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废弃印刷线路板的资源化回收技术研究

作　者: 徐敏
导　师: 李光明
学　校: 同济大学
专　业: 环境科学
关键词: 废弃印刷线路板 资源化 机械回收 流态化分选 水热处理
分类号: X705
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


层出不穷的信息技术创新与持续膨胀的市场需求加速了电子产品的更新换代,产生了大量的电子废弃物。日益增长的电子废弃物给地球生态环境带来巨大威胁,成为现代文明社会急需解决的问题。作为电子工业的基础元件,印刷线路板广泛地应用于各种电子设备中。随着大量废弃电子电器的不断产生,废弃印刷线路板数量也显著增长。废弃印刷线路板中金属的高回收价值与有毒有害物质的潜在危害性使得对其进行资源化回收和安全处置具有十分重要的意义。论文围绕废弃印刷线路板的资源化回收过程展开研究。建立了包括拆卸、破碎、分选等过程在内的环境友好且经济可行的机械物理回收工艺,实现了线路板中金属和非金属材料的分离与回收利用,并进一步尝试了采用水热技术回收处理线路板基材的研究。在分析线路板结构和界面特性的基础上,选择高速锤式粉碎机实现线路板的破碎与解离。采用筛分分析和显微镜观察破碎产物的方法来研究线路板的破碎解离特性。结果表明:在高速锤头的作用下,当粉碎机出料粒度为2.0 mm时,线路板中近80%的金属集中分布在0.125-1.0 mm粒级物料中,以玻璃纤维增强树脂为主要成分的非金属材料集中分布在0.50 mm以下的颗粒中。金属的解离程度随颗粒粒度减小而增大,主要金属在0.80 mm粒级以下基本解离。线路板在冲击破碎过程中发生了选择性破碎,便于后续的物理分离。在自行设计的气固流态化装置上进行线路板粉碎料中金属和非金属的分离与富集研究。分析了破碎产物中金属和非金属颗粒因密度不同在床层中表现出的不同流化分离状态。根据颗粒在流化床中分离的特点分别采用气流分选和低气速下流态化分选两种不同操作形式进行分离研究,在实验中考察了气速、物料装填量等条件对金属分离回收效果的影响。对0.125-0.80 mm物料进行气流分选,调节合适操作参数,不仅得到品位较高的金属富集体,而且总金属回收率超过90%。0.50 mm以下的物料流化现象良好,对0.25-0.50 mm和0.074-0.25 mm两个粒级物料采用流态化分选技术,在静床层高径比1.2,分选时间5 min的条件下,当操作气速分别为0.424 m/s和0.226 m/s时,两个粒级物料的总金属回收率均超过90%。论文分析了目前线路板中非金属材料的处置现状并且比较了回收利用技术。研究了将非金属粉末作为填料填充塑料的物理回收利用工艺。实验以一定粒度的非金属粉末填充聚丙烯塑料制得复合板材,考察了粉末粒径、填充量、改性剂及用量对复合材料力学性能和物理性能的影响。结果表明:细粒径粉末填充的材料具有较好的力学性能;马来酸酐接枝聚丙烯能显著增强填料和树脂基体的界面粘结力,提高材料的综合力学性能。由线路板非金属粉末填充所制得的板材具有密度小、吸水率低、硬度高的特点,其力学性能与常规滑石粉和碳酸钙填料制得的复合材料相当,可望有较好的应用前景。在间歇反应器中考察了线路板基材的水热分解行为。采用GC-MS,HPLC,SEM,TOC等分析手段对液相和固相产物进行定性和定量分析。线路板基材在240-400℃的高温水热条件下发生降解反应,分解生成包括苯酚、甲酚、对异丙基苯酚等在内的液相产物,同时得到主要成分是玻璃纤维和分解残余物的固相产物。研究以苯酚、邻甲酚、对甲酚和对异丙基苯酚为目标产物,考察了催化剂浓度、温度、时间、溶液体积等因素对苯酚类物质总产率的影响,确定了适宜的反应条件。并且根据基材树脂的分子结构和水热反应产物,初步探讨了线路板基材树脂的水热分解途径。为了探知基材树脂中的溴阻燃剂在水热条件下的降解行为,选择2-溴酚作为模型化合物,研究了2-溴酚在250-350℃的高温液态水中的降解反应和动力学。结果表明:升高温度和添加碱性物质能显著提高反应的脱溴率。在实验范围内,2-溴酚在0.1M碳酸钠溶液中的降解可以用一级反应方程式表达,反应的活化能为114.7 kJ/mol。研究为采用水热技术回收处理电子废弃物中含卤塑料提供了依据。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
目录  11-16
第1章 绪论  16-46
  1.1 电子废弃物及其生态环境问题  16-21
    1.1.1 电子废弃物概况  16-20
      1.1.1.1 分类  17
      1.1.1.2 材料组成  17-18
      1.1.1.3 主要特点  18-20
    1.1.2 电子废弃物的生态环境风险  20-21
  1.2 国内外电子废弃物的环境管理和回收利用  21-27
    1.2.1 欧盟国家  21-23
    1.2.2 日本  23
    1.2.3 美国  23-24
    1.2.4 中国  24-27
  1.3 电子废弃物资源化策略与回收工艺  27-29
    1.3.1 电子废弃物资源化策略  27-28
    1.3.2 适合我国国情的电子废弃物回收利用工艺路线  28-29
  1.4 废弃印刷线路板资源化研究现状  29-37
    1.4.1 线路板的基本组成  30-31
    1.4.2 废弃印刷线路板回收处理技术  31-36
      1.4.2.1 基板上电子元件的拆卸技术  31-32
      1.4.2.2 热处理技术  32-33
      1.4.2.3 化学处理技术  33-34
      1.4.2.4 机械处理技术  34-36
      1.4.2.5 生物处理技术  36
      1.4.2.6 超临界流体技术  36
    1.4.3 回收技术发展趋势  36-37
    1.4.4 资源化技术研究存在的问题  37
  1.5 废弃线路板非金属材料的回收利用技术  37-40
    1.5.1 物理回收  38
    1.5.2 化学回收  38-39
    1.5.3 回收技术分析  39-40
  1.6 水热技术在废旧高分子材料回收方面的研究和应用  40-43
  1.7 研究内容和技术路线  43-46
    1.7.1 课题来源和研究意义  43
    1.7.2 研究内容  43-44
    1.7.3 技术路线  44-46
第2章 废弃印刷线路板的破碎与解离研究  46-60
