（材料加工工程专业论文）废弃印刷线路板资源化成套技术研究.pdf

摘要 本论文研究了废弃印刷线路板成套回收处理技术，对线路板的元器件拆解、 表面贵金属机械预处理和气流分选三个方面的处理工艺分别进行了研究。 研究出一套元器件半自动化拆解处理工艺，试验得出三种较佳的热拆解工 艺参数。在v l = 3 3 m m s 、设定温度2 5 0 c 、高温区停留时间1 5 m i n 条件下，除 了少数超小型电阻或电容没有拆除掉之外，p c b 基板上像矩形片状元件、小外 形晶体管、小外形集成电路、四方扁平封装器件以及b g a 封装器件等都可拆卸 掉。 探索出一种机械预处理+ 湿法冶金联合提取贵金属的工艺技术。从l k g 废弃 印刷线路板中收集到1 0 3 6 9 富含贵金属的混合物，占整个线路板总重量的 1 0 4 ；混合物经湿法处理后得到o 1 9 9 的含金沉淀物，占混合物总重量的 1 8 3 ；经x 射线荧光光谱测试分析得出，o 1 孵含金沉淀物中a u 的重量为 o 1 8 5 9 ，含金量为9 7 4 ，a u 的回收率达到8 9 。 采用气流分选的方法分离金属与非金属，在- 6 0 - , + 7 0 目、7 0 - - + 8 0 目和一8 0 目粒度范围内气流分选的效果较好；引入破碎和分选试验评价指标对试验的效 果进行客观评估，随着颗粒粒径的减小，单体解离度逐渐提高，8 0 目的金属与 非金属解离较彻底，分选后不同粒度范围金属中的金属百分比达到9 4 9 9 ， 粒度范围在6 0 - + 7 0 目和7 0 + 8 0 目的非金属中，其掺杂的金属含量相对较低， 在6 v 9 之间。 在实验室现有规模条件下，从元器件拆解、表面贵金属机械预处理和气流 分选三个方面分别进行工艺效能评估，综合计算以上三个方面的年处理总成本 和年收益状况后得出，废弃印刷线路板的成套处理回收技术的年利润为3 1 2 5 6 元。 综合以上试验，总结出了一整套废弃印刷线路板资源化处理技术，全套处 理技术采用机械方法，具有高效率、低成本、无二次污染的特点，可进行一定的 规模化生产。 关键词废弃e p ) 目w j 线路板；元器件拆解；表面贵金属机械预处理；气流分选 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，s y s t e m a t i cr e s o u r c i n gt e c h n o l o g yf o rt h ep r i m e dc i r c u i tb o a r d s c r a p s ( p c b s ) w a ss t u d i e d r e s o u r c i n gp r o c e s s e so fs e p a r a t i n gc o m p o n e n t sf r o m p c b s ，m e c h a n i c a lp r e p r o c e s s i n go fp r e c i o u sm e t a l s ，p n e u m a t i cs e p a r a t i o nw e r e s t u d i e di n d i v i d u a l l y as e to fs e m i a u t o m a t e dd i s a s s e m b l yp r o c e s sf o rs e p a r a t i n gc o m p o n e n t sf r o m p c b sw a ss t u d i e d t h es u i t a b l ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r so ft h e r m a ld i s a s s c r n b l zh a d b e e ni n t r o d u c e d u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h ev e l o c i t y3 3 m m s ，h e a t i n gt e m p e r a t u r e 2 5 0 c ，r e s i d e n c es t a t i o nt i m ei nh i g h - t e m p e r a t u r er e g i o n1 5m i n u t e s ，r e c t a n g l es h e e t c o m p o n e n t s ，s m a l lo u t l i n et r a n s i s t o r s ( s o t ) ，s m a l lo u t l i n ei n t e g r a t e dc i r c u i t ( s o i c ) ， q u a d f i a t p a c k ( q f p ) ，b a l l 鲥da r r a y ( b g a ) w e r e a l ld i s m a n t l e d e x c e p t f o r m i c r o m i