廢棄電路板預(yù)分離焊錫處理技術(shù)研究

王旭1，張洪建1,2，皇甫延琦1，張堯燁1

(1.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116;

2. 江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

摘要：針對廢棄電路板金屬回收處理工藝的優(yōu)化研究，基于環(huán)境工程專業(yè)視角，提出處理廢棄電路板之前預(yù)分離焊錫金屬的方法，通過使用數(shù)控氣氛爐等裝置進行多次實驗，確定控制加熱溫度250℃、加熱時間5min可以實現(xiàn)預(yù)分離焊錫金屬的最佳狀態(tài)，從而減少后續(xù)提取其他金屬的技術(shù)復(fù)雜度，提高金屬綜合回收效率，有助于工業(yè)化處理廢棄電路板，實現(xiàn)資源循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：廢棄電路板；焊錫；預(yù)分離；技術(shù)；研究

收稿日期：2014-05-23

作者簡介：王旭(1991-)，男，本科，環(huán)境工程。

通訊作者：張洪建(1970-)，男，博士，研究方向：電子廢棄物資源化回收。

中圖分類號：X76文獻標識碼： A

現(xiàn)有的廢棄電路板資源化回收技術(shù)主要有機械破碎法、火法、熱解法、濕法等，這些處理工藝成本往往較高，且技術(shù)內(nèi)容復(fù)雜，處理電路板過程中存在著不同程度的污染問題，實際生產(chǎn)中難以有效應(yīng)用[1~2]。針對廢棄電路板的研究一般集中于貴金屬的提取回收，專門研究電路板表面焊錫性質(zhì)并進行實驗，研究其對電路板金屬分離回收影響的論著較少。如何高效、清潔、低成本回收廢棄電路板中的焊錫至今仍是廢棄電路板資源回收技術(shù)中的難題之一。若不解決廢棄電路板中焊錫的回收問題，既不能實現(xiàn)資源循環(huán)利用，也不利于其他金屬的回收。因此，廢棄電路板中的焊錫回收也是一個必須解決的技術(shù)問題[3~4]。

1基礎(chǔ)實驗研究

1.1實驗原理簡介

印刷電路板是由樹脂、玻璃纖維、高純度銅箔、印制元件及電子元器件組成的復(fù)合材料[5]。電路板由焊錫、基板和眾多電子元器件組成，且電子元器件主要以表面安裝形式或通孔插裝的形式通過焊錫安裝在基板上。電路板中錫鉛金屬占金屬總量的15.38%，且主要存在于電路板表面的焊錫中[6~8]。焊錫中的錫熔點231.89℃、鉛熔點327.50℃，具有相對其他金屬“低熔點”的特點，能夠在一定溫度、時間條件下率先熔出，實現(xiàn)提前分離，可以為后續(xù)金屬銅等物質(zhì)提取回收提供較大便利，有利于工業(yè)化生產(chǎn)處理，具有較大的潛在利用價值[9]。

1.2實驗器材

KBF11Q型數(shù)控氣氛爐，廢棄電路板，生物柴油，油浴鍋，坩堝鉗等。

1.3實驗研究的創(chuàng)新點

(1)研究廢棄電路板錫鉛金屬賦存狀態(tài)及其高溫解離機理；

(2)根據(jù)錫鉛金屬低熔點的物理特性，研究在分離其他貴金屬之前通過氮氣氣氛高溫加熱工藝實現(xiàn)其與基板的有效預(yù)分離，為后續(xù)銅、鋁等金屬的分離提純減化工藝流程和降低難度；

(3)研究廢棄電路板在不同處理條件下基板成分變化規(guī)律及通過分析實驗數(shù)據(jù)得到實現(xiàn)廢棄電路板中焊錫有效預(yù)分離的最佳溫度和時間條件。

摘要1.4實驗技術(shù)流程

實驗時選取一定面積且其表面焊錫分布較均勻的廢棄電路板，經(jīng)過初步簡單拆解，去除電路板表面形狀較大的電子元器件做其他利用[10]。將初步處理后的電路板置于油浴鍋且浸入已經(jīng)加好的生物柴油中，再將油浴鍋置于數(shù)控氣氛爐內(nèi)(工作時，氣氛爐可隔絕空氣，保持氮氣氛圍)，關(guān)閉爐門，設(shè)置不同控制條件下時間與溫度對應(yīng)的數(shù)控程序，進行焊錫與電路板的預(yù)分離過程。由于已裂解的電路板不利于后續(xù)其他金屬的提取，實驗時應(yīng)嚴格控制過程的進行。處理完成后，對電路板焊錫點數(shù)量的前后變化進行統(tǒng)計分析，從而得出不同影響因素對電路板焊錫分離的影響效果，最后分析實驗結(jié)果并交流討論。

