CN102211103A

CN102211103A - 一种采用电弧等离子体热解废电路板的方法

Info

Publication number: CN102211103A
Application number: CN2010101429637A
Authority: CN
Inventors: 袁方利; 白柳杨; 李晋林; 曹宏斌
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明提供一种利用电弧等离子体处理废弃电路板的方法，包括：(1)将待处理的废电路板粗碎，放置在电弧等离子体弧区域；(2)废电路板在电弧等离子体弧区域热解，等离子体工作气为氮气和氢气组成的混合气体；(3)热解油冷凝收集，热解气进入尾气收集系统；(4)分离热解残渣回收金属。本发明还包括相应的电弧等离子体装置。本发明设计的三相交流电弧等离子体连续性好，能量高，成本低，便于操作和维护，用于废弃电路板热解有助于得到热量回收利用价值高的燃料和提高金属分离回收效率，同时不产生二次污染。

Description

一种采用电弧等离子体热解废电路板的方法

技术领域

本发明是关于热解废电路板的方法。更详细地说，本发明涉及一种采用电弧等离子体对废电路板进行资源化处理的方法。本发明中，采用氢等离子体有助于得到高质量的热解气，废电路板的热解气体产物为热量回收利用价值高的可燃气体，处理后的固体残渣中可回收金属与玻璃纤维之间结合疏松，很容易实现分离。

技术背景

随着信息科学技术的高速发展，越来越多的电子产品已经进入人们的生产和生活，而且，更新换代年限不断缩短，被淘汰的电子产品数量大幅增长。其中，印刷电路板(Printed CircuitBoards，PCB)是电子产品的重要组件，是一种热固性复合材料，由覆铜薄板压制而成，主要成分约为15％环氧树脂、30％玻璃纤维、22％金属，其中含有贵金属金、银、钯及有色金属铜、锌等，铜的含量高达26.8％。在我国，目前具有清洁生产工艺特点的PCB资源化处理工艺相对较少，较多采用简单机械处理、酸溶、或者冲天炉焚烧等方式回收PCB中的贵金属和有色金属，而这两种方法对从业人员身体健康和环境安全都构成了严重威胁。如何有效处理废电路板，并从电子垃圾中提取回收有价金属，同时避免二次污染已成为当前研究的热点问题之一。

等离子体具有温度高、能量密度大和活性组分丰富等特点，对固体废弃物中的有机成分进行热解处理时比普通热解技术具有明显的优势。在热等离子体条件下，大部分分子已变成原子、离子态或激发态，这些活性基团，使等离子体具有很高的化学活性，能够使热解反应进行地更快和更彻底。而且，利用等离子体热解过程可以方便地将有机固体废弃物转化成可燃气体或其它化工原料进行回收，同时该过程不产生污染。

发明内容

本发明提出了采用电弧等离子体热解废电路板的新工艺。与传统热解工艺相比较，等离子体中产生的活性粒子，有助于提高热解气的质量。废电路板的热解气体产物为热量回收利用价值高的可燃气体，处理后的固体残渣中可回收金属与玻璃纤维之间结合疏松，很容易实现分离。

三电弧等离子体克服了单电弧放电连续性较差和能量较低的问题。与直流电源相比，交流电源成本较低，便于操作和维护。与三相外电极对中心电极放电的三电弧等离子体设备相比，本发明设计的等离子体装置中三相电极间相互放电电压较高，从而可以产生更大的功率和提供更高的热解温度。

附图说明：

图1为电弧离子体热解设备示意图：①氢气；②氮气；③等离子体弧区域；④电极；⑤系统压力显示；⑥热解液体产物；⑦气泵；⑧冷凝水进水口；⑨冷凝水出水口

图2为三相交流电弧等离子体资源化处理废电路板的工艺流程图

下面结合附图和实例对该工艺进行详述。

1，三相交流电弧等离子体设备。用来热解废电路板的三相交流电弧等离子体设备图见附图1。热解装置包括三个电极及与其相连接的三相交流电源、气体输送系统、冷却系统和样品收集系统。采用石墨棒作为电极，聚四氟乙烯作为电极绝缘外套，三个电极交流电间相位差为120°，各电极相互放电产生稳定的非平衡电弧等离子体。电弧等离子体的温度可以通过电源功率调节，电源输出最大功率为16kW，热解炉腔体内的反应气氛通过引入不同的气体来实现，可以为氧化气氛、惰性气氛或者还原气氛。起弧后通过透明的玻璃进气管可以看到起弧后等离子体射出的白色强光，说明等离子体弧能够稳定运行且能够为热解提供必要的温度条件。

