CN105817462B - 一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的技术方法及其应用。该方法是将真空热解、真空冶金和分级冷凝法相联用的方法，真空热解使非金属组分热解成油气，真空冶金使金属组分气化，分级冷凝分别获得各种油气和各种金属组分，多相结合实现对废旧电路板电子元器件中金属和非金属的高附加值回收。本发明的方法可以以废旧电路板电子元器件为原料，最终获得各种热解油气和各种单质金属，实现废旧电路板电子元器件的高附加值资源化利用，而且工艺简单、回收效率高，且回收的金属和非金属资源附加值高、无二次污染物排放，具有显著的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域。更具体地，涉及一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的技术方法，具体是一种高效废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值资源化利用的技术方法。
背景技术
随着信息技术的不断发展与电子产品更新换代速度的加快，全球越来越多的废旧电子和电器设备被淘汰，形成大量的电子垃圾。每年约2000万到5000万吨废旧电子产品被丢弃，且以3%～5%的速度增长。而废旧元器件主要存在于各种电子垃圾中的线路板上，随着电子垃圾的增长其存量也在不断增加。废旧电子元器件中含有多种金属和非金属，如金属钛、锡、铝、铅等以及多种有机物污染物等，如果不加以回收处理，不仅是一种资源的浪费，亦会对环境造成很大的污染。
目前，国内对废旧电子元器件回收处理主要是焚烧后再对残渣来进行湿法或者火法冶金，来提取其中的金属；但是，此种方法较为原始，且大部分焚烧过程是露天进行，会向环境排放大量的污染物，不符合现阶段绿色生产的理念。另外，专利ZL200910091995.6《废弃电子元器件的回收及再利用方法》针对废弃电子元器件中金属提出了一种新的回收方法，此方法可以得到品味相对较高的金属富集体，基本无二次污染；但是，由于其所得的金属富集体是多种金属的混合体，后续的分离处理比较麻烦，附加值不高，且废旧电子元器件中的非金属成分并没有进行有效回收，不利于产业化推广。
因此，为提高废旧电路板电子元器件中金属和非金属的回收效率及附加值，并尽可能减少其在回收过程中对环境造成的伤害，亟需一种高效、环保且便于推广的回收方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有废旧电子元器件重新资源化利用技术的缺陷和不足，提供一种废旧电路板电子元器件中金属及非金属高附加值资源化的方法，是将真空热解、真空冶金与分级冷凝法相联用，首先将废旧电路板电子元器件破碎后送入真空炉中进行干燥，再利用真空泵将炉内抽至真空状态，其后利用外部加热元件进行加热，加热分成两个阶段：第一阶段将炉内加热至一定温度（非金属材料的沸点）后使得破碎元器件中的非金属组分（主要为元器件的塑料皮）热解成油气，通过三级分段冷凝（冷凝温度低于不同油的沸点）液化，得到轻质油，重质油以及小分子不凝气体，分别进行收集；第二阶段继续升温，将废旧电路板电子元器件中各金属组分（钛，锡以及其他金属）加热，气化后进入后续分级冷凝器中，根据各金属在真空条件下的沸点来确定各冷凝器温度范围，使得不同沸点的金属依次液化，从而完成不同金属的分离，回收得到纯度较高的单质金属。本方法在实现废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值回收基础上，同时还具备高效和环境友好的优点。
具体地，本发明的目的是提供废旧电路板电子元器件高附加值资源化的技术方法。
本发明另一目的是提供上述废旧电路板电子元器件高附加值资源化方法的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的技术方法，是将真空热解、真空冶金和分级冷凝法相联用的方法，真空热解使非金属组分热解成油气，真空冶金使金属组分气化，分级冷凝分别获得各种油气和各种金属组分，多相结合实现对废旧电路板电子元器件中金属和非金属的高附加值回收。
其中，所述真空热解和真空冶金分为两个阶段进行，第一阶段先加热到一定温度范围，进行真空热解，使得破碎元器件中的非金属成分热解成油气；第二阶段继续升温进行真空冶金，使剩余部分中的金属气化。
具体地，上述废旧电路板电子元器件资源化的方法，是首先将废旧电路板电子元器件进行真空热解，使得非金属组分（主要为元器件的塑料皮）达到沸点热解成油气，再通过分级冷凝（冷凝温度低于不同油的沸点）液化；接着继续加热进行真空冶金，使得各金属组分（钛，锡以及其他金属）加热气化，再通过分级冷凝（根据各金属在真空条件下的沸点来确定各级冷凝的温度范围）使得不同沸点的金属依次液化。
