種類繁多、日新月異的電子產品給人們帶來巨大進步和便利的同時,更新報廢后產生的大量電子產品廢棄物也著實給人們出了一道后續處理的新問題。中國如今已成為家電產品的生產制造、消費和出口大國。表1為2003年中國主要家電產品生產情況。
表12003年中國主要家電產品生產情況
我國眾多小家電(如電風扇等)的生產規模接近上億臺,列世界首位;手機年產量近3億部,占全球總產量的三分之一還多;制冷壓縮機的年生產規模達6000萬臺,也列全球首位。
據測算,我國電視機的社會保有量已達4.5億臺,電冰箱的社會保有量約1.9億臺,洗衣機社會保有量2.3億臺,空調1.5億臺,僅以年報廢更新2%計算,每年淘汰的四大類家用電器就達2500萬臺,加上在全社會普及使用的更新周期只有3—5年的電腦、手機等高科技電子產品,以及不斷涌現的質優價廉的各種新型家電產品,使得我國家用電器的實際年報廢更新量高達3000萬臺以上。家用電器在生產制造過程中因設計的需要往往采用了眾多的材料及資源,不僅含有有色金屬、黑色金屬、塑料、橡膠、玻璃等可供回收的有價材料資源,而且還含有氟里昂、潤滑油、聚氨酯、重金屬、線路板等處置不當會對周圍環境造成嚴重污染的物質。因此,廢舊家電報廢后及時有效地搞好回收利用,對于保護環境建立資源永續型社會和經濟的可持續發展都有重要意義。近年來,我國日益重視在電子產品回收利用領域的政策法規體系建立及技術開發工作,并取得了一些進展和成效。
自2002年以來,作者先后承擔了國家科技部、江蘇省科學技術廳以及國家發展和改革委員會批準的相關研究、產業化、示范工程建設等項目。結合上述項目的進展以及對我國廢舊物資回收體系現狀的認識,認為電子廢棄物處理領域的技術開發目前存在三大亟待解決的難點問題。
(1)冰箱、冷柜隔熱保溫層硬質聚氨酯泡沫塑料的回收利用;
(2)電視機(含電腦顯示器)陰極射線管的回收利用;
(3)電視機、電腦等大件家電產品中線路板的回收利用。本文提出了解決此三大問題的技術方案,供交流探討。
1冰箱、冷柜隔熱保溫層硬質聚氨酯泡沫塑料的回收利用
1.1物料的來源
由于聚氨酯(Polyurethane,PU)具有優良的絕熱、可發泡、耐磨、耐生物老化等諸多性能使其廣泛應用于眾多部門。其中發展最快、產量最大的是PU泡沫塑料。在民用產品領域最典型的用途是作為冰箱、冷柜隔熱保溫層硬質PU泡沫塑料。
PU工業迅速發展以及冰箱、冷柜家電產品更新報廢后產生的PU廢棄物也與日俱增,搞好其回收利用已十分必要。
1.2PU的回收利用現狀
目前,我國回收部門均未開展PU泡沫塑料的回收業務,產生的PU廢料主要采用丟棄和焚燒的方法處置。PU泡沫塑料具有不可降解性,且焚燒時會產生十分刺鼻的有毒氣體和濃煙,所以將PU泡沫丟棄和焚燒均會造成對環境的嚴重污染和資源浪費。
PU回收方法主要有物理回收法、化學回收法和熱能回收法三種。熱能回收(即焚燒)方法會造成嚴重的二次污染,基本上不再使用;化學回收方法,是指PU樹脂在化學降解劑的作用下,降解成相對分子質量低的成分。化學回收方法處理PU泡沫塑料存在的主要問題是設備投資大,產品成份難以控制,處理量有限,成本高,基本無經濟效益,至今未見國內有關企業實際應用的報道。開發一種經濟可行的回收方法已成為PU泡沫塑料再生領域技術研究的主攻方向。目前,物理方法是再生PU泡沫的首選。