n i a t u r er e s i s t a n c e sa n dc a p a c i t a n c e s at e c h n o l o g yt h a tr e f i n e s p r e c i o u s m e t a l sb ym e c h a n i c a lp r e p r o c e s s i n g c o m b i n e dw e tm e t a l l u r g i c a lp r o c e s s i n gw a sr e s e a r c h e d t h em a s so fm i x t u r e c o n t a i n e dp r e c i o u sm e t a l sf r o mp c b sw a s1 0 3 6 9 , w h i c ho c c u p i e di 0 4 i ng r o s s w e i g h to f p c b d e p o s i tc o n t a i n e dg o l dt h a to b t a i n e df r o mm i x t u r ew a so 1 9 9b yw e t m e t a l l u r g i c a lp r o c e s s i n g ，w h i c ho c c u p i e d1 8 3 i ng r o s sw e i g h to fm i x t u r e t h e f i n a l r e c y c l e dp o w d e rw e i g h t e du pt o 0 18 5 9 x - r a yf l u o r e s c e n ts p e c t r o m e t r y a n a l y s i sr e s u l t e dt h a tg o l da c c o u n t e df o r9 7 4 i nt h ef i n a lp o w d e r t h er e c o v e r y r a t i oo f g o l da c h i e v e d8 9 m e t a l sa n dn o n m e t a l sw e r es e p a r a t e db yp n e u m a t i cs e p a r a t i o nm e t h o d t h e b e t t e re f f e c t i v ep a r t i c l es i z er a n g eo f p n e u m a t i cs e p a r a t i o nc o n c e n t r a t e do n 一6 0 斗7 0 m e s h ，一7 0 - - - + 8 0m e s ha n d 一8 0m e s h t h ee f f e c t i v e n e s so ft h ee x p e r i m e n t sw a s e v a l u a t e do b j e c t i v e l yw i t hc o m m i n u t i o na n ds e p a r a t i o ne v a l u a t i n gi n d e x ，t h es m a l l e r p a r t i c l ew a s ，t h eh i g h e rd e g r e eo fd i s s o c i a t i o n t h eh i g h e s td e g r e eo fd i s s o c i a t i o n w a s w h e nt h ep a r t i c l es i z ew a s - 8 0m e s h ，w h e r et h em a s sp e r c e n to f m e t a l st h a tw e r e s e p a r a t e da c h i e v e d9 4 9 9 f o rm e t a l st h a tw e r ei nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z er a n g e t h em a s sp e r c e n to fm e t a l sb l e n dr a t i oa c h i e v e d6 一9 w h e nt h en o n - m e t a l 1 1 1 p a r t i c l e sr a n g e df r o m - 6 0 计7 0m e s h a n d - 7 0 + 8 0m e s h i i lt h el a b o r a t o r ys c a l e ，a n n u a lp r o f i to fs y s t e m a t i cr 鼯o l l r c i n gt e c h n o l o g yf o r p c b sw a se v a l u a t e d 缸31 2 5 6r m ba c c o