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废旧手机急剧增长,物理回收工艺还需进一步研究

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1、急剧增长的废旧手机

近年来,随着电子科技和信息技术的迅猛发展,手机更新换代速率不断加快,进而导致了大量废弃手机的产生。据相关统计数据显示,目前全球每年废弃的手机约有4亿部,其中,中国有近1亿部。联合国环境规划署近期发布的《化电子垃圾为资源》报告预测,到2020年,中国废弃手机数量将比2007年增长7倍。另外,我国同时也是一个手机生产大国,根据2002~2009年《中国电子信息产业统计年鉴》的相关统计,从2002~2009年,我国手机产业生产规模不断扩大,2008年受经济危机影响增长较慢,其他年份生产均呈快速增长势头,2009年手机产量是2002年产量的5倍多。2009年,我国手机产量超过6亿部,2010年,我国手机产量达到10亿部。因此,废旧手机的回收处理,已成为我国当前亟待解决的一项重大难题。

2 废旧手机的危害性和资源性

废旧手机主要由塑料外壳、锂电池、线路板、显示器等几大部分组成。这些部件中含有铅、铬、汞等有毒有害物质,随意抛弃将会严重污染土壤和地下水,对人类的身体健康构成巨大的威胁;废旧线路板中还有含多溴联苯、多溴联苯醚等含溴阻燃剂,具有致癌、致畸、致突变的危害。同时,废旧手机中还含有大量的有价金属,特别是贵金属。一项研究表明,从1t废弃手机中能提取150g黄金、100kg铜以及3kg银。依照我国目前每年废弃1亿部手机估算,这些废旧手机总重达1万t,若回收处理能提取 1500 kg黄金、100万kg铜、3 万kg银。因此,无论是从经济效益,资源综合利用,还是环境保护方面,废旧手机的高效回收和利用,都有十分重要的意义。

3 废旧手机主要部件的回收利用

3.1 废旧手机塑料外壳的回收

手机外壳制造时一般会在内侧标明其材质。手机外壳材料大多采用热塑性工程塑料,如聚碳酸酯(pc)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯合成树脂(abs)、pc/abs合金、聚甲醛及聚氨酯。工程塑料具有很高的回收利用价值,对废旧塑料进行回收,并加以循环利用,对于提高资源利用率,解决废旧手机废弃物的生态环境问题具有重要意义。

废旧手机外壳塑料的回收,一般通过物理化加以回收。将回收的手机拆除外壳,统一运送到专门生产塑料的企业,对手机塑料外壳进行破碎,然后,进行造粒,作为其他家用或工业电器、通讯等设备的原材料。物理方法具有工艺简单、处理效率高、污染少、成本低等优点。

对于手机中不能重复利用的塑料还可以用作燃料,用于发电、冶炼等使用,这样既可以节约能源,又可以减少温室气体的排放。

3.2 废旧手机线路板的回收

手机线路板中金属的含量很高,尤其是贵金属,具有较高的回收价值。luciana harue yamane 等对手机线路板和电脑线路板中的金属成分分别进行了分析,分析结果:手机线路板中的金属含量为63,电脑线路板中的金属含量为45,其中手机线路板中铜的含量为34.5,电脑线路板中铜的含量为20。

对于废旧手机线路板的回收,主要是回收其中的有价金属,特别是金、银、铜、钯等贵重金属。目前主要通过物理、化学及生物的方法加以分离回收。

3.2.1 物理处理法

从工艺方法来说线路板的物理法处理可分成两大类:干法和湿法。干法指的是根据物料间的电、磁、形状、密度等特性差异,利用单个或组合设备加以有效处理的技术方法,其间没有液相的存在,这也是研究较多应用较广泛的技术方法。湿法多是利用物料的密度差异性质结合液相的动力及运动特性进行有效的成分分离。

干法回收主要通过各种机械的方法,或者几种方法相结合的方式,首先对线路板进行破碎,然后根据金属和非金属磁性、密度、比重、导电性等的不同,对其中的金属和非金属加以分离。处理方法主要包括破碎、磁选、静电分选、涡电流分选等工艺流程,还有重选、空气摇床等方法,一般采用其中的两三种方法相结合的方式进行分选。

