CN101362143A - 一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺及装置 - Google Patents

Abstract

一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺及装置，在密封的液体导热介质存在的体系中，将焊有电子元器件的待处理的废弃印刷电路放入设有多个滤孔的转体内，浸没在导热介质中，升温至焊锡熔化，待温度恒定后，使转体旋转进行离心固液分离，焊锡从滤孔中泄出沉积在底部，冷却成锭，电子元器件也相应的脱离废弃印刷电路板。一种无环境污染、低能耗、高效率回收废弃印刷电路板焊锡的方法，并为其它金属的高效回收创造良好的条件。

Description

一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺及装置

技术领域

本发明属于废弃电子电器产品资源回收与再利用技术领域，涉及一种回收废弃印刷电路板焊锡的新工艺。

背景技术

本发明是针对目前大量的废弃印刷电路板(printed circuit board，PCB)研究开发的回收其中焊锡的工艺。众所周知，随着经济和电子信息产业的迅速发展，电子电器产品更新换代日益加剧，产品使用年限缩短，导致大量的电子产品被废弃。废弃印刷电路板是电子废弃物的重大组成部分，它的回收处理已成为亟需解决的全球性问题。废弃印刷电路板上含有大量的焊锡，具有宝贵的回收利用价值，焊锡的回收处理已成为废弃印刷电路板回收中的一个重要课题。目前，对废弃印刷电路板中焊锡的回收已有一些研究，但至今还没有一种合理的方法能够满足大规模的工业回收，因此，焊锡的回收是当今废弃印刷电路板回收技术中的难题之一。

国内，专利号为ZL200620070833.6公开了一种采用油作为加热介质对焊锡进行加热，再通过超声波振动去除电路板的焊锡，从而把电路板上的元器件拆卸下来的方法。此方法使用的装置是对电路板逐块进行处理的，通过超声波的作用使焊锡脱落，目的是为了最大限度分离和循环再利用废弃印刷电路板上的电子元器件，这套装置满足不了大规模废弃印刷电路板的回收利用，因而存在一定的局限性。专利号为03157516.1公开了一种废弃印刷电路板的电子元件、焊料的分拆与回收方法及装置。该回收方法是通过热风加热将电路板的所有焊点至熔融状态后，通过紧贴着待处理电路板下表面的机械滚刷沿电路板运动反方向滚动，借助滚刷上的刷毛的机械力把电路板上的电子元件扫下，并被滚刷旁边的强力吸头吸入松动和散落的电子元件和焊料合金。此方法采用连续的热风加热电路板和强力吸头的作用会导致大量能量损耗；采用滚刷去除焊锡的局限性在于待处理的电路板需将有焊料的一面面向滚刷，回收效率较低，且有的电路板双面都有焊锡，很难将焊锡回收完全。

国外，加拿大研究人员McKesson Jr.等提出了“通过加入强碱提高溶液的pH值以增强溶解锡的能力和加入其它金属离子的络合剂使这些金属离子在溶液中处于可溶解状态，然后用电镀方法从上述溶液中回收锡和其它金属”的工艺技术；英国研究人员Gibson.等提出了“用含有Ti(IV)的酸液处理废弃电路板使锡或含锡和含铅的合金溶解为Sn(II)和Pb(II)，然后通过电积的方法把锡离子和铅离子还原为金属锡和铅而回收。上述用湿法冶金回收焊锡的方法不但能耗高，而且产生的三废处理难度大、成本也高。