r d i n gt ot h ei n d i v i d u a lc a l c u l a t i o no ft h e e f f e c t i v e l l e s so fc o m p o n e n t sf r o mp c b sd i s a s s e m b l y , m e c h a n i c a lp r e p r o c e s s i n go f p r e c i o u sm e t a l s ，p n e u m a t i cs e p a r a t i o n ，a n n u a lp r o c e s s i n gc o s t ，a n di n c o m eo ft h e t h r e ep r o c e s s e s b a s i n go na b o v ee x p e r i m e n t s ，as y s t e m a t i cr e s o u r c i n gt e c h n o l o g yf o rp c b s w a sd e v e l o p e d i ta d o p t e dm e c h a n i c a lm e t h o da n dw a sp r o v i d e dw i t hh i g h e f f e c t i v e n e s s ，l o wc o s ta n dn os e c o n d a r yp o l l u t i o ni nt h ew h o l er e s o u r c i n gp r o c e s s i tc a nb eu s e do nl a r g e s c a l ep r o d u c t i o n k e yw o r d sp c bs c r a p s ；c o m p o n e n t sd i s a s s e m b l y ；m e c h a n i c a lp r e p r o c e s s i n go f p r e c i o u sm e t a l s ；p n e u m a t i cs e p a r a t i o n i v - 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：二丑遗导师签名：霾! 主g 。 日期：圣2 z 兰一 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 前言 印刷线路板( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d s ，p c b s ) 一般是覆铜绝缘板( 基板材料为玻 璃纤维强化树脂) ，板上装配有多种电子元器件，其中大部分可二次利用，同时 含有多种贵重金属( 金、银和钯等) 、稀有金属( 铌和钽等) 和大量的基本金属( 铜、 铁和铝等) ，随意丢弃或处理处置方法不当既污染环境，又造成资源流失。相对 于从原矿中提取这些金属来说，对废弃印刷线路板进行回收处理所需要的能耗 较少，回收过程中产生的二次废物量也少“1 ，可以获得很好的环境效益和经济 效益，达到节省资源、废弃物减量和降低环境污染等多重目的。 目前，我国废弃印刷线路板的资源化研究尚处于起步阶段，急需开发回收 其中有价值的物质、控制其环境污染的技术。 1 2 研究背景及意义 1 2 1 研究背景 在现代科技高速发展的今天，每次新的科学技术革命的出现，都会促进社 会的繁荣发展，但同时也会给人类的生存环境带来严重的危害。如今，随着新 技术的不断开发和新产品更新换代速度的加快以及电子、信息产品的迅猛发展， 人们在享受高科技成果的同时，也被大量的高科技废弃物所烦扰。近年来，随 着电脑、打印机和手机等办公和通信设备日益普及，特别是这类高技术产品更 新换代不断加速，一台电脑的使用寿命从过去的1 0 年缩短到4 年，手机不出两 年就会被淘汰。此外，录像机、电视、冰箱、洗衣机、微波炉、组合音响等家 用电器也在不断更新。人们在充分享受高科技带来的方便舒适之余，也随之产 生了大量的现代垃圾“电子垃圾”。 电子垃圾又称电子废弃物，是指被淘汰下来的电子产品，包括计算机、手 机、电视机、录像机、录音机、复印机、传真机等等。这些电子产品中含有的 物质有许多都可以再利用，图1 1 是瑞典一家公司对电子废弃物的整体处理流 程。但遗憾的是，大量的电子产品被随意的丢弃。电子废弃物在垃圾物流冲正 北京工业大学工学硕士学位论文 在形成为一个重要的组成部分，这种现象在发达国家里尤为突出，有媒体说电 子废弃物是全世界增长最快、最具潜在危险性的废弃物。 标准元器件线缆、大块金金属、塑 线路板属器件料混合物 ij 圃 叵困 jj ， ， 困圆圈国 塑料( 含 p b b 、 图1 - 1 瑞典r a g n - s e l l s 公司电子废弃物处理流程 f i g 1 - 1t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f e - w a s t ei nr a g n = s e l l sc o m p a n yf r o ms w e d e n 美国是世界上最大的电子产品生产与消费国，同时，也是电子废弃物的最 大制造者。