了塑料和印 刷电路板的处理方法后，本文将应用生命周期评价方法( l c a ) 对广东省电子废 弃物中的塑料和印刷电路板的回收处理过程进行分析，考察电子废弃物回收处理 带来的环境影响。 1 4 研究的主要内容与方法 本文选定电子废弃物中的塑料和印刷电路板为研究对象，通过热重分析考察 原料失重过程和动力学参数，认识原料热解过程；通过管式炉热解方法处理原料， 考察各自的产气规律：然后通过熔融盐气化处理技术，考察原料的气化产气规律 8 第一章绪论 和印刷电路板气化后的金属回收技术；最后通过l c a 方法评价塑料和印刷电路板 的处理过程，考察其对环境的影响。具体内容和方法如下： 1 选取实验对象 为了对混合塑料的处理有更清晰明确的认识，选取电子产品中主要塑料原料： 丙烯腈丁二烯苯乙烯( a b s ) ，聚苯醚( p p o ) ，聚甲醛( p o m ) 为实验研究对 象；金属分离实验的印刷电路板样品从清远的电子废弃物处理厂取样得到，分为 电脑板卡、电视机、电话机、显示器、单片机五类。 2 原料物陛分析 对各种原料进行元素分析和工业分析实验。得到原料的c 、h 、0 、n 、s 元 素含量和灰分、挥发分、固定碳的含量。 3 热重实验研究 热解失重实验是在w c t - 2 型高温微分差热天平上进行，热重( t g ) 和微分 热重( d t g ) 数值由计算机输出。由此可得到动力学模型和参数。 4 热解实验研究 热解实验是在管式加热炉中进行的，试样在n 2 气氛下的石英管内，以1 5 k m i n 连续升温至1 1 2 3 k ，用集气瓶收集气体后用气相色谱仪分析。用于气体分析的气 相色谱为岛津g c 2 0 b l 。 5 熔融盐气化规律及金属分离研究 设计制作6 k w 熔融盐反应器，