Thông tin PCB - Phát triển mới của công nghệ tái sử dụng bảng PCB chất thải

1 Tổng quan

1.1 Sự cần thiết thực hiện tái sử dụng bảng PCB chất thải

Hiện tại, xung quanh Chỉ thị WWW của EU và việc thực hiện (hoặc sắp bắt đầu thực hiện đầy đủ) các quy định tương tự ở các khu vực và quốc gia khác nhau trên toàn thế giới, tái chế và tái sử dụng các sản phẩm điện tử thải đã trở thành một nhiệm vụ rất quan trọng. Trong công việc này, tái chế và tái sử dụng bảng PCB trong các sản phẩm điện tử thải là một trong những vấn đề quan trọng nhất. Bài viết này chủ yếu tóm tắt tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực này ở Nhật Bản trong những năm gần đây. Trong những năm gần đây, chính quyền Nhật Bản có liên quan đã điều tra lượng tấm PCB chứa trong các sản phẩm thải của các thiết bị gia dụng lớn và lượng xử lý ở Nhật Bản. Tỷ lệ (theo khối lượng) dưới 10%. Các sản phẩm điện tử có tỷ lệ nội dung PCB cao là các sản phẩm máy tính. Tỷ lệ chiếm giữ bảng PCB trong máy tính là 20-30% (tỷ lệ khối lượng). Theo thống kê của Ủy ban Kinh doanh Xúc tiến Máy tính 3R của Hiệp hội Công nghiệp Công nghệ Điện tử Nhật Bản, hiện có khoảng 65.000 máy tính doanh nghiệp ở Nhật Bản mỗi năm, cần được tái chế và giải quyết để tái sử dụng. Theo khảo sát và suy đoán của Hiệp hội Công nghiệp Công nghệ Thông tin Điện từ Nhật Bản, lượng chất thải máy tính trong nước ở Nhật Bản là khoảng 10.000 tấn vào năm 2003, 50.000 tấn vào năm 2013 và 80.000 tấn vào năm 2015.

1.2 Các nguyên tắc cần nắm bắt trong tái chế bảng PCB chất thải

Các thành phần khác nhau của bảng mạch in, lấy bảng chủ máy tính làm ví dụ, nó bao gồm ba vật liệu chính: vật liệu kim loại (khoảng 50,8% tổng khối lượng của bảng): vải sợi thủy tinh (khoảng 16,3%), và nhựa hữu cơ (khoảng 32,8%). Việc tách ba thành phần này của bảng PCB là một nhiệm vụ khó khăn hơn. Vì lý do này, trong quá khứ, các phương pháp bãi rác thường được sử dụng để xử lý chất thải này. Tuy nhiên, phương pháp xử lý này không đáp ứng các yêu cầu của chỉ thị EU "WEEE" (chỉ thị WEEE đề xuất tỷ lệ tái tạo của CNTT và các sản phẩm điện tử gia dụng nhỏ nên đạt hơn 75%; tỷ lệ tái chế nên đạt hơn 65%). Do đó, phải nỗ lực tái chế và tái sử dụng. Đối với việc tái sử dụng các tấm PCB chất thải, các công ty nói chung nên xem xét lợi ích từ ba khía cạnh trong việc áp dụng công nghệ: (1) Nhận được lợi ích môi trường. Để đạt được lợi ích của bảo vệ môi trường tình dục hoặc khu vực, tức là không khí, chất lượng nước, đất và sức khỏe con người không còn bị ảnh hưởng. (2) Lợi ích tái sử dụng. Để đạt được việc tái sử dụng và tái thương mại hóa các tấm PCB chất thải, và giảm lượng chất thải không thể tái sử dụng đến giới hạn càng nhiều càng tốt. (3) Hiệu quả chi phí. Chi phí xử lý để tái sử dụng các tấm PCB chất thải nên dưới đây. Việc có được lợi ích chi phí thấp này có liên quan chặt chẽ đến công nghệ quy trình được sử dụng trong chế biến.