更具体地，上述废旧电路板电子元器件资源化的方法，是首先将废旧电路板电子元器件破碎，使各种金属、非金属材料得以完全解离，送入真空装置（如真空炉）中进行干燥，再利用真空泵将装置内抽至真空状态，然后利用外部加热元件对真空装置进行加热；所述加热分为两个阶段：第一阶段为首先加热至非金属材料的沸点使得非金属组分（主要为元器件的塑料皮）热解成油气，再通过三级分段冷凝（冷凝温度低于不同油的沸点）液化，分别得到轻质油、重质油和小分子不凝气体；第二阶段为继续加热升温，将废旧电路板电子元器件中各金属组分（钛，锡以及其他金属）加热气化，再通过分级冷凝（根据各金属在真空条件下的沸点来确定各级冷凝的温度范围）使得不同沸点的金属依次液化。
进一步地，上述第一阶段的三级分段冷凝需要将真空热解阶段除不凝气体以外的油气全部冷凝，而所述第二阶段的分级冷凝需要将真空冶金阶段中的金属蒸汽全部冷凝下来，避免其污染热解油气。
而且，上述每个阶段的加热温度和各级冷凝的冷凝温度根据所需回收的金属及热解油气在真空环境下的沸点来设置；而且整个过程中需要始终保持真空状态，同时将不凝气体抽出，如将不凝气体抽进气罐进行储存。
一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的技术方法，包括依次连接的破碎部、真空加热部、金属组分分级冷凝部、非金属组分分级冷凝部和不凝气体收集部。
其中，所述金属组分分级冷凝部包括若干个依次连接的多级冷凝，所述非金属组分分级冷凝部包括3个依次连接的三级冷凝。
更优选地，所述金属组分分级冷凝部包括一级冷凝、二级冷凝和三级冷凝，所述非金属组分分级冷凝部包括四级冷凝、五级冷凝和六级冷凝。
另外，上述非金属组分分级冷凝部在第一阶段加热时开始工作，而金属组分分级冷凝部在第二阶段加热时才开始工作。
即分级冷凝中的后三级冷凝（四级冷凝、五级冷凝和六级冷凝）在第一阶段加热时开始工作，而前三级冷凝（一级冷凝、二级冷凝和三级冷凝）在第二阶段加热时才开始工作。
上述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的方法以及上述废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用的***在废旧电路板电子元器件资源化利用方面的应用，都在本发明的保护范围之内。
具体地在应用时，主要的流程如下：
（1）先用破碎机将废旧电路板电子元器件进行破碎，使各种金属、非金属材料得以完全解离；
（2）将破碎后的电子元器件送入真空装置（如真空炉），真空装置抽真空（降低环境下材料沸点，大幅度降低能耗，同时避免材料与空气中的氧气反应，且真空密闭环境下不会有污染物进入环境）后开始加热；
（3）进行加热，加热分为两个阶段：第一阶段：将真空装置炉内加热至一定温度（非金属材料的沸点）后使得破碎元器件中的非金属组分（主要为元器件的塑料皮）热解成油气，分级冷凝后三级冷凝开始工作（按热解油真空条件下沸点调节冷凝器温度），将热解油冷凝液化，少量小分子不凝气体由尾部收集罐收集；第二阶段：继续升温，炉内进入真空冶金阶段，金属气化进入前三级冷凝器中（根据各金属在真空条件下的沸点来确定各冷凝器温度范围），使得不同沸点的金属依次液化，从而完成不同金属的分离，回收到各种单质金属。
（4）真空装置解除真空状态，取出各级冷凝器中的单质金属及热解油，完成对废旧电路板电子元器件中金属及非金属的高附加值回收。
本发明的方法***具有以下明显的特点：
（1）采用真空热解法使破碎电子元器件中非金属组分分别热解成油气，进而将非金属组分依次分离出来；
（2）采用真空冶金法使破碎电子元器件中金属组分分别气化，进而将金属组分分离出来；
（3）采用两段加热法，依次实现真空热解与真空冶金，避免非金属组分对金属组分后续回收的影响；
（4）采用分级冷凝法，依据热解油及各金属在真空环境下的沸点来调节各级冷凝的温度，以使各需要回收组分冷凝，从而完成对废旧电路板电子元器件中金属及非金属的高附加值资源化，同时对小分子的少量不凝气体进行收集。
本发明具有以下有益效果：
本发明的方法可以以废旧电路板电子元器件为原料，最终获得各种热解油气和各种单质金属，实现废旧电路板电子元器件的高附加值资源化利用，而且工艺简单、回收效率高，且回收的金属和非金属资源附加值高、无二次污染物排放，具有显著的经济效益和环境效益。
另外，本发明方法在真空环境下进行，降低环境下材料沸点，大幅度降低能耗，同时避免材料与空气中的氧气反应，且真空密闭环境下不会有污染物进入环境，在实现废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值回收的基础上，同时还具备高效和环境友好的优点。