每年产生的电子废弃物高达7 0 0 - - - 8 0 0 万吨，而且还在迅速增长。到 2 0 0 5 年底美国将6 3 0 0 万台电脑被废弃，每当一台新电脑投放市场时，就将有 一台旧电脑沦为垃圾。到2 0 0 5 年底美国有2 亿部手机投入使用，而有1 3 亿部 手机被淘汰吣1 。日本每年要报废掉1 8 0 0 万台电视、空调、冰箱和洗衣机，重 量达6 0 万吨。在这些废弃家电中，各类金属就达l o 万吨。德国每年产生的各 类电子废弃物2 0 0 万吨，人均大约2 5 k g ”。这些足以说明在信息革命技术创造 利润与财富的同时，大量的资源消耗和废物的产生都在以惊人的速度增加。电 子废弃物已成为工业化国家增长最为迅速的“废物流”，并已达到灾难性的程度。 我国是家用电器的生产和消费大国，据悉，我国每年更新的电视机至少有 5 0 0 万台、电冰箱4 0 0 万台、洗衣机6 0 0 万台，每年淘汰的电脑达5 0 0 万台， 淘汰的手机达1 0 0 0 万部。目前电冰箱的社会保有量己达1 2 亿台，洗衣机1 7 亿台，电视机4 亿台”。按照电冰箱的平均寿命l o 年左右，沈衣机的平均寿 命8 9 年来计算，2 0 世纪9 0 年代初投入使用的电冰箱、洗衣机和电视机绝大 多数到了报废期。如果不对这些电子废弃物进行适当处理，将造成巨大的资源 浪费，并对环境产生巨大危害。 ： 电子废弃物不仅增加快、数量巨大，而且危害严重，处理不当将对人类健 藿_ 由 第l 章绪论 康和环境安全构成极大的危害。据报道，仅废旧家用电器中就大量含有6 种有 害物质：铅、镉、汞、六价铬、多溴二苯醚( p b d e ) 、多溴联苯0 。b b ) 。一台电 视机的阴极射线管中含有1 8 - 3 6 k g 铅；电脑显示器中的铅含量平均每台高达 i k g 以上“”。 同时，电子废弃物中含有丰富的可回收物质，有关资料介绍，一台电脑主 机，黑色金属约占5 4 ，有色金属约占2 0 ，塑料约占1 7 ，印刷线路板约占 8 。p c b 是电子工业的基础，从计算机、电视机到电子玩具等，几乎所有的电 子产品中都有p c b 存在。随着信息产业的高速发展，p c b 生产呈急剧增长之势。 到目前为止，全球约4 0 的p c b 都在中国生产，我国已成为全球第二大；p c b 生产国。我国每年进入更新换代期的冰箱、洗衣机、电视机和电脑都在5 0 0 万 台左右，这样致使废弃p c b 及其j n 3 - 废料数量与日俱增，已成为一个新的污染 源，贻害无穷。 p c b 中含a u 、a g 、p d 等贵重金属，回收利用价值很高。据丹麦研究人员 分析，1 吨随意搜集的p c b 中，可以分离出1 3 0 k g c u 、o 4 5 k g a u 、2 0 k g s n ，此 外还有a l 、n i 、p b 等金属，其中不乏稀有金属p t 、p d 等，仅分离的a u 就价 值约6 0 0 0 美元”1 。日本横滨金属公司研究分析发现手机中的贵金属含量相当 丰富，他们通过熔炼、电解及化学提取等冶炼技术从手机中回收了a u 、a g 、 c u 、p d 等贵金属，分析得出每1 0 0 克手机机身中含有1 4 9 c u 、o 1 9 9 a g 、0 0 3 9 a u 和o 0 1 9 p d ，除此之外还从手机电池中回收了“，获得了相当可观的经济效益o ”。 对我们这样一个人均资源相对贫乏，矿产资源又逐步衰竭的国家来说，这是一 笔极其宝贵的可再生资源。 1 2 2 选题意义 p c b 的回收处理在发达国家已经引起高度关注，并且已经取得了初步的技 术工艺成果和一定的经济效益。而与之相比，我国现有的处理工艺、技术比较 落后，基本上处于手工作业阶段，而且大多数电子废弃物拆解都是家庭作坊式。 不过，可喜的是2 0 0 4 年1 2 月2 5 日浙江丰利粉碎设备有限公司研发的f x s 废 旧p c b 回收处理成套设备在杭州通过省级新产品鉴定，第一次实现了废旧p c b 机械化、规模化处理“。 北京工业大学工学硕士学位论文 但是总的来看，国内废弃印刷线路板的拆解和处理工艺、技术以及配套环 保工艺技术相对落后，不仅难以处理现有的电子废弃物，而且还给人类带来现 实的和潜在的污染危害，既浪费了宝贵的资源，又影响了经济的可持续发展。 所以面对目前大量的电子废弃物，回收利用并使之无害化、资源化、减量化的 工作是势在必行的。因此，加强对电子废弃物回收利用的研究，是一个全人类 必须关注的重大问题，也是我们义不容辞的责任。 1 3 国内外研究技术现状 1 3 1 废弃印刷线路板元器件拆解技术现状 日本在电子废弃物拆解方面具有高度的机械化和自动化，日本n e c 公司开 发了一套自动拆卸废电路板中电子元器件的装置，这种装置主要利用红外加热和 两级去除的方式( 分别利用垂直和水平方向的冲击力作用) 使表面元件和穿孔元 件脱落，不会造成任何损伤。然后再结合冲击力、加热和表面剥蚀技术，使电路 板上9 6 的焊料脱焊，用作精炼锡、铅的原料，此技术取得了非常好的经济效益。 