1.3 Khía cạnh chính của tái chế chất thải PCB board

Việc phục hồi và tái sử dụng bảng PCB chất thải trên thế giới đã được thực hiện sớm, và đó là việc phục hồi các bộ phận kim loại mà nó chứa. Công việc này chủ yếu được thực hiện bởi một số nhà máy nóng chảy kim loại. Kim loại như đồng, vàng và niken được sử dụng trong các mạch, đầu cuối, v.v. của các tấm PCB chất thải. Các kim loại khác nhau như chì và thiếc đã được sử dụng để kết hợp các thành phần trên PCB. Các thành phần điện tử được gắn trên PCB cũng chứa các kim loại quý như vàng, bạc và palladium. Theo nghiên cứu và thống kê của các tổ chức có liên quan, các bảng chủ được sử dụng trong máy tính để bàn chủ yếu chứa các thành phần vật liệu kim loại khác nhau, và tỷ lệ của chúng là đồng 66,9%, thiếc 10,7%, sắt 10,3%, chì 7,61%, vàng 0,11%, palladium 0,02%, các thành phần kim loại khác 4,41%. Trong quặng thô chứa vàng và palladium, hàm lượng của chúng chỉ dưới 10ppm, trong khi hàm lượng vàng và palladium trong bảng PCB thải nhiều gấp 2-20 lần so với quặng thô. Do đó, việc phục hồi và tái sử dụng kim loại vàng và palladium có triển vọng phát triển lớn. Một thành phần chống cháy cũng có trong nhựa cho bảng PCB. Chất chống cháy chủ yếu là các hợp chất chứa brom, oxyt antimon, hợp chất phốt pho, v.v. Những tạp chất này phải được tách ra trước khi tinh chế đồng và tái chế bảng PCB chất thải, cũng là chìa khóa để đảm bảo an toàn trong quá trình tái chế kim loại. Trong những năm gần đây, nghiên cứu thế giới về tái sử dụng các tấm PCB chất thải chủ yếu tập trung vào ba khía cạnh. Đó là, công nghệ tái chế kim loại, công nghệ phân hủy của toàn bộ bảng PCB và công nghệ loại bỏ các thành phần halogen từ bảng PCB thải.

2. Kim loại trong bảng PCB chất thải

Hiện tại, phục hồi kim loại từ bảng PCB chất thải chủ yếu áp dụng phương pháp nóng chảy kim loại (phương pháp này được gọi là phương pháp khô). Ngoài ra, các phương pháp phục hồi khác như phương pháp hòa tan kim loại bằng phương pháp hóa học (phương pháp này được viết tắt là phương pháp ướt) và phương pháp sinh học cũng đã xuất hiện.

2.1 Phục hồi khô kim loại từ bảng PCB chất thải

Phương pháp nóng chảy kim loại được sử dụng để phục hồi kim loại trong bảng PCB chất thải và cần xử lý trước trước khi nóng chảy và xử lý. Xử lý trước của nó sử dụng chưng cất khô hoặc phun để tách kim loại và các thành phần điện tử được gắn trên bảng PCB. Dự án tháo dỡ, tách và sàng lọc này tương đối dễ thực hiện. Việc tách và sàng lọc các thành phần bảng PCB chất thải có thể được tách bằng sự khác biệt về kích thước hạt và mật độ tương đối. Nó cũng có thể được sàng lọc và tách bằng điện tĩnh, lực từ, lực gió, v.v. Nhưng mục đích chính luôn là cải thiện tỷ lệ phục hồi kim loại. Cần lưu ý rằng một lượng khí nhất định sẽ được tạo ra bằng phương pháp chưng cất khô. Sẽ có chất chống cháy brom trong các khí này, vì vậy chúng cần được đốt hoàn toàn trong lò đốt thứ cấp. Để ngăn chặn khả năng tạo ra bromu trong đốt cháy cao, khí sau khi đốt nên được làm mát nhanh chóng bằng nước lạnh. Về cơ sở xử lý để thải và tái chế nước thải, cần chú ý đặc biệt đến việc đạt được các yêu cầu tiêu chuẩn của chất lỏng không ô nhiễm. Thông qua các phương tiện sàng lọc và tách, hàm lượng kim loại của vật liệu thu hồi được tăng lên, và sau đó nó được đưa vào quá trình tinh chế đồng. Sử dụng phương pháp nóng chảy đồng, quá trình chiết xuất các thành phần đồng trong các tấm PCB chất thải là trước tiên đặt các tấm PCB chất thải vào một lò tự nóng chảy, sau đó nóng chảy thông qua một bộ chuyển đổi và một lò tinh chế, và chiết xuất đồng bằng cách điện phân. Sợi thủy tinh có được trong quá trình nóng chảy chứa một lượng lớn các thành phần SiO 2 có trong sợi thủy tinh và được phục hồi để được sử dụng làm nguyên liệu thô cho chất kết dính (chất làm đầy), vật liệu cho sàn nhà và các sản phẩm tái chế khác. Đối với tái chế và tái sử dụng kim loại trong điện thoại di động bị loại bỏ, một phương pháp xử lý rất phổ biến là phương pháp khô. Đầu tiên là loại bỏ pin trong điện thoại di động, sau đó tái chế toàn bộ cơ thể. Hiện tại, trong nghiên cứu và phát triển tái chế và tái sử dụng các tấm PCB chất thải ở Nhật Bản, trọng tâm là dự án chế biến trước tái chế. Nghiên cứu cách loại bỏ các thành phần khác ngoài kim loại bằng các phương tiện hiệu quả để cải thiện hiệu quả phục hồi kim loại.