日本NEC公司开发了一套自动拆卸废弃印刷电路板中电子元器件的装置，这种装置包括两个加热单元和两个去除元部件单元，第一个去除单元装备由冲击推进器和PCB回动臂，第二个去除单元装备剪切推进器。PCB板首先在空气中以超过焊料熔点的温度加热70秒，主要的部件在第一个去除单元通过推进器和机械臂的冲击力移除，剩余部分在第二个加热单元中在同样的温度下再加热30秒，所有的剩余部件和焊料被一个剪切推进器去除。这种装置主要利用红外加热和两级去除的方式(分别利用垂直和水平方向的冲击力作用)使穿孔元件和表面元件脱落，不会造成任何损伤。然后再结合加热、冲击力和表面剥蚀技术，使电路板上96％的焊料脱焊，用作精炼铅和锡的原料。此项技术以空气作为加热介质，热利用率相对偏低，须提高温度使电路板受热均匀从而使得焊锡脱落完全，且在空气中加热电路板会使一些有毒元素挥发，从而造成环境污染，需要进行密闭处理和有毒物质的处理。

德国FAPS公司一直在研究废弃印刷电路板的自动拆卸方法，采用与电路板自动装配相反的原则进行拆卸，先将废电路板放入加热的液体中融化焊料，再用一种具有传送手臂的机械装置根据构件形状分拣出有用的构件。这种方法的主要目的是为了自动拆卸废弃印刷电路板中的电子元部件，从而分拣出有价值的电子元器件再次循环利用，但是对于其中焊锡的回收研究不全面。

奥地利维也纳工业大学的Zebedin等人提出了半自动的拆卸单元。这个单元由四个计算机和若干个可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，包括一个视觉系统，一个传输系统，一个去除焊锡系统和一个机械人系统。视觉系统通过一个高质量的图像探测系统将芯片分为贵重的、环境有害的、和其他三大类。前两种芯片通过一个混合去焊锡-机器人工艺去除。去除焊锡系统用来去除表面贴装部件(Surface Mounted Devices，SMD)，其他复杂的连接则由机器人系统去除。拆卸完后，机器人系统也可以收集元部件并传送到后面的处理系统。这个拆卸系统采用高科技手段来拆卸废弃印刷电路板，目的是使电子元件和基板分离，从而回收其中有价值的元部件；其中的去除焊锡系统只是处理一部分部件，并没有全面考虑焊锡的回收问题。

此外，还有一种采用颗粒撞击印刷线路板的颗粒碰撞操作法，以颗粒对元器件的碰撞使元器件和线路板分离；还有人提出先用电烙铁将废弃印刷电路板上的焊锡熔化，再用刷子将表面的焊锡清除等。这些方法的局限性均在于不适合投入大规模的回收利用，且效率极低。

现在，废弃印刷电路板焊锡的回收技术处于可行性研究阶段，其发展受技术和经济等多方面的制约。因此，有必要综合考虑环保、节能、设备和工艺等方面的因素，找到一种适合大规模回收废弃印刷电路板焊锡的有效方法。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种无环境污染、低能耗、高效率回收废弃印刷电路板焊锡的方法，并为其它金属的高效回收创造良好的条件。

本发明目的还在于提供上述工艺方法所使用的简单、方便的装置。

本发明的工艺在于，在密封的液体导热介质存在的体系中，将焊有电子元器件的待处理的废弃印刷电路板放入设有多个滤孔的转体内，浸没在导热介质中，升温至焊锡熔化，待温度恒定后，使转体旋转进行离心固液分离，焊锡从滤孔中泄出沉积在底部，冷却成锭；电子元器件也相应的脱离废弃印刷电路板。