当然，日本目前的处理工艺中还是添加了较多的人工拆解工序，在破碎前还是要 进行最大程度的人工拆解，这对我们来说有很大的借鉴意义廿。 德国的f a p s 公司在废旧电路板的自动拆解方面有一整套的生产线“”，拆 解流程如图1 2 所示。它主要采用与电路板自动装配方式相反的原则进行拆解， 首先通过清理工序将废旧电路板分成两类，其中一类要先经过手工拆解将特殊 元器件拆掉，然后再进行同步拆解，另一类直接进行同步拆解。分类过程可采 用手工作业，这在电子废弃物拆解业相当普遍“”。将废旧电路板拆解之后，元 件将被分成不同的种类。在预分类的阶段需要手工预先拆除一些特殊的元器件， 比如铺在p c b 表面的贵金属以及非破坏性的可再次利用的带插孔元器件如 c p u 、存储芯片。 第1 章绪论 图1 - 2 德国f a p s 公司废弃线路板拆解工艺流程n 7 1 f i g 1 - 2t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f d i s a s s e m b l yf o rp c b s i nf a p sc o m p a n yi ng e r m a n y 该技术中拆解工艺的第一步是先识别并获取p c b 的三维图片，图像程序算 法将给出元器件的一些数据并设计出拆解它们的步骤，比如坐标和旋转角度。 利用局部应力和热将通孔元件和表面元件将被分离。利用红外加热去除掉通孔 元件( t h d ) ，利用热空气和真空抓爪拆除表面原件( s m d ) 。同步拆卸舱的作用是 为了将p c b 抽出，红外发射器分别置于板的两侧，只要焊料开始熔化，下垂的 元器件将会由于重力、惯性和离心力的作用被拆卸掉。上部的元器件则利用刷 子扫掉，被留在上面的元器件利用完全破坏或部分破坏法去除。传送带将元器 件从炉中送出，分好的元器件被送到一个识别舱，通过图像识别将各类元器件 归类，如有害元件、再利用元件以及含a l 、c u 、贵金属的元器件等。 1 3 2 废弃印刷线路板上贵金属回收技术现状 1 3 2 1 火法冶金火法冶金是早期从电子废弃物中提取贵金属的一种回收技术， 基本原理是利用冶金炉高温加热剥离非金属物质，贵金属熔融于其它金属熔炼 物料或熔盐中，再加以分离。非金属物质主要是印刷线路板材料等，一般呈浮 渣物分离去除，而贵金属与其它金属呈合金态流出，再精炼或电解处理使金等 贵金属与普通金属分离。以下是一种常用的火法冶金工艺，其工艺流程见图l 3 。 北京工业大学工学硕士学位论文 掉) 铜及部分有色金属贵金属阳极泥 图1 3 火法冶金提取贵金属的工艺流程m 1 f i g 1 - 3t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f p y r o m e t a l l u r g i c a lm e t h o df o rr e f i n i n gp r e c i o u sm e t a l 火法冶金虽具有工艺简单、方便的优点，但也有许多的缺点：该处理工艺 由于焚烧了印刷线路板上粘结剂和其他有机物，会产生大量有害气体形成二次 污染，大量浮渣的排放又增加了二次固体废弃物，同时浮渣中残存的一些有用 的金属也被弃掉，能耗大，处理设备昂贵，经济效益不高。 1 3 2 2 湿法冶金7 0 年代初，西方发达国家就开始研究采用湿法冶金技术从废 弃印刷线路板中回收贵金属。该技术的基本原理是利用硝酸、王水或其它强酸 能溶解废料中绝大多数金属，使普通金属和贵金属进入液相而与其他物料分离， 然后从液相中回收贵金属和其他普通金属。该法已用于从废弃电脑印刷线路板 中回收贵金属，由于该技术工艺流程简单，投资低，生产设备简单，生产容易 实现，经济效益显著，目前得到了较广泛的应用啪1 。但湿法冶金技术还存在一 系列问题：化学药剂消耗量太大，废水后处理困难。因此，在实际生产中，还 有许多技术和问题需要改进和解决。 1 3 3 废弃印刷线路板金属与非金属分离技术现状 从一定意义上来讲，废弃p c b 中金属与非金属分离的方法依赖于线路板的 组成成分和结构。“，因此，从定性和定量的角度确定废旧线路板上各种物质的 j 组成和含量，对处理技术方法的环境影响和效益评价非常重要。 第l 章绪论 瑞典的r o n n s k a r 冶炼厂分析了个人计算机中使用的p c b ，其组成成分如表 1 - 1 。 表1 1 个人计算机中p c b 的组成元素1 t a b 1 - 1i n g r e d i e n to f p c b sf r o mp e r s o n a lc o m p u t e r 盛坌q 垒!旦z | 里塑!坠m !塾 质量分数( ) 2 6 84 75 31 5o 1 0 o 4 7o 0 60 4 71 0 成分 a u a g b ais eg a z r s rb e 亟量遂廑f 趟)! ! ! 塑! ! ! ! ! ! !垫! ! ：1 1 3 3 1 风力分选风力分选又叫气流分选，是以空气为分选介质，在气流作用下 使固体物质颗粒按密度和粒度进行分选的一种方法。金属充分解离后，利用材 料间比重差异可以进行分离，金属在合金状态时比重的变化对分选效果的影响 不大。