PCBブログ - 廃PCBボード再利用技術の新展開について

1概要

1.1廃棄物再利用の必要性 PCBボード

現在、EUのWWW指令と、世界各国や各国の同様の規制についての実装（または完全な実施を開始する）について、廃棄物電子製品のリサイクルと再利用が非常に重要な課題となっている。本研究では，廃電子製品におけるpcbボードのリサイクルと再利用が最も重要な課題の一つである。ここでは，近年のわが国の技術進歩を中心にまとめた。近年、関連する日本の当局は、主要な家電製品の廃棄物製品に含まれるPCBボードの量と日本の処分の量を調査しました。率（質量）は10 %以下である。高いPCB含有率の電子製品は、コンピュータ製品です。コンピュータのPCBボード占有率は20〜30 %（質量比）である。日本電子技術工業会のコンピュータ3 R推進事業委員会の統計によると、毎年日本で約6万5千人の企業が存在し、再利用のためにリサイクルされ解決される必要がある。日本電磁気情報技術産業協会の調査と推測によると、日本の国内のコンピュータ廃棄物の量は、2003年には約1万トン、2013年の5万トン、2015年の8万トンであった。

1.2 PCB廃棄物リサイクルの原理

1）プリント基板の種々の構成要素は、コンピュータのマザーボードを例として、3つの主要材料から構成されている。金属材料（基板の総質量の約50.8%）：ガラス繊維布（約16.3%）、および有機樹脂（約32.8%）。PCBボードのこれら3つのコンポーネントの分離は、より困難な作業である。このため過去に廃棄物を処分するための埋立て工法がしばしば用いられた。しかし、この処理方法はEU「WEEE」指令の要件を満たすことができない（WEEE指令は、ITおよび小型家庭用電子製品の再生率が75 %以上に達することを提案している。したがって、リサイクルと再利用に努力をしなければなりません。廃棄物PCBボードの再利用のために、企業は一般的に、技術の採用において3つの面から利益を考慮すべきである。性的または地域の環境保護の利点を達成するためには、すなわち、空気、水質、土壌、人間の健康はもはや影響を受けません。2）再利用効果。廃PCB板の再利用と再商品化を達成し、可能な限り限界まで再利用できない廃棄物量を減らす。3）費用効果。廃PCBボードの再利用のための処理コストは以下の通りである。この低コストの利点を得ることは、処理において使用されるプロセス技術と密接に関連する。

1.3リサイクル廃棄物の主な側面PCBボード

世界の廃PCB板の回収・再利用は早期に行われてお、それに含まれる金属部品の回収である。この仕事は主にいくつかの金属製錬工場で行われます。廃PCBボードの回路、端子等には、銅、金、ニッケルなどの金属が使用されている。PCB上の成分を接合するために、鉛やスズなどの種々の金属が使用されている。PCBに搭載された電子部品は、金、銀、パラジウムなどの貴金属も含有する。関連機関の研究および統計によれば、デスクトップコンピュータで使用されるメインボードは主に種々の金属材料成分を含み、その割合は銅66.9%、錫10.7%、鉄10.3%、鉛7.61%、金0.11%、パラジウム0.02%、その他の金属成分4.41%である。金とパラジウムを含有する原料鉱石では、その含有量は10ppm以下であり、廃PCB基板中の金とパラジウムの含有量は生鉱石の2〜20倍である。また、PCB基板用樹脂には難燃成分が含まれている。難燃剤は、主に臭素含有化合物、酸化アンチモン、リン化合物などである。これらの不純物は、銅リサイクルの前に分離されなければならない。廃棄物PCB基板のリサイクルは、金属リサイクルプロセスの安全性を確保するための鍵でもある。近年、廃PCBボードの再利用に関する世界の研究は主に3つの側面に焦点を当てている。すなわち、金属リサイクル技術、pcbボード全体の分解技術、廃pcbボードからのハロゲン成分除去技術である。