在密封的液体导热介质存在的体系上部设置有冷却装置，对导热介质的挥发物进行冷凝和回流。

所述的恒定温度为220℃～300℃。

旋转速度控制在800rpm～1000rpm。

旋转时间5-20min，旋转方式为间歇式旋转。

导热介质采用柴油、煤油、石蜡油、甲基硅油中一种。

本发明的装置，包括密封容器、旋转轴，容器内设有可旋转的空心转体，空心转体上设置了滤孔，空心转体与伸出容器外的旋转轴相连，容器上部设置有冷却装置。

所述的冷却装置为一冷却水套，设置于容器的顶部，套装在旋转轴上，并带有一进水管，出水管。

所述的空心转体为空心圆柱体，在它侧面和底面设有均匀的滤孔。

因目前，无论是采用高温熔炼方法还是湿法冶金流程回收废弃电路板中的金属，焊锡的回收都十分困难，焊锡的存在都会对其它金属回收的过程不利。因此，现有的废弃电路板中的焊锡回收技术的研究也没有突破。而本发明采用油作为加热介质将焊锡熔化后，利用固液离心分离的方式将焊锡从废弃印刷电路板中分离出来，且离心是利用离心力使液体和固体分离的最有效方法之一。根据这一思路，我们设计了一套无环境污染、低能耗、高效率回收废弃印刷电路板焊锡的工艺及装置。

本发明的处理方式是将焊有电子元器件的待处理的废弃印刷电路板装入空心转体中，然后使空心转体完全浸没在液体导热介质中，升温至焊锡熔化，废弃印刷电路板上的焊锡此时已经成为液态，待温度恒定后使空心转体快速旋转数分钟，焊锡由于离心作用从废弃印刷电路板基板上脱离，并从滤孔中迅速泄出；因为离心导致导热介质在不锈钢容器中产生一个漩涡，分离出的焊锡随着这个漩涡聚集在一起，沉积在容器底部，冷却后成锭；随着焊锡的去除，电子元器件也相应的脱离废弃印刷电路板。这样，既简单又高效地实现了对废弃印刷电路板焊锡的分离回收。

本发明装置的结构特点在于：

为了防止在分离过程中导热介质的挥发以及对环境造成污染，在介质液面上部设置了一个冷却水套和密封套，冷却水套的存在使得导热介质挥发物升至冷却水套部位时被冷凝液化并且回流，此外还降低了体系的蒸汽压，保证体系的安全操作；密封套是采用动密封的机械原理使得体系与外部隔离，转动轴通过密封套正常工作。本发明设计了一个轻型的转体。转体为空心圆柱体，在它的侧面和底面设计了均匀的滤孔，其目的是当电机带动转鼓高速旋转时，鼓内熔化的焊锡依赖离心力的作用，由滤孔迅速泄出，电路板基板和电子元件则留在转体内。

本发明与已有的技术相比具有以下优点：

1.整个回收过程在密封体系中进行，没有二次污染。

2.工艺简单、易于控制条件、适合废弃印刷电路板大规模的回收。

3.回收效率高。将废弃印刷电路板置入转鼓后，温度控制在220℃～300℃之间的某一个温度，旋转速度控制在800rpm～1000rpm，旋转时间只需10min左右，采取间歇式旋转，废弃印刷电路板上的焊锡能够脱落完全。

4.在本回收工艺中，电路板基本没有裂解，整个过程没有化学反应参与，没有有害物质产生。

5.导热介质采用柴油、煤油、石蜡油、甲基硅油等其中之一。由于受热均匀，废弃印刷电路板的焊锡容易在短时间内去除；去除的焊锡由于处于油介质中，不会与废弃印刷电路板或者电子元器件粘附在一起。

6.能量利用率高。由于采用加热液体的方式，热传导效率高，能量损耗相对较小。

7.采用带筛孔的圆柱形转鼓进行离心处理废弃印刷电路板，易于过滤，作业时间短。

附图说明

图1为回收废弃印刷电路板焊锡装置设备示意图。

图标号：1.电机　2.密封套　3.冷却装置　4.旋转轴

　　　　5.导热介质　6.不锈钢密封容器　7空心.转体　8-滤孔

图2为实施例1废电路板脱锡实验

图3为实施例2废电路板脱锡实验

图4为实施例3废电路板脱锡实验

图5为实施例4废电路板脱锡实验

具体实施方式

本发明具体的实施过程为

1.将带有电子元器件的废弃印刷电路板装入带有滤孔8的空心转体7中，使空心转体7内装满废弃印刷电路板。

2.将下部不锈钢密封容器6与上部冷却装置3的冷却水套3用法兰盘连接，使得连接面密封。

3.装好装置后，通冷却水，升温至焊锡熔点以上，然后开动电机1，使电机1带动空心转体7快速旋转，旋转数分钟后停止实验。旋转方式可为一次性旋转、间歇式旋转(即在总旋转时间一定的条件下，采取均匀分次旋转)。

