典型废旧家电印刷线路板热失重特性和热解动力学模型

摘要：用热重法研究了废旧电视机、电脑、手机和洗衣机4种典型家电印刷线路板的热解特性，发现在相同条件下不同印刷线路板的热解起始温度、终止温度、最大失重速率、峰温和反应时间随升温速率的变化规律一致，但总失重率存在着较大差异.建立了不定温条件下非均相反应的热解动力学模型，用Kissinger法和形状因子法求解了4种典型家用电器印刷线路板的表观动力学参数E、A和n.彩电：E＝103.09，kJ/mol，A＝8.17×108，/min，n＝1.73；洗衣机：E＝98.15，kJ/mol，A＝1.50×108，/min，n＝2.73；手机：E＝78.79，kJ/mol，A＝2.48×106/min，n＝3.56；电脑：E＝101.31，kJ/mol，A＝2.96×108，/min，n＝1.77.由动力学模型计算出的转化率与实验值之间能够较好地吻合.
关键词：典型废旧家电；热失重特性；印刷线路板；动力学模型
中图分类号：O621.259文献标志码：A文章编号：0493-2137（2011）07-0602-05
　　随着电视机、洗衣机、电脑、手机等家用电器的普及和更新速度的加快，产生的废旧家电越来越多.由于其中的印刷线路板（printed circuit boards，PCBs）含有大量可回收利用的铜、锡、铅、金、玻璃纤维等金属和非金属，其处理技术和处理方法的研究越来越受重视[1-3].火法冶金、湿法冶金和机械物理法[4-7]等处理方法，虽然技术比较成熟，但在处理过程中会产生严重的二次污染，而且金属回收率低、非金属材料无法回收，所以应用受到限制.热解法由于具有处理工艺简单、处理过程比较环保、金属和非金属回收率高等优势，近年来已成为废旧印刷线路板回收技术研究的热点[8-11].文献[12-15]研究了未经使用的印刷线路板基材的热失重特性与动力学规律.笔者以彩电、电脑、手机和洗衣机4种典型废旧家电印刷线路板为研究对象，用差热-热重联用分析仪进行了热失重实验，研究了热解特性，并在此基础上建立了热解动力学模型，用Kissinger法和形状因子法求解了4种典型家用电器印刷线路板的表观动力学参数E、A和n.
1实验
1.1实验样品
　　实验用印刷线路板是从市场上收购的废旧彩电、电脑、手机和洗衣机经拆解获得.热失重实验时，为消除物料内外温差和传热传质的影响，实验前将各种线路板分割成3，mm×3，mm大小左右的小颗粒，每次实验的样品质量在25～33，mg之间不等.
1.2实验仪器和实验方法
　　热失重实验是在日本岛津公司生产的DTG-60H型差热-热重联用分析仪中完成的，仪器的测温范围是室温至1500，℃，温度分辨力为0.1，℃.电子天平的灵敏度为±0.001，mg，量程为±500，mg，测量精度为±1%.用于盛放实验样品和参比物的坩埚由耐高温的Al2O3材料制成，参比物为高纯度的Al2O3白色粉末.为保证热解过程中炉内的绝氧条件，实验过程中一直向设备中通入压力为0.3，MPa的高纯度的N2，N2流量为30，L/min.升温速率分别控制在10，℃/min、20，℃/min、30，℃/min和40，℃/min，热解终温统一设定为800，℃.实验基本参数、热失重曲线和差热曲线被自动记录和保存在电脑中.
2实验结果和分析