CN109365487B - 一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电路板回收领域，具体公开了一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，包括破碎、浸泡以及超声波清洗三个步骤，通过本发明的工艺，可以高效节能清洗电路板中环氧涂层且成本较低。
Description
技术领域
本发明属于电路板回收领域，具体涉及了一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺。
背景技术
印刷电路板是所有电子设备的核心，随着电子设备的更新换代，废旧电路板的产生也越来越多。由于废旧电路板中含有大量有色金属和贵金属，具有很高的回收价值，被喻为“城市矿山”。电路板的基板主要由树脂、玻璃纤维以及铜箔组成，基板上固定有大量的电子元件，电子元件的引脚通常为铁质，在拆除电子元件后，引脚容易粘附在基板上，铜箔是依靠环氧树脂粘合剂粘接在基板上的，为了更好的实现金属铜回收，需要将它们剥离开来，也就是对印刷电路板中的环氧涂层进行清洗。现有技术中，可以通过热解、气化、熔融盐处理以及超临界流体法等方式可以实现清洗，其具体原理为破坏环氧树脂及玻璃纤维结构，使其分解为小分子物质，进而实现印刷电路板的解离回收。
其中，热解法是指在无氧或缺氧条件下对电路板进行加热蒸馏，从中提取燃料油和可燃气，虽然可以较高程实程度现能源的回收利用，但热解过程中会产生遮蔽性烟雾、Br2和HBr气体、二噁英类等有毒有害物质。气化法则可以避免上述问题的产生，通过高温直接将固化树脂和玻璃纤维气化，但气化法对于设备的要求较高，投资大且能耗高。
熔融盐处理法通过高温热稳定的熔融盐作为反应介质，分解固化树脂和玻璃纤维，实现金属和非金属的分离，同时避免处理过程中有害气体的排放，有效实现铜箔的回用。但仍存在玻璃纤维及其他金属回收率低、熔融盐重复利用率低、设备要求很高、投资大、成本高等问题。
超临界流体法则是利用超临界流体迅速将电路板上的有机物氧化，实现固化树脂的分解，但是这种处理技术也有很大的缺陷：分解产物被萃取至流体相，进而回收铜箔及玻璃纤维，但萃取所需要的压力、温度都较高，对设备要求高且能耗较大，且萃取过程中还需加入夹带剂，对环境有一定危害。因此，超临界流体法目前尚无应用于印刷电路板的实际处理装置中。
基于上述问题，发明人研发了一种成本较低且可以高效节能清洗电路板中环氧涂层的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本较低且可以高效节能清洗电路板中环氧涂层的废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺。
为达到上述目的，本发明的基础方案为：一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能工艺，包括以下步骤：
A、破碎
将废旧电路板放入破碎装置中进行破碎；
B、浸泡
将破碎后的电路板放入强碱性或强酸性溶液中浸泡5-10h；
C、超声波清洗
取出浸泡过的电路板，放入超声波清洗器中，处理5min-15min。
本基础方案的工作原理以及有益效果在于：
1、步骤A中，对电路板进行破碎，减小电路板的尺寸，在浸泡时，可以增大电路板和强酸性或强碱性溶液的接触面积，使得浸泡效果更佳。
2、步骤B中，通过强酸性或强碱性溶液对电路板的长时间浸泡，分解环氧涂层，进而达到铜箔和玻璃纤维的分离。
3、由于步骤B中浸泡过程中，电路板存在未完全和强酸性或强碱性溶液接触并反应的情况，因此步骤C通过超声波对电路板进行进一步清洗。
4、本工艺中，对电路板的处理设备要求不高，且所用设备都较为常规，设备成本较低，且仅需要超声波清洗器工作较短时间，不需要使用能耗较高的设备，较为节能。通过强酸性或强碱性溶液浸泡后，不会产生遮蔽性烟雾等有毒有害物质，且使用过的溶液都可以进行回收利用，较为环保。
进一步，步骤A中，将电路板破碎成长1.2-1.8cm、宽0.8-1.2cm的块状。
有益效果：避免电路板粉碎后尺寸过大，在步骤B中不能和强酸性或强碱性溶液充分接触反应，导致清洗效果不好。也避免电路板粉碎后尺寸过小，电路板上的金属层容易在粉碎过程中变成粉末，不易收集，同时影响其分离的完整性。本工艺中，将电路板破碎成较小的块状，既可以和强酸性或强碱性溶液充分接触反应，也可以避免产生过多的金属粉末。
进一步，步骤B中，选用浓度为2N-6N的氢氧化钠溶液。
有益效果：由于强酸性溶液会对电路板上的一些元件产生腐蚀，影响到分离出的铜箔的完整性。因此相比之下，强碱性溶液可以较好的清除环氧涂层，也可以保证铜箔的完整性，得到较好的分离效果，因此，选用氢氧化钠溶液。
避免氢氧化钠溶液浓度过低，对环氧涂层的清除效果不好。也避免氢氧化钠溶液浓度过高，所使用的氢氧化钠量过大，增加成本。
进一步，步骤C中，在超声波清洗器中加入温度为30℃-40℃的水，将步骤B得到的电路板放入超声波清洗器中进行超声处理。
有益效果：避免水浴处理的温度过高，电路板上的溴化阻燃剂等物质发生反应产生有毒有害气体。
进一步，步骤B中，氢氧化钠溶液选取浓度为5N，浸泡时间为8h。