风力分选可以分选塑料和金属，还可以分选铜和铝，但设备性能不太稳 定，受进料影响较大。 以废旧电脑中的主板、声卡、显卡等作为分选样品，首先拆除p c b 上的有 用和有害的元器件后，将p c b 进行破碎，目的是将铜与环氧树脂，玻璃纤维等 充分的解离，依据破碎后颗粒的密度和粒度差异进行风力分选。在实验室规模 的风力分选系统中分离回收铜。”。回收工艺流程见图1 4 。 图1 4 风力分选同收铜1 ：艺流程 f i g 1 - 4t e c h n o l o g i c a lp r o c e s so f p n e u m a t i cs e p a r a t i o nf o rr e c y c l i n gc o p p e r 1 3 3 2 浮选它是将金属与非金属在水中进行分离的一种方法，先将混合物料倒 入水中，在加入气泡剂之后，通过叶轮不断的搅拌，利用金属与非金属密度不 同的物理性质使之分层，从而将金属与非金属分离开。 北京工业大学工学硕士学位论文 英国诺丁汉大学的研究人员利用垂直振动技术进行了水中青铜和塑料的分 离研究【“。这个研究用来模仿w e e e 中混合物料的分离效果。他们发现当震动 时水中两种相同颗粒大小的物料混合物会分层，当震动频率低时青铜层会富集在 塑料层的上方，当震动频率高时青铜层会两层塑料层之间，w e e e 物料经震动后 的结果与其相类似，w e e e 中的金属铜会富集在上。 由于浮选法是在液体介质中进行的，分离后的物料中经常会出现少量金属 和非金属粘连的现象，所以这种方法分离的效果还是不甚理想。 1 3 3 3 静电分选静电分选是利用各种材料不同的静电吸力来进行分选的方法。 该方法主要用于塑料分选。塑料电选时，步骤是先将塑料粉碎成面积约为1 0 m m 2 的小块，经干燥后，利用高压电极进行分选，对于多种混杂在一起的废旧塑料 需通过多次分选，这是因为每通过一次预选设定电压的高压电极只能分选出一 种塑料。静电分选也是常用的分离非铁金属和塑料的方法，进料颗粒均匀时分 选效果较好。 德国d a i m l e r - b e n zu l mr e s e a r c hc e n t r e 研制了一种分离金属和塑料的电分 选机，在控制的条件下可以分离尺寸小于0 1 m m 的颗粒，甚至能够从粉尘中回 收贵重金属，而这些粉尘在其他工艺中仅仅被当作危险废弃物哳删。 1 4 本论文研究的主要内容 本课题研究的主要内容是从高效、环保的角度出发，研究废弃印刷线路板 的成套回收处理工艺，具体研究内容主要有以下几方面： ( 1 ) 废弃印刷线路板表面的元器件拆解 根据线路板表面元器件的组装形式，探索利用机械半自动化方式拆除线路 板上元器件的工艺方法。由于线路板上元器件组装形式较多，本研究只针对表 面组装元器件，利用热拆解原理，采用机械半自动化的处理方式拆除线路板上 的贴片元器件。 ( 2 ) 废弃印刷线路板表面贵金属的机械预处理 根据线路板表面贵金属的分布状况，探索采用机械半自动化的方式对线路 板表面的贵金属富集区进行机械预处理的工艺方法，为后序的湿法冶金处理做 好铺垫，机械预处理过程不会产生二次污染。 ( 3 ) 废弃印刷线路板基板的气流分选 采用机械物理的方法对线路板基板进行气流分选研究，探索出一套较完整 的气流分选工艺，有效的提高金属与非金属的分离率，且不会产生二次污染。 ( 4 ) 废弃印刷线路板的成套回收处理工艺 根据现有的线路板回收处理现状，探索出一套完整且可行的全机械化回收 处理废弃印刷线路板的工艺，实现高效率、低成本、无污染的绿色回收。 至：量垡蚕丝罂三兰鎏翌 ! !，。 第2 章成套处理工艺流程 目前，废弃印刷线路板的回收再利用逐渐受到了世界各国的广泛关注，但 回收技术的侧重点各不相同，大多数技术彼此之间相对比较独立，没有形成成 套的线路板回收处理工艺o ”。有的回收处理技术侧重于回收线路板中的金属， 往往将电子元器件与线路板基板一同进行破碎处理，最后从中提取出有价值的 金属啪1 ，这种处理方式无形中会丧失掉电子元器件自身所具有的回收价值，其 所换回的经济效益与回收完整元器件所获得的经济效益相差甚远汹1 ；另外一些 回收处理技术则侧重于回收贵金属，但由于使用了大量化学试剂进行湿法冶金， 不仅造成化学试剂大量浪费，还产生了过多的废液需要处理，增加了处理成本。 针对目前的回收处理技术，本课题拟设计出一套完整且可行的废弃印刷线 路板回收处理工艺( 见图2 1 ) ，该工艺流程的特点在于整个处理过程采用机械方 法、对线路板上具有回收价值的各种物质进行科学、完整、高效的绿色回收。 i 出售 i 气流分选 i 、属金属非金属 i 制成小商品如 笔筒、相框等 图2 1 废弃印刷线路板的成套处理工艺流程 f i g 2 - 1t h es y s t e m a t i cr e s o u r c i n gt e c h n o l o g yf o rp c b s 北京工业大学工学硕士学位论文 本工艺的处理流程主要分为三个部分，按处理先后顺序依次为：元器件拆 解、表面贵金属的机械预处理和p c b 基板中金属与非金属的气流分选。 ( 1 ) 元器件拆解 p c b 元器件的组装方式有三种，本文第3 章将会详细描述。本研究中试验 对象主要针对带有表面贴装元器件的p c b ，利用机械原理和元器件本身的特点， 在加热的条件下将元器件从线路板上去除。主要分为以下几个步骤： 1 ) 对选用设备进行改装。由于没有完全满足工艺要求的拆解设备，因此需 要对相关设备进行选型及改装，设计改装出符合试验工艺要求的热拆解设备。 2 ) 采取不同的传送方式和加热温度，观察元器件在加热舱中的熔化状况， 制定出较佳的热拆解工艺参数。 3 ) 在一定的热拆解工艺参数条件下，动态测定p c b 经过加热舱时的各点 瞬时温度，描绘出腮时温度的变化曲线，分析工艺参数的可行性。 4 ) 选取一种较佳的工艺参数，在此条件下对元器件进行热拆解试验，对拆 解结果进行分析后，改进试验设备及调整工艺参数以求获得最佳的拆解效果。 ( 2 ) 表面贵金属的机械预处理 拆除掉元器件之后，表面没有富集贵金属的p c b 直接进入第三个处理部分 进行破碎、筛分、气流分选。而表面富集有贵金属的p c b 则需要对贵金属富集 区进行集中机械预处理，处理后得到的贵金属粉利用传统的湿法工艺提炼出不 同的贵金属。本试验主要步骤如下： 1 ) 分析比较目前的处理工艺，确定试验原理及方法，对所制定的试验方法 进行可行性分析。 2 ) 对所选设备进行改装。与拆解设备相同的是，由于没有合适的机械预处 理设备，因此同样需要对相关设备进行选型及改装，设计出满足试验要求的机 械预处理设备。 3 ) 专用夹具的设计。为了满足试验工艺的要求，需要设计出固定p c b 的 专用夹具，它在整个预处理过程中起着非常重要的作用。 4 ) 一定工艺参数条件下进行机械预处理试验，将得到的贵金属粉利用传统 的湿法冶金工艺进行处理。 5 ) 对湿法处理后得到各种贵金属的含量进行分析，验证机械预处理的效 第2 章成套处理工艺流程 果，改进试验设备及工艺以获得更好的机械预处理效果。 ( 3 ) 气流分选 p c b 处理工艺流程的最后一个部分，机械预处理后的p c b 进入气流分选部 分，通过破碎、筛分、风力分选等步骤分离出金属与非金属。具体处理步骤如 下： 1 ) 破碎。破碎部分分为一级破碎和二级粉碎两步进行，首先利用剪切式破 碎机对p c b 进行一级粗碎，再利用冲击式粉碎机进行二级细碎，得到粒度较小 的金属与非金属混合物。 2 ) 筛分。利用振动筛筛分粉碎后的金属与非金属混合物，标准筛筛网规格 从3 0 目至8 0 目不等，分别得到粒度为3 0 目至8 0 目的混合物。 ：3 ) 气流分选。分为一级风力分选和二级风力分选两步进行，最后得到不同 粒度范围的金属与非金属。 该成套处理工艺具有以下一些特点； 1 ) 整个处理过程均采用机械物理的方法回收废弃印刷线路板，严格控制排 放，将二次污染降到最低，体现了窜家所倡导的绿色回收理念。 2 ) 元器件拆解与贵金属机械预处理部分均采用机械半自动化技术，可以彳雾 效的提高回收效率，降低回收处理成本。 3 ) 处理后得到的电子斥器件、有价金属如a u 、a g 、c u 等具有很高的回收r 价值，经济效益相当可观。除此之外还具有很强的实用性，非金属可以用来制 成办公装饰品如笔筒、像框等，也可制作成建筑材料，二手电子元器件可以 卖给电器厂用于生产电动玩具等小型电动产品。 4 ) 形成一套较完整的废弃印刷线路板回收处理工艺，为未来的规模化生产 提供了参考依据。 第3 章p c b 元器件拆解 第3 章p c b 元器件拆解 废弃p c b 上的许多元器件都是可以二次利用的，但是人们往往意识不到这 点，没有对其进行有效的利用。目前，国内对废弃元器件的处理方式大致分为 两种：一种是将元器件连同废弃p c b 基板一同破碎，最后分选出有价值的金属。 这种方式虽然可以从回收的有价金属中获得一定的经济效益，但是与回收完整 元器件所换回的经济效益相比是相差甚远的；另一种是采用人工拆解的处理方 式将元器件从废弃p c b 上去除。此方式虽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，而且偶尔由于操作不当会对人体造成伤害。因 此，这两种处理方式是不合理的，如何探索出一种高效回收废弃元器件的工艺 技术势在必行。 3 1p c b 元器件的组装方式分析 元器件的种类繁多，由于p c b 采用了外形结构和引脚形式完全不同类型的 电子元器件，所以出现了“插”和“贴”两种截然不同的电路模块组装技术， 即s m t ( s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ) 与t h t ( t h r o u g hh o l et e c h n o l o g y ) 。 t h t 采用有引线元器件，通过把元器件引线插入p c b 上预先钻好的安装孔 中，暂时固定后在基板的另一面采用波峰焊接等软钎焊技术进行焊接，元器件 主体和焊点分别分布在基板两侧；采用s m t 时，表面组装元件器件( s m c s m d ) 无长引线，在p c b 基板上则设计了相应于元器件焊接端子的平面图形。