电子废弃物中的金属回收技术研究进展

摘要：总结了目前国内外从电子废弃物中回收金属的4种主要处理技术(即机械处理技术、热处理技术、湿法冶金技术和生物技术)的研究成果，并分析比较了其优、劣势，机械处理技术工艺简单、易规模化，且产生的二次污染相对较小，迎合了商业发展和环保的需求，但无法将各种金属彻底分离；热处理技术一般会污染环境，金属回收率较低，但对富集金属含量低的废物中的金属具有良好的效果；湿法冶金方法工艺较为复杂，化学试剂耗量大、且易腐蚀设备，但金属回收率较高；生物技术具有投资省、回收效率高和环保等优点，但已知菌种少且难以培养，生产周期过长。因此，应当在不断追求经济有效、环境友好的金属回收技术的基础上，对各种技术进行交叉优化组合，扬长避短，组成一个各种技术相互协调的环境友好型回收系统，实现清洁高效地回收高纯度金属。
关键词：电子废弃物；金属；回收
引言
随着世界上的电子工业技术的迅猛发展及电子产品需求市场的不断膨胀，电子产品的数量不断地快速增长。相应地，电子废弃物的数量也随之快速攀升，每5年便增加16%～28%，比总废弃物的增长速度要快3倍，已成为世界上增长最快的垃圾。由于电子废弃物中含有大量的重金属(如汞、铅、镉等)、多氯联苯及卤素阻燃剂，故依《巴塞尔公约》规定，应列为危险废物进行管制。目前，对该废物的最终处置基本上是通过填埋和焚烧两种方法，然而这两种方法均可能会造成严重的环境污染和生态破坏。据报道，许多西欧国家，如德国和荷兰将禁止垃圾填埋处理，而垃圾焚烧处理则仅在某些特殊条件下才被允许。
但从另一个视角，电子废弃物又不是一种普通废物，是一个含有金、银、铂、铑等稀贵金属及铜、铁、镍等基本金属的资源富集体。据统计，随意搜集的1t电子板卡中大约含有272kg塑料、130kg铜、0.45kg黄金、41kg铁、30kg铅、20kg锡、18kg镍和10kg锑，因此，电子废弃物可称是一种“高品位”的矿石，可资源化程度很高，具有极高的经济效益。在地球矿产资源日趋耗竭的情况下，将电子废弃物作为二次资源回收再利用，无论是从废物处理，减少环境污染的角度，还是从回收有价金属，缓解资源供求矛盾而言，均具有很现实的意义。
中国是电子产品的生产和消费大国，近几年电子废弃物的数量在剧增，其中不仅源于电子产品的生产过程和产品寿命的终结，而且还源于国外的大量非法进口。电子废弃物数量的日益庞大，使环境压力日趋加重，而不合理、不科学的管理和回收利用更加剧了这一趋势的恶化，严重威胁和谐社会的建设。因此，在大力发展循环经济，倡导资源节约型社会的时代背景下，对电子废弃物的金属回收技术研究具有重要的意义和应用价值。
l电子废弃物中的金属回收技术研究现状
从电子废弃物中回收金属的技术研究可以追溯到20世纪60年代末。当时，美国矿业局尝试从废弃军事设备的破碎品中回收贵金属，并建成了处理量达0.23t／h的中试厂。由于电子废弃物种类繁多、成分复杂，其处理涉及到环境学、化学、矿物加工学、冶金、电子电力、机械等多学科领域，处理难度甚大，因此，美国国家矿业局在1986年组织起研究开发电子废弃物处理及贵金属回收的新工艺，包括手工拆卸、机械处理、火法冶金、湿法冶金等技术。与此同时，其他发达国家如瑞典、日本、德国等也积极开展这一领域的研究工作，并在工艺技术上取得了较大的进展，但这些技术均以回收贵金属为主。随着电子产品中的贵金属含量的不断减少，基本金属含量的逐渐增加，以及资源紧缺的日益加剧，回收技术的发展方向已开始转向稀贵金属和基本金属。
目前，从电子废弃物中回收金属的技术可以概括分为：机械处理技术、热处理技术、湿法冶金技术及生物处理技术等。
1.1机械处理技术
机械处理技术是历史最悠久的从电子废弃物中回收金属的技术，主要由破碎和机械分选两部分组成。
破碎是通过外力，破坏废物内部的凝聚力和分子间的作用力，使其破裂变碎的过程，是决定后续分选效率高低的关键技术，因为破碎的程度直接影响着废物各组分单体的解离程度。研究发现，废物破碎粒径达到0.6mm时，金属基本上可达到100%的解离。目前应用比较多的破碎技术主要有冲击破碎、挤压破碎和剪切破碎等，它们均可实现废物中各组分间的充分解离，但破碎方式的选择和分级要根据分选方法而定，以获得高效的分离效果。
机械分选是根据粉碎物料中各组成物的物理特性(如密度、粒度、导电性、导磁性及表面特性等)的差异性，采用质选、磁选、电选、涡流分选、形状分选、光学分选、气力分选及浮选技术来进行各个组分的分离富集，从而达到回收金属的目的。在实用中，为了更有效地分离金属，往往采用破碎与多种分选技术进行组合。日本NEC公司采用两段破碎-旋风分离-静电分选工艺，从废旧电路板中回收铜，回收的铜含量约为82%，回收率>97%。德国Noell公司开发了拆解-破碎-磁选-涡流分选-气力分选联合工艺，获得的铁富集体含铁量高达95%～99%，有色金属富集体中的有色金属含量达91%～99%。Zhang等采用剪切破碎一涡电流分选工艺，从废电脑电路板中回收铝，铝的纯度高达85%，回收率>90%。Zhang等采用电动力学分离方法回收电子废弃物中金属，结果显示：电动力分离机经优化后，其回收铜的纯度可从原来的93%提升到99%，回收率从原来的95%提升到99%。温雪峰等采用高效冲击破碎机和滚筒静电分选机回收废电路板中的金属，静电分选得到(2±0.5)mm粒级金属富集体中，铜和铝的回收率分别达到95%和90%。清华大学自主开发了废旧电路板分类-两段式破碎-重力分选工艺，从废旧电路板中回收金属和非金属的富集体，其回收率均>95%。北京航空航天大学开发了两段式破碎-筛选-气力分选工艺，从废旧印刷线路板中回收金属和非金属材料，所获得的材料纯度为95%，回收率达到95%。马俊伟等采用破碎机和高压电选机对废印刷线路板中的金属铜进行回收，电选试验经正交法实验优化影响参数后，(0.9±0.074)mm粒级的破碎产物经一次电选所得精料中，Cu的富集情况较好，由32.0%富集到63.6%，回收率为78.7%。