摘要：废弃印刷电路板因蕴藏大量可以回收利用的资源及多种危害物质，受到国内外广泛的关注。阐述了包括拆卸、破碎、分选等过程有效的且经济可行的机械处理技术，实现了废旧印刷电路板中金属和非金属的分离与回收利用，并且介绍了国外几种典型的机械回收工艺。
论文关键词：废弃印刷电路板,机械回收,工艺
印刷电路板（PCB）是各类电子产品不可缺少的元件，被广泛用于计算机及元器件、通讯设备、测量和控制仪表、家庭电子用具等领域[1]。由于电子电气产品更新换代速度非常快，随之而产生了数量惊人的废弃印刷电路板。人们对地球资源不断开发，使其不断减少，而废弃PCB中含有大量的可利用的金属，其品质远高于自然界普通矿物，故被称为有待开发的“宝藏”。同时废弃PCB又还有大量的有害物质，会对环境产造成污染。因此,广泛开展有关废旧PCB回收利用方面的研究 ,使这些宝贵的二次资源得到科学合理的资源化和无害化的处理 ,对保证人类所需生产和生活资源的永续利用 ,促进人类的可持续发展。
2 印刷电路板的组成及特点
废弃PCB回收处理依赖于对其特点及组成的认知。废弃 PCB 类型复杂，种类多样，组成电路板的各种构件和物质的含量相差较大，使得它们的回收利用有一定的难度。但是其所含物质种类却有相同之处，即含大量的铁金属、 非铁金属、 贵重金属和树脂[2]，这些物质的物理化学特性存在一定的差异，根据这些差异，我们可以设计相应的分离回收处理工艺。本文主要介绍机械处理技术对废弃PCB的回收。
3 机械处理技术
机械处理技术是根据线路板组成材料间物理性质的差异，采用物理方法分离回收的过程，包括拆卸、 破碎、 分选等阶段。机械处理回收废弃PCB具有回收率高、成本低和对环境的低污染等特点，使之成为国内外一种现实可行的方法。
3.1 拆卸
拆卸是将有价值的零件和有害物质从废PCB上拆卸下来，通过拆卸可以获得最大的经济效益，并减少对坏境的污染。传统的拆卸操作通常采用手工来完成，生产效率低，工作环境差，对人体存在伤害。而随着废线路板数量日益增多，考虑到拆卸的效率和经济性问题，自动拆卸技术成为拆卸研究发展的。
日本NEC公司开发了一套自拆卸废PCB中电子元件的装置口。这种装置主要利用红外加热和两级除的方式，使得线路板上96%的焊料脱焊，穿孔元件和表面元件脱落，损伤小。一级去除中使用红外加热和冲击力使得基板上大部分元件剥落下来，在二级单元中剩下的元件进一步加热，在剪切力作用下和基板分离[3]。 Feldmann等研究了废线路板的自动拆卸方法，采用红外辐射等加热方法熔化焊剂，再用真空夹或机器人拆除线路板表面元件[4]。
国内合肥工业大学发明了一种适用于废旧家电线路板元器件脱焊技术，该法通过液体介质加热和机械振动达到元器件和焊锡很好的脱落，实现元器件的有效拆卸，通过超声波清洗、干燥、检测等工序可以使完好的元器件得以重新利用[5]。
3.2 破碎
破碎是将线路板上以一定方式连接在一起的不同材料发生解离，使之形成相对独立的单体。它是机械回收处理过程的一个重要环节，是实现高效分选的前提。物料的破碎程度不仅影响设备的能耗，还将影响到后续的分选效率。废弃线路板主要由强化树脂板和附着其上的铜线等金属组成，硬度较高、韧性较强[6]，采用具有冲击或剪切作用的破碎设备可以达到的解离效果，常用的破碎设备有锤碎机、切碎机、旋转破碎机和球磨机等。物料一般破碎到0.6mm时，金属几乎可以达到全部解离，但破碎方式和级数的选择还要根据后续工艺而定。不同的分选工艺对进料有不同的要求，破碎后颗粒的形状和大小，会影响分选的效率。
