废物印刷电路板

　　随着全球电子产品更新换代不断加速， 报废电子器件数量正日益剧增， 造成环境的严重污染和资源的巨大浪费， 电子废弃物的再资源化问题亟待解决。 电子废弃物回收过程最大的难题是印刷线路板的回收处理。 目前国内（ 贵屿、台州等） 线路板的处理主要以湿法和火法为主， 湿法是一种化学方法， 只能回收贵金属及铜等金属， 不能回收其他金属及非金属成分， 其浸出液及残渣具有腐蚀性及毒性， 易引起更为严重的环境污染； 而火法是利用高温、焚烧、熔炼、烧结等回收贵金属， 资源浪费大， 且排放有毒气体， 造成环境二次污染。 科学地处理线路板的方法为机械方法（ 物理方法） ， 此方法不产生二次污染，资源回收率高， 可达到近 100% 回收利用， 工艺可操作性好。 而线路板破碎是机械处理方法的关键， 线路板的破碎程度直接关系到金属非金属能否有效解离， 关系到能否达到分选处理的粒径要求， 及金属和非金属的分选效率问题， 直接影响着回收的效果， 是整个机械处理流程的关键环节。 对此问题，中作过相关报道， 但不够系统和深入。 因此， 本文从破碎机型选择入手， 对不同废弃印刷线路板物料的破碎性能及解离性能进行了研究。 并在理论分析的基础上， 确定和优化了废弃印刷线路板的破碎工艺， 同时对破碎机理作了探讨和分析。

　　1 理论分析按功能不同破碎机械包括破碎机和粉磨机两类。 按构造与工作原理的不同， 常用的破碎机有颚式、锤式、圆锥、反击式和辊式破碎机等； 常用的粉磨机有球磨机、自磨机、风扇磨、振动磨和气流磨等。

　　通常情况下， 通过物料硬度、强度、粘结性等性能， 以及对处理物料粒度组成及最大粒度等要求， 对破碎机械进行选择。 与矿物、塑料等相比， 线路板有其独特的破碎特性， 首先， 废线路板经预处理后主要由强化树脂板和树脂板上附着铜线等金属及电子器件组成， 硬度较高， 韧性较强， 在剪切力和冲击力作用下更容易破碎。 另外， 大多数基板中有纤维结构，该结构在剪切作用下更容易被破碎。 常规破碎机中颚式破碎机等主要依靠挤压力对物料进行破碎， 很难达到令回收物料充分解离的效果。 锤式破碎机以冲击和剪切力作为主要作用力， 更适合线路板的破碎。 通过对线路板易碎性的进一步分析， 同时由于原物料的二维尺寸很大， 不能直接用粉磨机进行粉碎； 考虑到破碎后物料颗粒粒度的均匀性， 单一破碎难以达到预期效果； 破碎后物料粒度尺寸要求应在（ - 3 0. 3） mm（ 3 mm> 粒度尺寸> 0. 3 mm， 下同） ， 单一剪切式破碎机难以达到要求。 因此， 本流程欲采用 2 级破碎， 即 1 级粗粉破碎和 2 级细粉磨碎过程相结合， 在粗粉过程选用施力方式以劈碎和磨碎为主的剪切式旋转破碎机； 在细粉过程中， 采用施力方式主要为冲击和磨削的冲击式旋转磨碎机。

　　冲击式破碎机的粉碎过程决定了物粒的最终粒径及粒度分布， 因此， 实验前需要确定粉磨过程的工艺参数， 同时需清晰颗粒粉碎过程可以更好地对其进行控制， 并对破碎机进行改进。 冲击式破碎机的结构示意图及物料在冲击式破碎机内的破碎过程 . 其主要工作部件为带有锤头的转子。 转子由主轴、圆盘、销轴和锤头组成。 物料自上部给料口入机内， 受高速运动的锤头冲击、剪切、研磨作用而粉碎。 在转子下部， 设有筛板， 粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出， 大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤头的打击和研磨， 最后通过筛板排出机外。 此粉碎机对物料粉碎的方式主要有如下形式： 高速旋转的锤头对物料实施的冲击粉碎作用及磨削作用； 颗粒与衬板间的高速碰撞粉碎作用； 颗粒间的碰撞粉碎作用。