1.3再生PU泡沫的物理方法新工藝
利用硬質PU泡沫塑料,采用物理方法(即不改變原物料分子結構)再生PU保溫板的工藝流程見圖1。
圖1硬質PU泡沫塑料再生PU保溫板工藝
1.3.1工藝過程操作要點:
泡沫體粉碎粒徑大小要適中并有一定的分布范圍;定量加入某種粘合劑后攪拌要均勻;在合適的溫度、壓力下固化成型;經切割加工得保溫板。用活性炭吸附回收粉碎泡沫體時釋放出的殘留發泡劑。
1.3.2再生泡沫板的基本物理參數:
密度:130—140kg/m3;壓縮強度:200—220kPa;導熱系數:0.04—0.045W/(m?K)
1.3.3成本概算:
每立方米再生PU保溫板的綜合成本為600—800元。
1.3.4再生PU保溫板的用途:
活動板房、夾芯門板、墻體保溫、屋面鋪設、家俱裝飾。
1.3.5技術經濟性評價:
該工藝方案,流程短,易操作,無污染,實現了100%廢料的資源化,綜合成本與常規白色聚苯乙烯泡沫塑料相當,材料密度與強度明顯提高,技術實用性較強,工程化應用前景廣闊。進一步開發經濟性強、科學合理且又環保的回收聚氨酯物料新方法已成為努力的方向。
2顯像管玻璃的回收利用
2.1廢舊顯像管的結構和成分
顯像管是由管屏、管錐和管頸三部分組成的,其成分組成見表2。管屏與管錐之間用玻璃焊料焊接。表3為各種規格顯像管各部位質量和含量關系,一般管頸是焊接在管錐上,因其質量很少,成分接近,將其質量計入管錐質量內。
表2我國顯像管玻璃成分及含量%
顯像管屏玻璃中不含Pb,而管錐、頸中的PbO含量高達20%以上,焊縫焊料中鉛含量更是高達80%以上。
2.2廢舊顯像管的回收現狀
目前,我國的各回收公司、網點幾乎不回收散落在社會的碎玻璃和顯像管,致使大量廢舊顯像管視作普通廢棄物投入日常生活垃圾中。由于顯像管玻璃中(集中在錐、頸、焊縫部位)含有20%以上的重金屬鉛等成分,若不能回收妥善處置、任意散落在周圍環境中,勢必會造成重金屬Pb等對環境安全的嚴重威脅和大量資源的流失。
隨著數字電視、液晶、等離子電視的快速推出,在未來的10年內將有數億臺顯像管電視面臨著更新和淘汰。按1臺電視機CRT含鉛量在1—2kg測算,數億臺電視機顯像管就含有上萬噸鉛及熒光粉等多種有毒有害物質。積極開發行之有效的CRT玻璃資源化、無害化處置技術實屬當務之急。
2.3廢舊顯像管的回收利用新工藝
在嚴格分離屏和錐,并去除屏內表面熒光粉和錐玻璃內外表面石墨、油漆等涂覆材料后,當作兩大類玻璃原料返回顯像管廠對應制造屏錐。分散在社會上大量的廢舊顯像管被集中回收分離處理后,交玻殼廠再造,這是實現資源化、無害化利用CRT玻璃資源的最佳途徑之一。玻殼廠應切實承擔起生產者的回收延伸責任。
2.3.1顯像管的屏、錐分離工藝
濕法腐蝕(即硝酸溶解)方法,是一種經證實有效的技術,并已廣泛應用于CRT制造工業中。為了克服常規硝酸溶解玻璃焊縫時會產生NO2及酸霧的弊端,如今研制出了一種被稱為Fst-100的酸(用HX來表示),就較好地避免了NO2及酸霧的產生。濕法腐蝕分離屏、錐的優點是:分離面沿焊縫整齊分開,缺點是效率低,會產生廢液。
