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热解技术处理废弃印刷线路板的实验研究

郭晓娟  
【摘要】: 热解法作为一种较新的线路板处理技术不仅实现线路板中有机组分转化为高品质能源——可燃气、可燃油,同时实现线路板中金属组分与非金属组分的高效分离,最终实现线路板环境友好型资源化回收目的。但是基础数据的缺乏减缓了大型设备研发进程,进而阻碍了热解技术推广应用。针对这一现状,本文选取了两种典型的废弃印刷线路板(FR4板和Teflon板)作为实验对象,开展了如下工作: 利用差热热重分析仪,在N2气氛下考察了两种线路板的热解特性,获得了热解温度、最大热解速率温度、热失重率等重要参数并研究了升温速率对热解参数的影响。着重考察了升温速率、颗粒大小、热解终温对热解残余物性状的影响。研究结果表明:FR4板500℃热解终温,Teflon板700℃热解终温可保证两种线路板中有机组分热解完成,同时实现线路板金属与玻璃纤维很好的分离效果,分离金属片表面干净。而FR4板在320~360℃,Teflon板在560~620℃温度区间达到最大热解速率,在工程设计中可考虑物料在此温区滞留时间。 采用蔡式温度积分近似式,Levenberg-Marqurdt优化非线性回归方法实现了线路板的热解动力学参数的计算,并建立热解模型,所建模型与实验结果拟合良好。可应用该模型预测热解过程中任意温度下原始物样质量随温度变化情况,以指导和优化反应器的设计和运行。 自行设计了固定床热解实验装置,实现了两种线路板热解气体、液体、固体产物的收集,并利用GC-MS(气-质联用)、FTIR(红外光谱)、SEM(扫描电镜)等多种分析测试手段实现了三种产物的定性分析。FR4板中溴元素主要存在于气体产物中,气体产物主要为CO、CO2、丙烯、2-甲基丙烯、溴甲烷以及其他小分子烯烷烃产物,气体产物可通过除溴无害化处理作可燃气回收;液体产物中含有8.333%的水和油质成分。油质成分主要为苯,苯酚,苯和苯酚烷基取代等芳香族化合物,热值可高达30000kJ/kg,可作燃料油回收。Teflon热解气体产物主要为八氟环丁烷以及其他小分子碳氟氢烷烃化合物。两种线路板固体产物主要是由玻璃纤维和金属构成。制作过程中镀金的金属片热解后含有铜、镍、金以及附着在上面未清除干净的碳;而未镀金的金属片仅有铜和附着的碳。 本文还进行了热解技术处理两种线路板的能耗分析。FR4、Teflon型线路板热解反应热分别为19.692MJ/kg和11.374MJ/kg。对于FR4板来说,回收的热解油作为燃料回收,热量仅为反应热的1/4,不足以维持热解反应的持续进行。


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