基于加热改性处理的废线路板资源化过程及作用机制研究

发布时间：2020-05-31 17:44

【摘要】：电子废物是固体废物环境管理的热点问题,而废线路板是电子废物的研究核心。废线路板是由铜箔、树脂和增强材料层压而成的复合材料,以破碎和分选过程相组合的机械物理方法是其资源化回收处理的主流技术。其中破碎工艺和设备的选择不仅影响到金属与非金属的解离、过程能耗和污染物释放,还影响到后续分选和回收效率,就如何提高破碎效果已成为机械物理技术发展面临的难题。根据废线路板材料热、力学性质差异,本论文提出了加热改性预处理的技术方法,用于废线路板结构物理改性和微观破坏,以提高破碎解离效率,特别是实现金属与非金属的高度解离。基于改性处理技术,本研究分别从微观和宏观破坏力学角度,探究了加热改性处理机制,结合ANSYS有限元热应力模型,对改性作用进行了理论分析;从环境风险管理的角度,借助热失重和热裂解实验,系统评估了热处理过程环境影响特征;从分离产物及其再生利用角度对加热改性处理后分离的非金属物料进行了表征。研究结果表明:热处理过程对FR-4型线路板层合材料物理改性行为显著。525K温度处:外观形貌上起泡、分层和翘曲现象明显,微观结构发生变化,铜箔、树脂和纤维局部脱粘,通过单级角切破碎可实现大粒径范围充分解离,2mm级粒径以下解离度达到100%;改性处理可改善其他破碎性能指标:能耗和噪音分别降低41.7%和8.2%;宏观力学上拉伸、弯曲、冲击和剥离强度分别下降68.7%、60.8%、16.5%和58.5%。525K温度处避开了发生热裂解温度区域(545K以上),未见特征污染物产生。通过挤出注塑成型工艺,可制备废线路板非金属物料填充增强聚丙烯复合板材,其主要力学性能符合相关制品行业标准,最优化参数为:30%添加量,助剂为1%硅烷偶联剂、1%润滑剂、1%抗氧化剂、5%改性剂。研究成果为废线路板机械物理技术的提升和新工艺的开发提供了理论基础,并为其他层压复合材料类废弃物资源化处理技术提供了方法参考。
【图文】：

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我国各类电子电器产品的产生量、进出口量和消费量均快速稳步增长，电子信息类产品产生量增长速度高于传统家用电器，如计算机和手机产品（见图 1.1）。图1.1 主要类别电子电器产品年产生量情况第08期段华波：基于加热改性处理的废线路板资源化过程及作用机制研究 B027-53-7

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属和塑料；电路板含有铅、锌、锡、金、银、钯和铂等金属元素；手机电池一般为可充电锂电池，含有质量分数约 20%的钴金属材料。图1.2 废旧手机主要材料清单废电路板废电路板具有较高的资源化价值，包含了有色金属和稀贵金属近 20 种，所含金属品位相当于普通矿物中金属品位的几十倍甚至上百倍，1t 电路板中含有80~1500g 金和 160~210kg 铜，其相当于我国金矿品位的 20~370 倍（4.14g/t，，我国金矿平均品位①）、铜矿品位的 20~30 倍（0.87%，我国铜矿石的平均品位）[11]。1.2.3.2 危害特性电子废物中含有的对人体和生态环境等产生危害的物质或元素。目前要求电器电子产品中限量或限制的物质类别包括铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、六价铬（Cr6+）、多溴联苯（PBB）、多溴联苯醚（PBDEs）和多氯联苯（PCBs）。① 资料来源：中国矿业网. http://www.chinamini
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X76

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