  2.1 废弃印刷线路板的结构和界面特性  46-48
  2.2 实验材料与方法  48-51
    2.2.1 实验材料和设备  48-49
    2.2.2 实验方法  49-50
    2.2.3 分析方法  50-51
      2.2.3.1 筛分分析  50
      2.2.3.2 金属含量分析  50-51
  2.3 结果与讨论  51-57
    2.3.1 线路板的破碎特性  51-55
    2.3.2 线路板中金属的解离特性  55-57
  2.4 破碎过程中的二次污染与防治  57-58
  2.5 本章小结  58-60
第3章 线路板粉碎料中金属的流态化分离与回收  60-92
  3.1 分离理论基础  60-68
    3.1.1 重力分选  60-62
    3.1.2 气固流化床中颗粒的分离  62-68
      3.1.2.1 高气速下的颗粒分离  63-65
      3.1.2.2 低气速下的流态化分离  65-68
  3.2 气流分选富集回收金属研究  68-83
    3.2.1 实验材料与方法  68-70
      3.2.1.1 实验装置  68-69
      3.2.1.2 实验方法  69
      3.2.1.3 评价指标  69-70
    3.2.2 结果与讨论  70-83
      3.2.2.1 线路板粉碎料的流化分离特性  70-72
      3.2.2.2 不同粒级物料的气流分选结果  72-78
      3.2.2.3 操作条件对分选效率的影响  78-83
  3.3 流态化分选回收线路板粉碎料中金属的研究  83-90
    3.3.1 实验装置与方法  83-84
      3.3.1.1 实验装置  83
      3.3.1.2 实验方法  83-84
    3.3.2 结果与讨论  84-90
      3.3.2.1 物料的最小流化速度  84-85
      3.3.2.2 金属的轴向浓度分布  85-87
      3.3.2.3 影响金属混合与分离的因素  87-89
      3.3.2.4 流态化分选实验结果  89-90
  3.4 本章小结  90-92
第4章 废弃线路板非金属材料的回收利用研究  92-112
  4.1 实验材料与方法  93-97
    4.1.1 实验材料  93
    4.1.2 实验设备  93
    4.1.3 实验方法  93-97
      4.1.3.1 复合板材的制备  94
      4.1.3.2 复合板材的性能测试及表征  94-97
  4.2 结果与讨论  97-109
    4.2.1 复合材料的力学性能  97-104
      4.2.1.1 粒径的影响  98
      4.2.1.2 填料含量的影响  98-100
      4.2.1.3 改性剂的影响  100-104
    4.2.2 复合材料的物理性能  104-107
      4.2.2.1 表观和密度  104-105
      4.2.2.2 硬度  105-106
      4.2.2.3 维卡软化温度  106
      4.2.2.4 吸水性能  106-107
    4.2.3 复合材料的微观形貌分析  107-109
  4.3 复合材料的应用前景分析  109
  4.4 本章小结  109-112
第5章 废弃印刷线路板基材的水热分解过程研究  112-138
  5.1 实验材料与方法  112-116
    5.1.1 实验材料和仪器  112-113
    5.1.2 实验方法  113-114
      5.1.2.1 基材的热重分析  113
      5.1.2.2 基材的水热分解  113-114
    5.1.3 分析方法  114-116
      5.1.3.1 气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析  114-115
      5.1.3.2 HPLC分析  115
      5.1.3.3 碳含量分析  115-116
    5.1.4 考察指标  116
      5.1.4.1 树脂分解率  116
      5.1.4.2 酚类物质产率  116
  5.2 线路板基材的热重分析  116-118
    5.2.1 线路板基材中的树脂  116-117
    5.2.2 基材的热重分析曲线  117-118
  5.3 线路板基材的水热产物分析  118-125
    5.3.1 液相产物  118-123
    5.3.2 固相产物  123-125
  5.4 影响基材树脂水热分解的因素  125-128
    5.4.1 反应温度  125-126
    5.4.2 反应时间  126
    5.4.3 添加剂  126-128
  5.5 水热处理线路板基材回收苯酚类物质的研究  128-133
    5.5.1 苯酚类产物的HPLC分析  128-129
    5.5.2 反应条件对苯酚类物质产率的影响  129-133
  5.6 树脂分解过程和机理探讨  133-135
  5.7 本章小结  135-138
第6章 高温碱水中溴阻燃剂模型化合物的降解研究  138-146
  6.1 实验材料与方法  138-139
    6.1.1 实验材料  138
    6.1.2 实验方法  138-139
    6.1.3 分析方法  139
  6.2 结果与讨论  139-145
    6.2.1 脱溴影响因素  139-141
      6.2.1.1 温度和时间  139-140
      6.2.1.2 碱性物质  140-141
    6.2.2 分解动力学  141-143
    6.2.3 反应路径  143-145
  6.3 本章小结  145-146
第7章 结论与展望  146-150
  7.1 结论  146-147
  7.2 展望  147-150
致谢  150-151
参考文献  151-158
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果  158

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 固体废物的处理与利用
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