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废弃印刷线路板的资源化回收技术研究

徐敏  
【摘要】: 层出不穷的信息技术创新与持续膨胀的市场需求加速了电子产品的更新换代,产生了大量的电子废弃物。日益增长的电子废弃物给地球生态环境带来巨大威胁,成为现代文明社会急需解决的问题。作为电子工业的基础元件,印刷线路板广泛地应用于各种电子设备中。随着大量废弃电子电器的不断产生,废弃印刷线路板数量也显著增长。废弃印刷线路板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过程展开研究。建立了包括拆卸、破碎、分选等过程在内的环境友好且经济可行的机械物理回收工艺,实现了线路板中金属和非金属材料的分离与回收利用,并进一步尝试了采用水热技术回收处理线路板基材的研究。 在分析线路板结构和界面特性的基础上,选择高速锤式粉碎机实现线路板的破碎与解离。采用筛分分析和显微镜观察破碎产物的方法来研究线路板的破碎解离特性。结果表明:在高速锤头的作用下,当粉碎机出料粒度为2.0 mm时,线路板中近80%的金属集中分布在0.125-1.0 mm粒级物料中,以玻璃纤维增强树脂为主要成分的非金属材料集中分布在0.50 mm以下的颗粒中。金属的解离程度随颗粒粒度减小而增大,主要金属在0.80 mm粒级以下基本解离。线路板在冲击破碎过程中发生了选择性破碎,便于后续的物理分离。 在自行设计的气固流态化装置上进行线路板粉碎料中金属和非金属的分离与富集研究。分析了破碎产物中金属和非金属颗粒因密度不同在床层中表现出的不同流化分离状态。根据颗粒在流化床中分离的特点分别采用气流分选和低气速下流态化分选两种不同操作形式进行分离研究,在实验中考察了气速、物料装填量等条件对金属分离回收效果的影响。 对0.125-0.80 mm物料进行气流分选,调节合适操作参数,不仅得到品位较高的金属富集体,而且总金属回收率超过90%。0.50 mm以下的物料流化现象良好,对0.25-0.50 mm和0.074-0.25 mm两个粒级物料采用流态化分选技术,在静床层高径比1.2,分选时间5 min的条件下,当操作气速分别为0.424 m/s和0.226 m/s时,两个粒级物料的总金属回收率均超过90%。 论文分析了目前线路板中非金属材料的处置现状并且比较了回收利用技术。研究了将非金属粉末作为填料填充塑料的物理回收利用工艺。实验以一定粒度的非金属粉末填充聚丙烯塑料制得复合板材,考察了粉末粒径、填充量、改性剂及用量对复合材料力学性能和物理性能的影响。结果表明:细粒径粉末填充的材料具有较好的力学性能;马来酸酐接枝聚丙烯能显著增强填料和树脂基体的界面粘结力,提高材料的综合力学性能。由线路板非金属粉末填充所制得的板材具有密度小、吸水率低、硬度高的特点,其力学性能与常规滑石粉和碳酸钙填料制得的复合材料相当,可望有较好的应用前景。 在间歇反应器中考察了线路板基材的水热分解行为。采用GC-MS,HPLC,SEM,TOC等分析手段对液相和固相产物进行定性和定量分析。线路板基材在240-400℃的高温水热条件下发生降解反应,分解生成包括苯酚、甲酚、对异丙基苯酚等在内的液相产物,同时得到主要成分是玻璃纤维和分解残余物的固相产物。研究以苯酚、邻甲酚、对甲酚和对异丙基苯酚为目标产物,考察了催化剂浓度、温度、时间、溶液体积等因素对苯酚类物质总产率的影响,确定了适宜的反应条件。并且根据基材树脂的分子结构和水热反应产物,初步探讨了线路板基材树脂的水热分解途径。 为了探知基材树脂中的溴阻燃剂在水热条件下的降解行为,选择2-溴酚作为模型化合物,研究了2-溴酚在250-350℃的高温液态水中的降解反应和动力学。结果表明:升高温度和添加碱性物质能显著提高反应的脱溴率。在实验范围内,2-溴酚在0.1M碳酸钠溶液中的降解可以用一级反应方程式表达,反应的活化能为114.7 kJ/mol。研究为采用水热技术回收处理电子废弃物中含卤塑料提供了依据。


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