附图说明
图1为本发明一种废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值资源化方法***的主要工艺流程图；图中：1为破碎的废旧电子元器件；2为破碎机；3为真空炉；4为真空热解后的剩余物；5为一级冷凝；6为二级冷凝；7为三级冷凝；8为非金属组分热解油气；9为四级冷凝;10为五级冷凝；11为六级冷凝；12为少量小分子不凝气体。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1 废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用方法
一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的方法，是首先将废旧电路板电子元器件破碎，使各种金属、非金属材料得以完全解离，送入真空装置（如真空炉）中进行干燥，再利用真空泵将装置内抽至真空状态，然后利用外部加热元件对真空装置进行加热；所述加热分为两个阶段：第一阶段为首先加热至非金属材料的沸点使得非金属组分（主要为元器件的塑料皮）热解成油气，再通过三级分段冷凝（冷凝温度低于不同油的沸点）液化，分别得到轻质油、重质油和小分子不凝气体；第二阶段为继续加热升温，将废旧电路板电子元器件中各金属组分（钛，锡以及其他金属）加热气化，再通过分级冷凝（根据各金属在真空条件下的沸点来确定各级冷凝的温度范围）使得不同沸点的金属依次液化。
实施例2 废旧电路板电子元器件资源化利用方法
一种废旧电路板电子元器件中金属及非金属高附加值资源化的方法，是将真空热解、真空冶金与分级冷凝法相联用，首先将废旧电路板电子元器件破碎后送入真空炉中进行干燥，再利用真空泵将炉内抽至真空状态，其后利用外部加热元件进行加热，加热分成两个阶段：第一阶段将炉内加热至一定温度（非金属材料的沸点）后使得破碎元器件中的非金属组分（主要为元器件的塑料皮）热解成油气，通过三级分段冷凝（冷凝温度低于不同油的沸点）液化，得到轻质油、重质油以及小分子不凝气体，分别进行收集；第二阶段继续升温，将废旧电路板电子元器件中各金属组分（钛，锡以及其他金属）加热气化后，进入后续分级冷凝器中，根据各金属在真空条件下的沸点来确定各冷凝器温度范围，使得不同沸点的金属依次液化，从而完成不同金属的分离，回收得到纯度较高的单质金属。
实施例3 废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用***
一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用的***，如图1所示，1为破碎的废旧电子元器件；2为破碎机；3为真空炉；4为真空热解后的剩余物；5为一级冷凝；6为二级冷凝；7为三级冷凝；8为非金属组分热解油气；9为四级冷凝;10为五级冷凝；11为六级冷凝；12为少量小分子不凝气体。
其中，一、二、三级冷凝5、6、7为前三道冷凝，用于冷凝分离金属蒸汽，进入真空冶金阶段再运行；四、五、六级冷凝9、10、11为后三道冷凝，用于冷凝分离热解油，在真空热解阶段开始运行。
对不凝气体12，收集后进行处理，避免直接排放以减少对环境的危害。
实施例4 废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用
利用实施例3所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用***进行废旧电路板电子元器件的资源化利用，首先用破碎机2将废旧电路板电子元器件破碎后送入真空炉3中，真空炉抽真空（真空环境下材料的熔沸点会降低，可大幅度降低能耗，且避免其与氧气反应）完成后开始加热。
加热过程分为两个阶段进行：首先将炉内加热至非金属材料的沸点进入真空热解阶段，使得破碎元器件中的非金属组分：如元器件的塑料皮等热解成油气（这一阶段需要恒温在一定温度区间足够时间，使非金属组分能够完全热解），后三级冷凝9、10、11开始工作（根据不同热解油真空条件下沸点调节冷凝器温度范围），将进入其中的热解油气冷凝液化，以完成对不同沸点热解油的分离。继续加热升温至金属组分的沸点，进入真空冶金阶段，剩余物中的金属成分开始气化。前三级冷凝5、6、7进入工作状态（根据各金属在真空条件下的沸点来确定各冷凝器温度范围），使得不同沸点的金属依次液化，形成纯度较高的金属单质，完成不同金属的分离，需保证此三级冷凝能完全冷凝液化金属气体，防止其进入后三级冷凝污染热解油。
真空炉3解除真空状态后，取出各级冷凝器中的单质金属及热解油，完成对废旧电路板电子元器件中金属及非金属的高附加值回收。真空热解阶段产生的少量小分子不凝气体12经过抽真空机抽入气罐中留待后续处理，避免直接排入大气污染环境。