2.2 Tái chế ướt kim loại từ bảng PCB chất thải

Phương pháp ướt được sử dụng để phá vỡ osprey trong bảng PCB chất thải. Hoa Kỳ: 2713231) đề xuất sử dụng dung dịch axit để ion hóa và hòa tan kim loại trên bảng PCB, và sau đó thêm kiềm để trầm bạc, v.v., để đạt được mục đích phục hồi. Trong nội dung nghiên cứu của khía cạnh này, phương pháp chìm vật liệu hỏng của bảng PCB thải vào dung dịch hỗn hợp axit khoáng chất và hydro peroxide và hòa tan vật liệu kim loại được thu được cũng được đề xuất.

3. Tách các thành phần trong bảng PCB chất thải

Trong những năm gần đây, ngoài việc tái chế kim loại trong bảng PCB chất thải, nghiên cứu về việc tái sử dụng các thành phần khác của bảng PCB cũng đã đạt được tiến bộ đáng kể, được nhấn mạnh trong việc tách và thanh lọc các thành phần thu hồi. Trong sản xuất vật liệu nền cho bảng PCB, để đạt được độ tin cậy cao và độ dính cao giữa lớp của bảng PCB, các chất dính nhựa thường được sử dụng là nhựa nhiệt độ như nhựa epoxy và nhựa phenolic. Những nhựa nhiệt độ này trở thành các polymer không hòa tan và truyền sau khi cứng và đúc, làm cho nó khó tách, loại bỏ và tái sử dụng chúng. Đối với việc tách nhựa nhiệt được tích hợp vào bảng PCB, quá trình tách chính hiện tại ở Nhật Bản là trước tiên tách nhựa nhiệt từ bảng PCB và sau đó tách các thành phần kim loại và sợi thủy tinh còn lại. Nó làm nóng và đốt cháy bảng PCB, và sau đó tái chế chất dư sản xuất sau khi đốt cháy. Thử nghiệm này được thực hiện trong một lò đốt loại LPG quay. Khối lượng khoang bên trong của lò đốt là 1,3m × 0,5m × 0,5m. Đặt mẫu bảng PCB thải để tái chế vào lò (có thể được đặt trong 5kg) và làm nóng nó đến 1173-1223 ° F (tức là 634-662 ° C). Trong nghiên cứu này, một thử nghiệm so sánh cũng được tiến hành về mối quan hệ giữa các kích thước khác nhau của bảng PCB tái chế và tỷ lệ phục hồi. Kết quả thử nghiệm thu được là mẫu bảng PCB với kích thước lớn có tỷ lệ phục hồi kim loại cao hơn so với mẫu bảng PCB tái chế với kích thước và kích thước nhỏ (xem Hình 4). Điều này là do kích thước nhỏ của mẫu bảng PCB, nhiều khí được tạo ra sẽ bị phân tán trong quá trình đốt cháy. Tuy nhiên, trong việc tái chế và xử lý các mẫu bảng PCB kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng và chi phí tái chế tương đối thấp.

4. Loại bỏ các thành phần halogen trong bảng PCB chất thải

Trong các sản phẩm điện nói chung, thiết bị gia dụng, v.v., vì lợi ích an toàn, chất chống cháy như các hợp chất halogen và antimon được thêm vào nhựa của bảng PCB. Hiện tại nó được coi là có hại cho môi trường và cơ thể con người. Do đó, trong nghiên cứu tái chế bảng PCB chất thải, loại bỏ các thành phần halogen trong bảng PCB chất thải đã trở thành một công việc nghiên cứu và phát triển quan trọng. Kết quả kiểm tra của các bộ phận nghiên cứu nước ngoài liên quan cho thấy rằng: trong bảng PCB cho máy tính để bàn sản xuất vào những năm 1990, hàm lượng brom chiếm khoảng 9% (tỷ lệ trọng lượng của bảng PCB là 100). Bảng PCB của TV, sản phẩm điện tử văn phòng (OE), v.v. (nói chung, laminate phủ đồng dựa trên giấy phenolic được sử dụng làm vật liệu cơ bản), hàm lượng brom của nó chiếm 4,4% -5,3%, và hàm lượng antimon chiếm 0,4% -0,9%. Loại bỏ các thành phần halogen trong bảng PCB chất thải chủ yếu là để loại bỏ các chất brom có trong bảng PCB như chất chống cháy. Kể từ những năm 1960, công việc nghiên cứu trên thế giới về công nghệ loại bỏ halogen đã bắt đầu tăng lên. Công việc hiện tại loại bỏ halogen chủ yếu là để đạt được tái chế và tái sử dụng "vô hại" của bảng PCB chất thải. Loại bỏ halogen chứa trong bảng PCB là để tách các nguyên tử halogen liên kết với vòng benzen từ vòng benzen. Về mặt lý thuyết, sự tách biệt giữa nguyên tử clo và vòng benzen đòi hỏi 916KJ / mol năng lượng, trong khi nó mất 879 KJ / mol năng lượng để tách nguyên tử brom khỏi vòng benzen. Trong phương pháp xử lý loại bỏ, phương pháp dung dịch, phương pháp phản ứng pha rắn khô, v.v.