PCB基板中の金属

現在、廃pcbボードからの金属回収は主にメタル製錬法（乾式法と呼ばれる）を採用している。また、化学的方法による溶解法（湿式法と略称）などの他の回収法も登場し、生物学的方法も登場した。

2.1 PCB廃棄物ボードからの金属回収

金属製錬法は廃PCBボードの金属回収に使用され、製錬・加工前に前処理が必要である。その前処理は、乾式蒸留または粉砕を使用して、PCBボードにマウントされた金属および電子部品を分離する。この解体、分離、およびスクリーニングプロジェクトは、実行するのは比較的簡単です。廃棄物pcbボード部品の分離とスクリーニングは、粒径と相対密度の違いによって分離できる。また、静電気、磁力、風力などによって選別、分離することができますが、主な目的は常に金属の回収率を向上させることです。なお、ある程度の量のガスは、乾留法で生成される。これらのガス中に臭素化難燃剤が存在するので、二次燃焼炉で完全燃焼する必要がある。高燃焼での臭化物の発生を防止するため、燃焼後のガスを冷水で急速に冷却する。排水・再循環排水処理施設に関しては、汚染のない液体の標準的な要求を達成するために特別な配慮が必要である。スクリーニング・分離手段により、回収された原料の金属含有量が増加し、銅の精製工程に入る。銅製錬法を用いて、廃pcbボード中の銅成分の抽出プロセスは、まず、廃棄pcbボードを自己融解炉に入れ、次いで変換器と精錬炉を通して製錬し、電解により銅を抽出する。製錬時に得られるスラグは、ガラス繊維中に多量のSiO₂成分が含まれており、回収されて接着剤（フィラー）、舗装用材料、その他のリサイクル品として使用される。廃棄された携帯電話における金属のリサイクルと再利用のために、非常に普及した処理方法は乾式法である。最初に携帯電話でバッテリーを取り除き、それから全身をリサイクルします。現在、廃PCBボードのリサイクル・再利用の研究開発において、リサイクルの前処理計画に焦点を当てている。金属回収の効率を改善するための有効な手段による金属以外の成分の除去方法の研究。

2.2 PCB廃棄物ボードからの金属の湿式リサイクル

ウエット工法は廃PCBボードのオスプレイを粉砕するのに用いられる。米国：2713231号は、PCB基板上の金属をイオン化・溶解し、アルカリを加えて回収する目的で銀を析出させることを提案した。本研究の内容では、廃PCB基板の破壊材料を鉱物酸と過酸化水素の混合液に浸漬し、得られる金属材料を溶解する方法を提案する。

廃PCBボードの成分分離

近年、廃PCBボードにおける金属のリサイクルに加えて、pcbボードの他の部品の再利用に関する研究も進展し、回収成分の分離・精製に注目している。PCB基板用基板材料の製造においては、PCB基板の高信頼性、高層間接着性を得るために、一般的に使用される樹脂接着剤は、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂である。これらの熱硬化性樹脂は、硬化後、成形後に不溶性であり、かつ不溶性のポリマーとなり、分離・除去・再利用が困難となる。pcbボードに集積化された熱硬化性樹脂の分離には、まず熱硬化性樹脂をpcbボードから分離し、残りの金属とガラス繊維成分を分離することが主流である。PCBボードを加熱して火傷し、その後燃焼後に生成する残渣をリサイクルする。この試験は回転lpg型燃焼炉で行う。燃焼炉の内部容積は1 . 3 m 0 . 5 m 0 . 5 m 0 . 5 mである。廃棄PCBボード試料をリサイクル炉に入れて（5 kgに入れて）、1173〜1223°のオーディエンスF（ie 634〜662℃）に加熱する。本研究では、再生pcbボードのサイズと回収率の関係について比較試験を行った。得られた試験結果は、大規模なPCBボード試料は、再生されたPCBボード試料に比べて、小型及びサイズの金属回収率が高い。これは、PCBボードのサンプルサイズが小さいため、燃焼過程でより多くのガスが飛散する。しかし、マイクロプリント基板のリサイクル・処理においては、エネルギー消費量、リサイクルコストは比較的低い。