目前,已經成功地開發了電熱絲加熱驟冷熱應力分離CRT屏、錐的方法。該方法較符合我國國情,具有設備投資少,效率高、操作簡單,無廢液產生的優點;缺點是分離段面不夠整齊,后續涂層處理較困難。我國眾多中小型回收業主更傾向于選用電熱絲分離CRT屏、錐玻璃工藝方法。
2.3.2熒光粉等涂覆材料的去除
利用玻璃不耐氫氟酸腐蝕的特點,只需將分離后的屏、錐玻璃浸于氫氟酸中片刻再取出,即可較完全地去除顯像管內外表面的所有涂覆物。為了避免該方法會產生的酸害,如今也開發出了干式(即吸、擦等)去除熒光粉涂層的方法,但此法存在去除不完全的缺點。
熒光粉、石墨、油漆等顯像管涂覆材料是一種含有各種成份的危險廢棄物,宜集中特別處置。
2.3.3玻殼再生
分離干凈、成分清楚的屏、錐玻璃嚴格分類包裝,送玻殼廠回爐。玻殼廠經過配料和成分調整,可再造新玻殼產品。
3廢棄電路板的回收利用
3.1電路板的組成
電路板是電子產品構造的重要組成部分,電腦的材料組成如表4所示。
表4電腦材料組成%
由表4可知,線路板是電腦的核心部分。表5列舉了電腦線路板中所含有價成分及比例。
線路板組成十分復雜,化學組分種類繁多,處理得當則有益,處理不當則對環境十分有害。電子產品用線路板的資源化無害化處理是廢家電資源再生技術開發的一項重要內容。
3.2廢線路板的回收利用現狀
早期將線路板通過焚燒回收金屬Cu、酸泡回收貴金屬的落后且污染的處理方法,目前已基本不用了。取而代之的是粉碎線路板后選礦分離金屬與非金屬。在粉碎解離線路板和分選工藝技術、裝備研究方面,國內外相關部門已開展了大量的研究工作。物理方法資源化線路板如今已成為該領域的技術方案首選。
由于線路板的組成十分復雜,相應回收技術要求高,所以國內大部分個體業戶均不回收廢棄線路板,加上回收公司、網點還未開展此項業務,所以大部分線路板被棄之于生活垃圾中。只有廣東等地的一些回收企業在國內某些地區定點收購線路板(重點是電腦、手機的主板),造成大量普通家電產品線路板資源的浪費和環境污染問題。
3.3廢線路板的回收利用新工藝
采用破碎后物理選礦分離金屬與非金屬,非金屬富集物作復合材料,金屬富集物當作銅精礦返回冶煉爐熔煉后,從電解銅陽極泥中進一步分離提取其它所有元素成分。物理方法回收利用廢棄線路板的主要步驟是:采用適當的破碎、粉碎設備使線路板的尺寸變小實現各種材料間的解離,然后通過相應的分選工藝實現金屬和非金屬的分別富集,達到分類利用之目的。研究和實踐證明,重力分選(如搖床)因具有設備相對簡單運行成本低,工藝過程容易控制,產生的環境問題小(循環用水且廢水很少),分選效果好(金屬與非金屬的分選富集率達到95%以上)等顯著優勢,已成為資源化線路板(尤其是電視機線路板和覆銅板)技術開發及產業化方向的首選。
4結論
(1)全社會重視電子廢棄物的資源化、無害化處置,這是實現經濟可持續發展,保護環境,功在當代,利在千秋的必然要求;
(2)要加強、加快電子廢棄物領域(特別是目前處置現狀很差且較難處置的文中所及三大類物料)的技術研究及產業化開發步伐;
(3)物理方法(即不改變分子結構)回收電子廢棄物,尤其是資源化、無害化回收硬質PU泡沫塑料、顯像管及線路板,已成為電子廢棄物回收利用領域制定技術開發方案的首選。
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