(1) Phương pháp hydrogenation

Trong số các phát minh khử halogen khác nhau đã xuất hiện gần đây, tuyến đường quá trình hydrogenation là nhiều nhất. Phương pháp loại bỏ halogen trong bảng PCB bằng phản ứng hydro hóa chủ yếu là trong sự hiện diện của các chất xúc tác kim loại, bảng PCB được xử lý được tiếp xúc với hydro để tạo ra phản ứng giữa các nguyên tử halogen và nguyên tử hydro. Các chất xúc tác kim loại được sử dụng thường là các kim loại quý giá như palladium được hỗ trợ bởi than hoạt tính, và một số kết quả nghiên cứu đã sử dụng các chất xúc tác hydro hóa như hydrit nhôm dựa trên lithium. Chất quản lý hydro chủ yếu là axit formic hoặc formate.

(2) Phương pháp phân hủy nhiệt

Phân hủy nhiệt của nhựa chứa chất chống cháy halogen trong bảng PCB chất thải, để nhựa chứa halogen có thể phân hủy trong giai đoạn lỏng hoặc dẫn đến dầu (tái chế dầu thô), và sau đó hợp chất halogen tự do được kết hợp với độ kiềm bổ sung. Hợp chất phản ứng để chiết xuất các loài có chứa halogen. Trong một số loại loại loại bỏ halogen này (chẳng hạn như JP 10-24274, JP 2001-172426, JP 9-262565, JP 9-249581, v.v.), các loại chất xúc tác cơ bản và nhiệt độ phản ứng tiếp xúc với nhau là như sau: sự khác biệt. Nhựa chứa halogen trong bảng PCB thải hầu hết là nhựa epoxy chứa brom. Sau khi brom được tách ra bằng cách phân hủy nhiệt, chất xúc tác cơ bản bổ sung (muối kali) cũng phản ứng với brom tách ra để hình thành kali bromua có thể dễ dàng phục hồi. Phương pháp phân hủy nhiệt này nghiêm ngặt hơn phương pháp hydro hóa về việc phục hồi halogen. Halogen miễn phí của nó được tái chế hoàn toàn hơn.

(3) Phương pháp phản ứng pha rắn

Hợp chất kim loại được sử dụng để trộn khô với nhựa trong bảng PCB chất thải, và một phản ứng pha rắn xảy ra để halogen tồn tại trong nhựa của bảng PCB chất thải được tách ra và chiết xuất dưới dạng muối halide. Phương pháp phản ứng pha rắn này để loại bỏ các thành phần halogen trong bảng PCB thải chủ yếu sử dụng oxyt canxi, oxyt sắt, oxyt silicon và oxyt nhôm như các hợp chất kim loại được sử dụng.

(4) Phương pháp sinh hóa

Việc sử dụng vi sinh vật để loại bỏ halogen từ bảng PCB chất thải cũng đã được đề xuất trong những năm gần đây. Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này để loại bỏ và xử lý nồng độ halogen đến mức ppm mất một thời gian dài (vài ngày hoặc thậm chí vài tháng), vì vậy nó không phù hợp để loại bỏ halogen trong số lượng lớn bảng PCB chất thải.

(5) Điện phân

Kết quả nghiên cứu liên quan đưa ra phương pháp của một phương pháp điện phân để loại bỏ halogen trong bảng PCB. Và nó được coi là một loại phương pháp quy trình có khả năng được áp dụng rộng rãi trong tương lai. Nó hòa tan các hợp chất halogen trong nhựa của bảng PCB thải trong dung môi hữu cơ và tách chúng thông qua phản ứng điện phân.