4.待体系冷却后，在容器底部取出成块焊锡，从空心转体7中取出去除焊锡的废弃印刷电路板基板和脱落下来的电子元器件。

由以下实施例实验结果可知，当体系温度升至220℃以上(优选为220℃～300℃)时，电路板上焊锡即可熔化，通过离心作用能将其分离开来。

考虑到使电路板基板裂解前将焊锡去除，以及能量利用等多方面的因素，我们做了多因素的实验，实验得出以下优选条件：在转速约为800～1000rpm的条件下，温度控制在240℃～260℃，旋转时间5-20min(最优选为10min)，旋转方式为间歇式旋转(分2-4次均匀旋转)，即可将废弃印刷电路板上的焊锡基本去除完全。发明人还做了多次的定量实验，即用新的有焊孔的电路板基板焊上一定量的焊锡，在上述条件下进行实验，实验结果表明，实验的焊锡回收率将近100％。

实施例1

装入废电路板，油温为235℃，旋转5分钟，结果如图2所示：

实验结果：部分电子元件脱落，但有大量电子元件附在电路板上；部分锡脱落，但焊孔中仍有部分锡残留。

实施例2

装入样品后，油温为240℃，旋转两次共10分钟，结果如图3所示：

实验结果：大部分电子元件脱落，但仍有电子元件附在电路板上；大量锡脱落，但焊孔中仍有少量锡残留。

实施例3

装入样品后，油温为240℃，旋转三次共15分钟，每次旋转前加热至240℃稳定，结果如图4所示：

实验结果：大部分电子元件脱落，但还有极少电子元件附在电路板上；大量锡脱落，但焊孔中仍有极少量锡残留。

实施例4

装入样品后，油温控制为240℃，旋转四次共10分钟，每次旋转前加热至240℃稳定，结果如图5所示，实验结果：电子元件全部脱落；锡完全脱落，焊孔中无焊锡残留。

Claims (9)

1、一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺，其特征在于，在密封的液体导热介质存在的体系中，将焊有电子元器件的待处理的废弃印刷电路放入设有多个滤孔的转体内，浸没在导热介质中，升温至焊锡熔化，待温度恒定后，使转体旋转进行离心固液分离，焊锡从滤孔中泄出沉积在底部，冷却成锭，电子元器件也相应的脱离废弃印刷电路板。

2、根据权利要求1所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺，其特征在于，在密封的液体导热介质存在的体系上部设置有冷却装置，对导热介质的挥发物进行冷凝和回流。

3、根据权利要求1或2所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺，其特征在于，所述的恒定温度为220℃～300℃。

4、根据权利要求3所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺，其特征在于，旋转速度控制在800rpm～1000rpm。

5、根据权利要求4所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺，其特征在于，旋转时间5-20min，旋转方式为间歇式旋转。

6、根据权利要求4所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的工艺，其特征在于，导热介质采用柴油、煤油、石蜡油、甲基硅油中一种。

7、一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的装置，其特征在于，包括密封容器(6)、旋转轴(4)，容器(6)内设有可旋转的空心转体(7)，空心转体(7)上设置了滤孔(8)，空心转体(7)与伸出容器外的旋转轴(4)相连，容器上部设置有冷却装置(3)。

8、根据权利要求7所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的装置，其特征在于，所述的冷却装置(3)为一冷却水套，设置于容器的顶部，套装在旋转轴上，并带有一进水管，出水管。

9、根据权利要求7所述的一种高效回收废弃印刷电路板焊锡的装置，其特征在于，空心转体(7)为空心圆柱体，在它侧面和底面设有均匀的滤孔(8)。

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