s m t 是利用粘结剂或焊膏将s m c s m d 上的焊接端子对准基板上的焊接图形，把 s m c s m d 贴到基板表面，通过再流焊等焊接方法进行焊接，元器件主体和焊 点在基板同侧。 元器件的组装方式大体上可分为单面混装、双面混装和全表面组装3 种类 型共6 种组装方式，见表3 1 。不同类型的元器件其组装方式有所不同，同一种 类型的元器件其组装方式也可以有所不同。 北京工业大学工学预上学位论文 表3 - 1 表面组装元器件的组装方式m 1 t a b 3 - ia s s e m b l ym o d eo f s u r f a c em o u n tc o m p o n e n t 3 1 1 单面混合组装 这种组装方式是将s m c s m d 与通孔插装元件( t h c ) 分布在p c b 不同的一 面上组装，但其焊接面仅为单面。这一类组装方式均采用单面p c b 和波峰焊接 工艺，具体有两种组装方式( 见图3 1 ) 。 ( 1 ) 先贴法。即在p c b 的b 面( 焊接面) 先贴装s m c s m d ，而后在a 面插 装t h c 。 ( 2 ) 后贴法。是先在p c b 的a 面插装t h c ，后在b 面贴装s m d 。 图3 - 1 单面混装 f i g 3 - 1m i x e ds i n g l e - s i d e da s s e m b l y 3 1 2 双面混合组装 s m a s m d 和t h c 可混合分布在p c b 的同一面，同时，s m c s m d 也可分 布在p c b 的双面。双面混合组装采用双面p c b 、双波峰焊接或再流焊接，一般 根据s m c s m d 的类型和p c b 的大小合理选择先贴还是后贴的组装方式，常用 第3 章p c b 元器件拆解 两种组装方式。 ( 1 ) s m c s m d 和t h c 同侧方式，见图3 2 ( a ) 。 ( 2 ) s m c s m d 和t h c 不同侧方式，如图3 - 2 ( b ) 所示，把表面组装集成芯 片( s m i c ) 和t h c 放在p c b 的a 面，而把难以表面组装化的有引线元 件插入组装。 a ) s m c s m d 和t h c 同侧b ) s m c s m d 和t h c 不同侧 a ) s m c s m da n dt h c0 1 1t h es a m es i d eb ) s m c s m da n dt h co nd i f f e r e n ts i d e s 图3 - 2 双面混装 f i g 3 - 2m i x e dd o u b l e - s i d e da s s e m b l y 3 1 3 全表面组装 在p c b 上只有s m c s m d 而无t h c 。目前，手机主板大都采用此种组装 工艺方式，所使用元器件均为表面贴装件，而且元器件体积小、排列密度高。 此种组装方式也分为单面表面组装方式( 图3 - 3 ( a ) ) 和双面表面组装方式( 图3 - 3 ( b ) ) 。 a ) s m c s m d 存在于单面”s m c s m d 存在于双面 a ) s m c s m do nt h es a m es i d eb ) s m c s m d0 1 1d i f f e r e n ts i d e s 图3 3 全表面组装 f i g 3 - 3w h o l es u r f a c ea s s e m b l y 本次试验的对象是废弃手机主板及废弃控制线路板，两者元器件的组装方 式同属于全表面组装中的双面贴片组装。 3 2 试验原理 试验利用热拆解原理，废弃印刷线路板通过自动传送装置进入加热舱，在 舱内停留一定时间，待p c b 与贴片元器件之间的焊点熔化之后，再由自动传送 装置将p c b 送至输出口，输出口处设置有固定刮板，将焊点已熔化的贴片元器 件从p c b 上拆卸掉，拆卸处理后的废弃p c b 基板与废弃元器件分别被收集， 整个热拆解过程采用半自动化装置，原理见图3 4 。 1 保温舱2 加热舱3 嘲定刮板4 拆解后的p c b 5 拆解的元器件6 自动传送装置7 ，阻力钩 图3 - 4 热拆解原理图 f i g 3 4s c h e m a t i cd i a g r a mo f h e a t i n gd i s a s s e m b l y 3 3 试验设备及改装 对所需的相关设备进行选型，选用h s - 4 0 0 型远红外线热收缩包装机( 技术 参数见3 2 ) ，该设备具有连续输送功能，温度高低和输送速度均可调节，性能 稳定可靠。 表3 - 2 试验用远红外线热缩机主要技术参数 t a b 3 - 2t e c h n i c a lp a r a m e t e ro f f a r i n f r a r e dr a ye q u i p m e n t 为使其符合热拆解的工艺要求，进行了如下改装： ( 1 ) 热缩机两端加保温舱( 图3 5 ( a ) ) 由于热缩机加热舱两端为开放式结构，与周围空气接触面积较大，加热舱 保温效果不甚理想。为了减少拆解过程中加热舱内温度的散失，在热缩机两端 第3 章p