马国军等采用磁选和重选回收废旧电路板中的金属。结果表明,采用干法磁选工艺,可回收的铁磁性物质约占废旧电路板质量分数的8.23 ,重液分选可使金属与非金属有效分离,采用磁选和重选联合工艺可使fe、cu、pb、zn、ni和sn的回收率分别达到约100、80、65、75、88和56。

北京航空航天大学的沈志刚在其专利中利用空气分离筒设备进行了废弃电路板物理法资源化研究,该工艺回收的金属材料纯度为 95,回收率达到 95。

湿法回收是利用水等作为分选介质,根据金属和非金属密度或比重的不同加以分离,例如浮选法、水力摇床、螺旋溜槽等。

谭之海采用“湿法破碎——浮选”工艺流程来回收废弃线路板中金属成分,结合传统矿物浮选的4个常用浮选动力学模型,研究了废弃线路板自然疏水性浮选和药剂浮选的浮选动力学模型,并通过试验验证了5个不同条件下建立得动力学模型,为废弃线路板浮选工艺参数的优化、浮选流程的简化奠定了理论基础。

综上所述,物理法资源化处理线路板的方法很多,不同种类的线路板和不同的工艺流程,往往会取得不同的分离回收效果。废旧手机线路板相对电脑等其他线路板,具有金属含量高,板体薄等特点,因此,对于废旧手机线路板的回收,相关的物理回收工艺,还需要进一步的研究和优化,才能取得较好的分离效果。

3.2.2 化学处理法

化学处理法主要是利用湿法冶金的方法,对线路板中的贵贱金属加以分离回收。湿法冶金技术回收贵金属的基本原理是利用废料中的绝大多数金属能在硝酸、王水等强氧化性介质中溶解而进入液相的特性,使绝大部分贵金属和其他金属进入液相而与其他物料分离,然后从液相中分别回收金等贵金属和其他贱金属。目前已经得到应用的将电子废弃物中的金转入溶液的工艺有硝酸王水湿法工艺、双氧水硫酸湿法工艺、鼓氧氰化湿法工艺等几种。

曹人平等应用煅烧浸出法研究了废旧手机中 au、pd、ag 的回收技术及工艺,其回收率都>95,回收得到的产物经精制,其纯度>99.9。其具体工艺流程如下图。

李晶莹[11]等采用硫脲作为浸出试剂,用fe3+离子作为氧化剂,对废旧手机线路板中的金、银的浸出回收进行了研究。研究结果表明,酸性条件下,样品破碎到100目以下,控制硫脲浓度24g/l,fe3+离子浓度06,室温下反应2h,金和银的浸出率分别达到90和50。

vinh hung ha 等采用cu2+-硫代硫酸盐-氨体系对废弃手机线路板中的金的浸出进行了研究,结果表明,当硫代硫酸盐浓度0.12mol/l,cu2+20mmol/l,氨浓度0.2mol/l,2h后,金的浸出率高达98,取得较好的试验成果。

3.2.3 生物法处理技术

生物处理技术,就是利用某些微生物的吸附、氧化和代谢作用,来提取废旧电子产品中金属的一种手段。生物提取技术具有工艺简单、成本低、操作简单等优点,但是生物浸出周期长,浸出率较低,目前还处于实验室研究阶段,生物法是具有发展前景的新技术之一。

3.3 液晶显示屏的回收

液晶显示屏中主要成分为金属铟和玻璃。铟是各类平面液晶显示器生产中至关重要的成分。世界市场上平面显示器的快速增长成为全世界铟的生产的最主要的最终用户,包括平面电视、台式计算机显示器、可上网的笔记本电脑、手机等主要的平面显示器的快速发展和应用,使得国际市场对铟的需求急剧增长,而且目前还没有新的替代材料研究出来。液晶显示屏中铟的含量大约在20×10-6~200×10-6,具有一定的回收利用价值。玻璃可作为一般的废物回收利用。

3.4 废旧手机锂电池的回收与利用

现行的大多数手机电池为锂离子电池,锂、钴是锂离子电池的最重要成分,其中钴在自然界含量稀少,价格昂贵,如果得到回收,将会获得较大的经济效益。

对于废旧锂电池的回收利用,国内在这方面的研究相对国外较少。中南大学钟海云等采用碱浸——酸溶——净化——沉钴工艺流程,从锂离子二次电池正极废料——铝钴膜中回收铝、钴。本工艺钴的直收率达到95.75,铝达到94.84。