廃PCBボードのハロゲン成分除去

一般的な電気製品、家電製品等では、安全性のために、PCBボードの樹脂にハロゲンやアンチモン化合物等の難燃剤を添加する。現在は環境や人体に有害であると考えられている。そのため、廃PCBボードのリサイクル研究においては、廃pcbボードにおけるハロゲン成分の除去が重要な研究開発課題となっている。1990年代に生産されたデスクトップコンピュータ用PCBボードでは、臭素含有量は約9 %（PCBボードの重量比は100）である。TV、オフィス電子製品（OE）等のPCBボード（一般的にフェノール系ベースの銅張積層板を母材とし、臭素含有量は4.4%〜5.3%、アンチモン含有率は0.4%〜0.9%を占める。廃PCBボード中のハロゲン成分の除去は、pcbボード内に存在する臭素物質を難燃剤として除去することである。1960年代以来、ハロゲン除去技術に関する世界の研究作業は増加し始めました。ハロゲンを除去する現在の仕事は、主に廃棄PCBボードの「無害」リサイクルと再利用を達成することです。PCBボードに含まれるハロゲンの除去は、ベンゼン環に結合したハロゲン原子をベンゼン環から分離することである。理論的には、塩素原子とベンゼン環との間の分離は916 kJ／molのエネルギーを必要とし、一方、ベンゼン環から臭素原子を分離するのに879 kJ／molのエネルギーを要する。除去処理方法、溶液法、乾式固相反応方法等がある。

水素化方法

近年出現した種々の脱ハロゲン化化合物の中で、水素化のプロセス経路が最も多い。水素化反応によってPCB基板中のハロゲンを除去する方法は主に金属触媒の存在下であり、処理されるPCB基板は水素と接触してハロゲン原子と水素原子との反応を起こす。使用される金属触媒は、一般に活性炭に担持されたパラジウム等の貴金属であり、リチウムベースの水素化水素などの水素化触媒を使用した研究がいくつか実施されている。水素投与剤は、主にギ酸またはギ酸である。

熱分解法

廃PCBボードにハロゲン難燃剤を含有させた樹脂の熱分解により、ハロゲンを含む樹脂を液相中で分解し、油性（原油リサイクル）に導くことができ、遊離ハロゲン化合物と添加アルカリ性を組合わせた。化合物はハロゲン含有種を抽出するために反応する。これらの種類のハロゲン除去（JP 10−24274、JP 2001−172426、JP 9−262565、JP 9−249581等）においては、基本的な触媒種及び反応温度が互いに接触している種類が異なる。廃棄pcbボード中のハロゲン含有樹脂は主に臭素含有エポキシ樹脂である。熱分解により臭素を分離した後、添加塩基触媒（カリウム塩）も分離臭素と反応し、容易に回収できる臭化カリウムを生成する。この熱分解法はハロゲン化法に比べてハロゲンを回収する方法である。その遊離ハロゲンは、より完全にリサイクルされます。

固相反応方法

金属化合物は廃PCBボード内の樹脂との乾式混合に用いられ、廃PCB基板の樹脂中に存在するハロゲンはハロゲン化物の形で分離抽出される。廃PCB基板中のハロゲン成分除去のための固相反応法は、酸化カルシウム、酸化鉄、二酸化けい素、酸化アルミニウムを主な金属化合物として用いる。

生化学的方法

廃PCBボードからのハロゲン除去のための微生物の使用も近年提案されている。しかし、この方法を用いることにより、ppm濃度に対するハロゲン濃度の除去と処理は長時間（数日あるいは数か月）かかるので、大量のpcb基板中のハロゲン除去には適していない。

電解

関連する研究成果は、その中でハロゲンを除去する電解方法の方法を提案しました 。また、これは将来に広く採用される可能性がある一種のプロセス方法であると考えられる。 PCBボードは有機溶媒中で電解反応により分離する。

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