　　与锤头线速度一致。 撞击在瞬间完成， 由转速 n 知， 转子每转一圈的时间为 60/ n， 可假定撞击时间近似为锤头越过在圆周中以最小维度顺序排列一个单体的时间， 即 t = 60 d/ （ 2n r） ， d 为颗粒的最小维度， 既最小直径（ 线路板的厚度） . 由冲量公式：F c = m p（ dv/ dt）（ 1）得60dF c 2 rn = 2m p rn 60（ 2）式中， m p为单体颗粒质量。 进而推出F c = m（2n r）2 60 60d = m（nr）2 91. 281 59 d（ 3）从式（ 3） 得到物料颗粒与 F c、n 及r 的函数关系。 当磨碎机进料要求单体物粒尺寸为 10 mm 10 mm 2 mm（ 板厚约为 2 mm） 时， 经计算物料的松散密度= 615 kg/ m 3， 松散系数为 1. 21， 可算得 m. F c与 n及r 的关系。

　　（ a） F c与 n 的关系（ b） F c与 r 的关系当 n= 1 440 r/ min， r= 0. 2 m， 可算得单体物粒在撞击式破碎机中所受的撞击力为68. 15 N， 相当于 68. 15 N 力作用在面积仅为3. 5 mm 2（ 锤刃宽 7 mm） 的物粒表面， 计算可得压强为19. 471 4 MPa， 电路板的抗冲击强度约为1 176 J/ m 2， 当超过线路板基板的冲击强度时， 即可达到物料的完全破碎。

　　2 实验方法2. 1 设备和物料根据上述理论分析， 本试验采用剪切式旋转破碎机(气流破碎机用新型式料材预设数据研究)和冲击式旋转磨碎机相结合进行 1 级和 2 级破碎。 剪切式破碎机 n= 1 440 r/ min， r= 0. 25 m. 根据以上推导的颗粒受力关系， 确定冲击式旋转磨碎机n= 2 000 r/ min， r= 0. 2 m. 利用 8411 型电动振筛机对破碎后物料分级筛选， 得到 7 级粒度分布， 1 级粒度为 1. 2 mm， 2 级为（ - 1. 2 0. 8） mm， 3 级为（ - 0. 8 0. 6） mm， 4 级为（ - 0. 6 0. 45） mm， 5 级为（ - 0. 45 0. 3） mm， 6 级为（ - 0. 3 0. 15） mm， 7级为- 0. 15 mm. 物料为带电子元件的废旧线路板（ PCBs） 和不带电子元件的线路板厂废弃单层电路板料（ PWBs） ， PCBs 取自上海市废旧物品收购站，PWBs 购于上海华丰线路板厂。　　2. 2 实验过程2. 2. 1 废旧线路板预处理由于 PCBs 上附有的电子器件， 包括电容器等含有铅砷等有害物质， 同时存在可再使用的电子元件， 破碎前选择性地拆解， 即将有毒害的部件和有使用价值的部件先拆解下来，是电子废弃物必须的处理过程， 故在其破碎前进行拆解预处理。　　2. 2. 2 破碎剪切破碎： PCBs 一级破碎前后物料状态2. 2. 3 分级和分析处理利用分级振动筛对破碎后物料进行分级（ 分为 1 7 级） . 分级后分析各粒级物料的粒度、形状、解离度等， 以进一步对破碎过程进行优化。 粉碎物料的平均粒径按以下公式计算：D = i d i m i i m i i = 1， 2， 3， &（4）式中： D 为一次破碎的平均粒径（ mm） ； d i为各级颗粒的平均粒径（ mm） ； m i为各级颗粒质量（ kg） .

[时间：2012-08-08  来源：印刷机械网]