实施例5 废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用实例
1、材料
废旧CD电容100个
2、利用本发明的方法对该废旧电路板电子元器件进行高附加值资源化利用，具体步骤如下：
将废旧CD电容全部用破碎机破碎，使其中的各种金属、非金属完全解离，再将其送入真空炉体中，利用实施例4所述***进行废旧CD电容的高附加值回收，回收过程分为真空热解与真空冶金这两个阶段进行。将真空炉抽至0.1～1帕真空度范围内后升温至700摄氏度，进行真空热解，同时打开后三级冷凝，它们温度分别设为290摄氏度、180摄氏度、40摄氏度，使得真空热解阶段产生的油气在此三级冷凝，得到三种油气。
在700摄氏度保温10分钟后继续升温至1600摄氏度，进行真空冶金，同时打开前三级冷凝，它们温度分别1200摄氏度、1000摄氏度、600摄氏度，使得真空冶金阶段产生的金属蒸汽在此三级液化，得到三种金属。
两个阶段产生的不凝气体由收集罐收集。
利用高效液相色谱对重质油进行油品分析，利用气相色谱对中质油、轻质油进行油品分析。利用XRD（X射线衍射）对研磨后的金属进行分析。
3、结果
（1）获得热解油气：结果显示，其中，重质油产率较小，组分中包括少量苯乙烯和丙烯酸酯的高聚物，可能是在升温过程中熔融蒸发所致；中质油的组分主要为苯乙烯单体、丙烯酸酯单体及其衍生物；轻质油中包含多种烯烃。
（2）获得金属：纯度很高的金属铝单质，纯度很高的金属锡单质，铅锌镁合金。
实施例6 废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用实例
1、材料
废旧CBB电容100个。
2、将废旧CBB电容全部用破碎机破碎，使其中的各种金属、非金属完全解离，再将其送入真空炉体中，利用实施例4所述***进行废旧CBB电容的高附加值回收，回收过程分为真空热解与真空冶金这两个阶段进行。将真空炉抽至0.1～1帕真空度范围内后升温至700摄氏度，进行真空热解，同时打开后三级冷凝，它们温度分别设为290摄氏度、180摄氏度、40摄氏度，使得真空热解阶段产生的油气在此三级冷凝，得到三种油气。
在700摄氏度保温10分钟后继续升温至1600摄氏度，进行真空冶金，同时打开前三级冷凝，它们温度分别1200摄氏度、1000摄氏度、600摄氏度，使得真空冶金阶段产生的金属蒸汽在此三级液化，得到三种金属。
两个阶段产生的不凝气体由收集罐收集。
利用高效液相色谱对重质油进行油品分析，利用气相色谱对中质油、轻质油进行油品分析。利用XRD（X射线衍射）对研磨后的金属进行分析。
3、结果
（1）获得热解油气：结果显示，其中，重质油产率较小，组分中包括少量苯乙烯和丙烯酸酯的高聚物，可能是在升温过程中熔融蒸发所致；中质油的组分主要为苯乙烯单体、丙烯酸酯单体及其衍生物；轻质油中包含多种烯烃。
（2）获得金属：纯度很高的金属铝单质，纯度很高的金属锡单质，纯度很高的锌单质。
Claims (3)
1.一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的方法，其特征在于，首先将废旧电路板电子元器件破碎，送入真空装置中进行干燥，再将装置内抽至真空状态，然后利用外部加热元件对真空装置进行加热；所述加热分为两个阶段：第一阶段为首先加热至非金属材料的沸点使得非金属组分热解成油气，再通过三级分段冷凝液化，分别得到轻质油、重质油和小分子不凝气体；第二阶段为继续加热升温，将废旧电路板电子元器件中各金属组分加热气化，再通过分级冷凝使得不同沸点的金属依次液化；所述第一阶段的三级分段冷凝需要将真空热解阶段除不凝气体以外的油气全部冷凝，而所述第二阶段的分级冷凝需要将金属蒸汽全部冷凝下来；每个阶段的加热温度和各级冷凝的冷凝温度根据所需回收的金属及热解油气在真空环境下的沸点来设置；而且整个过程中需要始终保持真空状态，同时将不凝气体抽出。
2.一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用的***，其特征在于，包括依次连接的破碎部、真空加热部、金属组分分级冷凝部、非金属组分分级冷凝部和不凝气体收集部；所述金属组分分级冷凝部包括依次连接的一级冷凝、二级冷凝和三级冷凝，所述非金属组分分级冷凝部包括依次连接的四级冷凝、五级冷凝和六级冷凝。
3.权利要求2所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用的***在废旧电路板电子元器件资源化利用方面的应用。
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