由于常温破碎装置能耗大、粉尘多、二次污染与噪音污染等缺点，湿法破碎和低温破碎开始被引入部分PCB的破碎研究中。如Mou等人开发了种具有挤出、冲击和剪切作用的旋转破碎设备[7]。设备主体由破碎室、转子和定子构成，在破碎室上边配有喷雾冷却装置。当转子高速旋转时，安装在转子和定子上的刀片对废线路板造成强烈冲击与剪切而将其粉碎，同时喷雾冷却装置对粉碎过程进行冷却，以减少粉碎过程产生的有毒气体与灰尘。德国一研究机构[8]在对废弃电路板破碎过程中使用了低温破碎技术，利用低温液氮将废弃电路板冷却使其变脆易于破碎，并且避免了有害气体的产生。
3.3 分选
分选是利用破碎后颗粒的密度、电性和磁性等物理化学性质的差异，采用相关分选技术实现不同组分的分离和富集。目前常用的分选技术主要有重力分选和磁电分选。
重力分选是利用材料间密度的差异实现不同颗粒分离的一种方法，常用的介质是空气、水、重液或重悬浮液。重力分选的设备结构简单，成本低廉，应围很广。气流分选和摇床分选是废弃电路板回收中常用的重力分选形式。气流分选是以空气为分选介质，破碎颗粒在气流作用下分层，下面的重颗粒受板的摩擦和震动作用向上移动，轻颗粒则由于板的倾斜度而向下漂移，从而将金属和塑料分离。Shunli Zhang[9]等研究利用气流分选从电子废弃物中分选金属。金属铜、金、银的回收率分别为76%，83%及91%。气流分选对入料颗粒的大小和形状要求不能相差太大，否则不能进行有效分层。摇床分选利用密度差的液体浮选技术，把破碎后的废弃印刷电路板混合物料经过水槽分离金属与非金属材料。摇床分选方式在重力场或离心力场下也可以实现金属与非金属的分离，而且设备结构简单，不耗费贵重生产资料，作业成本也较低。但所有破碎的物料采用水、重液或重悬浮液进行分选，能耗大，分离效果差。
磁电分选是利用混合物料在磁场或高压电场中磁性和电性的差异进行分离的一种方法。废线路板破碎后，用低强度的磁选机可以将铁磁性物质分离出来。Veit等人[10]使用低强度磁选机从废弃线路板破碎颗粒中回收了含铁43%，镍15.2%铁磁性物质线路板的破碎产物中金属和非金属材料的导电性差异显著，比较适合静电分选。静电分选具有分离效率较高，污染较小的优点。Shunli Zhang[9]等利用一种新开发的涡流分选机从电脑及线路板废弃物中回收金属铝,可获得品位高达85%金属铝富集体,回收率也可达90%。在废弃线路收过程中，磁选和电选结合起来使用往往可以获得较好的金属回收效果。
4 国外典型机械处理工艺
德国 Daimler-benz Ulm Research[8]开发了四段式处理工艺,如图1所示。这一工艺的特点是物料经液氮冷却后的有利于破碎，同时避免了在常温破碎时会产生大量的热造成塑料燃烧形成有害气体；其它工艺分离颗粒的极限一般就是1mm，而他们研制的电分选设备可以分离尺寸小于0.1mm的颗粒,甚至可以从粉尘中回收贵重金属。
图1 Daimler-benz Ulm Research的废电路板处理工艺
日本NEC[3]公司开发的机械处理工艺如图2所示。该工艺采用两段式破碎法，利用特制破碎设备将废电路板粉碎成小于1mm的粉末，这时铜可以很好解离，而且铜的尺寸远大于玻璃纤维和树脂的尺寸。在经过两级分选可以得到铜含量为82%（重量）的铜粉，其中超过94%的铜得到了有效回收，树脂和玻纤混合粉末尺寸主要在100-300μm之间，可以作为油漆、涂料和建筑材料的添加剂。
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