2，热解废电路板流程。采用三相交流电弧等离子体资源化处理废电路板的工艺流程图见附图2。首先将待处理的废电路板进行粗碎，使其尺寸达到50mm以下。通过连续或者间歇加料方式将粗碎后的废电路板加入到电弧等离子体区域。通过流量计控制输送气体经反应器上端的进气孔送入等离子体弧区域，待气氛平衡后，通过短路放电的方式引燃等离子体弧。热解产物沿反应器底部的刚玉管导出，液体经冷却在广口瓶中被收集，气体经气泵被收集，热解后固体产物间歇收集。采用气象色谱对热解气体产物进行分析，结果显示，当引入氢气后，非燃烧组分CO₂的体积分数减少直至消失，热解气体产物主要由C₂H₄、C₂H₆、C₃H₆、H₂、CH₄、CO等可燃气体组成，从而提高了热量回收利用的价值。热解后的剩余残渣质量为热解前的60％，印刷金属线与基板之间的结合已经非常松散，经简单破碎后就可采用各种分选方法回收其中的金属和非金属成分。

具体实施方案：

实例1：

将粗碎至50mm以下尺寸的废电路板放置在等离子体弧区域，通过流量计控制输送气体经反应器上端的进气孔送入等离子体弧区域，通入氮气，氮气流量维持5L/min，待气氛平衡后，通过短路放电的方式引燃等离子体弧，热解开始。热解产物沿反应器底部的刚玉管导出，液体经冷却在广口瓶中被收集，气体经尾气抽风被收集。系统压力通过尾气抽风调节，通过与系统相连接的U形管显示，实验过程维持系统压力为20mm水柱。热解气体产物中非燃烧组分CO₂的体积分数超过20％，处理后的固体残渣中可回收金属与玻璃纤维之间结合疏松，很容易实现分离。

实例2：

将粗碎至50mm以下尺寸的废电路板放置在等离子体弧区域，通过流量计控制输送气体经反应器上端的进气孔送入等离子体弧区域，首先通入氮气，5min后通入氢气同时继续通入氮气，待气氛平衡后，通过短路放电的方式引燃等离子体弧，热解开始。此过程中氮气流量维持5L/min，氢气流量维持5L/min，热解产物沿反应器底部的刚玉管导出，液体经冷却在广口瓶中被收集，气体经尾气抽风被收集。系统压力采用尾气抽风调节，通过与系统相连接的U形管显示，实验过程维持系统压力为20mm水柱。热解气体产物中非燃烧组分CO₂的体积分数低于2％，处理后的固体残渣中可回收金属与玻璃纤维之间结合疏松，很容易实现分离。

实例3：

其他条件与实例2同保持一致，将热解过程中氢气的流量维持10L/min。热解气体产物中非燃烧组分CO₂的体积分数接近1％，处理后的固体残渣中可回收金属与玻璃纤维之间结合疏松，很容易实现分离。

实例4：

其他条件与实例2同保持一致，将热解过程中氢气的流量维持18L/min。热解气体产物中非燃烧组分CO₂的体积分数接近1％，处理后的固体残渣中可回收金属与玻璃纤维之间结合疏松，很容易实现分离。

Claims

1.一种采用电弧等离子体热解废电路板的方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)将待处理的废电路板加入电弧等离子体弧区域；

(2)废电路板在电弧等离子体弧区域热解处理；

(3)热解油经水冷收集，热解气经气泵进入尾气收集系统；

(4)分离热解残渣回收金属。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，热解前对废电路板进行粗碎。

3.根据权利要求1所述热解方法，其特征在于，热解工作气为氮气和氢气的混合气体，混合气体从热解装置顶部加入，混合气体中氢气的体积分数为0-80％。

4.根据权利要求1所述电弧等离子体热解废电路板的方法，其特征在于，包括了电弧等离子体热解装置，该装置由三个电极及与电极相连接的电源、气体输送系统、冷却系统和样品收集系统组成。

5.根据权利要求4所述的热解装置，其特征在于，与电极连接的电源为三相交流电源，三相交流电相位差为120°，三电极间相互放电产生等离子体弧。