1.5實驗數(shù)據(jù)分析處理

(1)實驗時選取10*10cm2的電路板(初步切割處理)，設(shè)置加熱時間5min，加熱溫度分別選取200、210、220、230、240、250和260℃的條件下，探究溫度對電路板焊錫回收的影響，實驗數(shù)據(jù)見表1，分析圖見圖1。

(2)實驗時選取10*10cm2的電路板(初步切割處理)，設(shè)置加熱溫度250℃，加熱溫度分別選取1、3、5、7和9min的條件下，探究溫度對電路板焊錫回收的影響，實驗數(shù)據(jù)見表2，分析圖見圖2。結(jié)合表1和表2的實驗數(shù)據(jù)，對比處理軟件做出的圖1和圖2，可以得出實驗因變量與自變量的變化對應(yīng)關(guān)系。

表1　溫度條件對電路板焊錫金屬回收的正交實驗結(jié)果

表2　加熱時間條件對電路板焊錫金屬回收的正交實驗結(jié)果

2基于多因素分析的溫度、時間對焊錫分離率的影響結(jié)果分析與討論

2.1溫度變化對電路板焊錫分離率的影響

加熱溫度是焊錫分離回收的重要影響因素，它決定焊錫熔融的程度。一定條件下，實驗溫度越高，液態(tài)焊錫的黏度越小，流動性越好，越易從廢棄電路板中分離。因此，在保持廢棄電路板不發(fā)生裂解的條件下，實驗溫度應(yīng)盡可能高。由表1和圖1分析可知溫度為200℃和210℃時，電路板上大部分焊點處有焊錫殘留，錫鉛只有少部分得以分離；溫度為220℃、230℃和240℃時，電路板上焊點處焊錫殘留逐漸減少，規(guī)律為隨著溫度的升高，焊錫的殘留率降低；溫度為250℃和260℃時，電路板上焊點處幾乎無焊錫殘留，表明焊錫分離較好接近最佳溫度值，但在260℃時，基板出現(xiàn)裂解情況，不利于后續(xù)其他金屬的回收。因此，選取250℃為焊錫預(yù)分離的最佳溫度。

2.2加熱時間對電路板焊錫分離率的影響

加熱時間是焊錫分離回收的另一個重要影響因素，加熱時間過短電路板表面的焊錫不能得到充分分離，時間過長導(dǎo)致電路板發(fā)生裂解反應(yīng)，進而影響電路板金屬回收的效率。由表2和圖2分析可知，實驗時取1min和3min，加熱時間過短，焊錫沒有加熱完全，導(dǎo)致分離回收時效率不高；時間取5、7和9min時，由于加熱充分，錫鉛回收率大幅度提高，規(guī)律為隨著加熱時間增長，焊點的分離率增加。但是7min和9min時基板已經(jīng)開始裂解，不利于后續(xù)其他金屬的提取。因此，選取5min是焊錫預(yù)分離回收的最佳加熱時間。

3結(jié)語

廢棄電路板組成成分復(fù)雜、種類繁多，其回收被公認為工程領(lǐng)域中相當(dāng)復(fù)雜的難題[11]。實驗發(fā)現(xiàn)，電子元器件和焊錫的分離回收對于提高廢棄電路板的金屬回收利用率有很好的促進作用，表現(xiàn)在兩點：一是經(jīng)過預(yù)分離后，基板與電子元器件可以分別進行處理，進而為后續(xù)其他金屬回收過程降低技術(shù)難度與處理成本，提高了金屬回收利用率。二是焊錫的預(yù)分離消除了其對廢棄電路板其它金屬特別是貴重金屬回收帶來的不便[12]。廢棄電路板焊錫金屬的分離回收可使大量的焊錫得到重新利用，更重要的是減少焊錫中含有的鉛對生態(tài)環(huán)境可能帶來的潛在危害，對于改善人類的生存環(huán)境、資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

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Research on the Technology of Pre-separating the Solder

from Waste Printed Circuit Boards

WANG Xu1,ZHANG Hong-jian1,2,HAUNGPU YAN-qi1,ZHANG Yao-ye1

(1.School of Environment Science and Spatial Informatics,CUMT,Xuzhou Jiangsu 221116 China)

Abstract：The optimal research on the technology of recovering metals from waste printed circuit boards was done.The method of pre-separating the solder was suggested.Many tests were done using different devices such as CNC atmosphere furnace to look for the most optimal condition of solder separation.The 250℃ of heating temperature and 5 minutes of heating time could realize the pre-separation of solder from the waste circuit boards.This pretreatment could decrease the difficulty of separating other metals on the boards and increase the recovery rates of metals.

Key words： waste printed circuit boards;solder;pre-separation;technology;study