韩国矿产资源科学研究院回收研究所研究开发了从失效锂离子电池中再生钴酸锂的湿法冶金方法——非晶型柠檬酸盐沉淀法。工艺流程为:失效锂离子电池——热预处理(电池解离、硬化塑料)——一次破碎——一次筛分——二次热处理——二次筛分——高温焙烧——硝酸介质还原浸出(h2o2作还原剂)——净化除杂——柠檬酸沉淀——高温焙烧——钴酸锂。日本索尼公司和住友金属矿山公司合作开发了从失效锂离子电池中回收钴等元素的技术。其工艺为先将电池焚烧,以除去有机物,再筛选去铁和铜,将残余的粉末溶于热的酸溶液中,用有机溶剂提取钴。

4 废旧手机回收利用现状和建议

我国是一个人口众多、手机使用量较大的国家,废旧手机的回收利用,需要一个完善系统,从政府、生产者、经销商、运营商到个人的积极参与和配合,才能实现废旧手机综合利用。废旧手机的回收利用体系的建立,是一个逐渐完善的过程。目前,欧、美、日等发达国家及地区,在废旧手机的回收和利用方面,已经有了一个相对完备的法律体系及回收处理系统,因此,我们国家在这方面,可以结合我国国情,予以借鉴。

4.1 完善法律法规,合理回收利用

专门法律法规的制定,是废旧手机得以高效回收利用的前提和保证。2003年1月我国实施了《清洁生产促进法》,2005年4月实施了《固体废弃物污染环境防治法》,2007年3月实施《电子信息产品污染控制管理办法》,2011年1月1日起,正式实施《废弃电子产品回收处理管理条例》,并颁布了《废弃电器电子产品处理目录》,对废旧电视、冰箱、洗衣机、空调、电脑等废旧家用电器的回收处理做出了相关规定,但是,对于废旧手机的回收处理,依然还没有做出相关规定。因此,国家需要尽快完善相关法律法规,将废旧手机的回收利用纳入其中,才能保证废旧手机的合理回收与利用。

4.2 设立专门的回收机构,规范回收市场

目前,我国废旧手机的回收,主要依靠小商贩走街串巷进行回收,或者卖给手机维修点,然后,通过相关商家进行翻新,重新回到市场,欺骗消费者。对于不能使用的,进行简单的拆除,只回收利用其中一些有用的零部件。这种不规范的回收方式,不仅回收效率低,而且对环境的污染破坏大,对正规回收系统的建立,也产生一定的阻碍作用。针对我国当前废旧手机的回收利用情况,结合我国国情,借鉴国外的回收体系,在全国设立专门的回收网络,进行有偿回收,比如利用销售商和运营商进行回收,同时,坚决取缔非法渠道进行回收。

4.3 建立规划化、产业化的处理企业

废旧手机的拆解、处理工作,需要先进的处理技术、工艺、专门的技术人员,进行高效的无害化的拆解,才能避免对环境的二次污染和破坏。因此,废旧手机的回收、处理,要兼顾环境效益与经济效益,走规范化、产业化的道路,既可以高效的回收利用,又不会造成环境的破坏,同时可以带动经济增长,促进就业。因此,要坚决取缔、严格查办一些沿海地区非法的手工拆解作坊,政府可以出资成立专门的处理企业,或者鼓励一些有实力、有技术、有资质的企业进行废旧手机的拆解处理。对于相关的企业,政府给予一定的照顾,如减免税收、财政补贴等。

相对于发达国家,我国区域经济发展不平衡,公民的环保意识较薄弱,需要政府和相关企业机构宣传、教育和引导,增强公民的环保意识,倡导绿色消费,提高公民环保的积极性。同时,政府和相关机构定期开展一些废旧手机的回收活动,比如,以旧换新、废旧手机换话费、废旧手机换取日用品、换取积分等,从而增加民众主动交回废旧手机的主动性。

5 结语

我国是一个手机使用大国,也是一个手机生产大国,每年废弃的手机将达到上亿部。然而,目前国内关于废旧手机回收利用方面的研究较少,对于废旧手机的回收利用,还没有形成相对完善的体系。如何有效的回收利用这些废旧手机,是当前我国急需解决的一项重大难题。无论是法律法规的健全、回收系统的完善、专门处理企业的建立,还是工艺技术的研发,都将是今后研究的重点。


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