有益效果：通过氢氧化钠浓度和浸泡时间的相配合，在保证较好的环氧涂层脱除效果以及较高的铜箔完整率的同时，用时较短，简单、高效且环保。
进一步，步骤C中，超声处理时间为5min，超声频率为55-65Hz。
有益效果：通过超声频率的调整，减少超声处理时间，清洗的效率更高。
附图说明
图1为本发明实施例1中使用的破碎装置的正向剖视图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为图1的左视剖视图；
图4为图1中B-B向的向视图，箭头表示通过硬质管排出的气体流向；
图5为图1中B-B向的向视图，箭头表示通过吸气孔吸取的气体流向。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：破碎箱1、破碎辊2、筛板3、活塞桶4、活塞杆5、出气管6、硬质管7、扩口段8、缩口段9、吸气孔10、主动齿轮11、第二从动齿轮12、凸轮13、连杆14、转轴15、进气管16。
本发明一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺实施例的各参数如表1所示：
表1
现以实施例1为例，对本发明一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺进行说明。
实施例1：
一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，包括以下步骤：
A、破碎
将废旧电路板放入破碎装置中进行破碎，破碎为长1.2-1.8cm、宽0.8-1.2cm的块状，每块重量在2g-5g之间；
B、浸泡
将破碎后的电路板放入浓度为5N的氢氧化钠溶液中浸泡8h；
C、超声波清洗
取出浸泡过的电路板，放入超声波清洗器中，超声波清洗器的型号为舒美牌KQ-250DE台式数控超声波清洗器。在超声波清洗器中加入温度为35℃的水，启动超声波清洗器，超声处理5min，超声频率为60Hz。
步骤A中，使用到的破碎装置如图1所示，包括破碎箱1，破碎箱1内从上至下依次设有破碎辊组、筛板3以及活塞桶组，破碎箱1位于筛板3下方的侧壁上固定有磁块。
结合图3所示，破碎辊组包括两个相向转动的破碎辊2，破碎辊2转动连接在破碎箱1上，破碎辊2的两端均贯穿破碎箱1的侧壁并延伸至破碎箱1外，破碎辊2内均设有冷却腔，破碎辊2一端的端面圆心处转动连接有进气管16，破碎辊2另一端的端面圆心处转动连接有出气管6，机架上固定有用于储存有高压冷气储气箱，进气管16远离破碎辊2的一端和储气箱连通。进气管16内设有气体流量控制阀。
图1中左侧的破碎辊2上位于破碎箱1内固定有主动齿轮11，右侧的破碎辊2上固定有与主动齿轮11啮合的第一从动齿轮，主动齿轮11和第一从动齿轮的传动比为1:1。破碎箱1外固定有电机，电机的输出轴和左侧的破碎辊2通过皮带传动。
筛板3滑动连接在破碎箱1内，筛板3上端固定有连杆14，破碎箱1内位于主动齿轮11下方转动连接有转轴15，转轴15上固定有与主动齿轮11啮合的第二从动齿轮12，主动齿轮11和第二从动齿轮12的传动比为3:1。转轴15上固定有凸轮13，结合图2所示，凸轮13的端面到破碎箱1的右壁距离为10cm。凸轮13上沿其曲线轮廓开设有滑槽，连杆14上端滑动连接在滑槽内。
活塞桶组包括四个活塞桶4，四个活塞桶4分别位于筛板3的四个角，活塞桶4内均滑动连接有活塞，活塞上端固定有活塞杆5，活塞杆5上端固定在筛板3上。活塞桶4下部设有进气孔和出气孔，进气孔内设有进气单向阀，活塞桶4下部气压降低时，外界气体可通过进气单向阀进入活塞桶4内。出气管6均为三通管，图3中出气管6下端贯穿破碎箱1的侧壁并和进气孔连通，且左侧的出气管6和左侧的两个活塞桶4的进气孔连通，右侧的出气管6和右侧的两个活塞桶4的进气孔连通。
出气孔内设有出气单向阀，活塞桶4下部气压升高时，活塞桶4内的气体通过出气单向阀排出。结合图2所示，出气孔处连通有硬质管7，硬质管7远离出气孔的一端倾斜向上。结合图4所示，四根硬质管7远离出气孔的一端倾斜方向如图4中箭头所指，即通过硬质管7排出的气体旋流方向如箭头所示方向。
硬质管7均包括缩口段9以及位于缩口段9两端的扩口段8，缩口段9上均设有吸气孔10，结合图5所示，吸气孔10的吸气端均倾斜向下，且四个吸气孔10的倾斜方向如图5中箭头所指，即通过吸气孔10的吸引导致的气体旋流方向如箭头所示方向。
具体实施过程如下：
将待破碎的电路板投入破碎箱1内，启动电机，电机通过带传动驱动左侧的破碎辊2转动，两个破碎辊2通过主动齿轮11和第一从动齿轮的啮合转动，破碎辊2转动对电路板进行破碎。破碎后的电路板掉落至筛板3上，破碎合格的可以通过筛板3掉落至破碎箱1底部。
打开储气箱，储气箱内的冷气受压力作用排出到破碎辊2内，破碎辊2进行降温，避免破碎辊2高速转动温度过高，一方面延长装置整体的使用寿命，另一方面避免和破碎辊2接触的电路板受高温影响，产生有害气体。气体流量控制阀用于控制进气管16内的气体流量，避免进入冷却腔内的气体过多，造成冷却腔内气压过大。
主动齿轮11转动带动第二从动齿轮12转动，由于主动齿轮11和第二从动齿轮12传动比为3:1，即第二从动齿轮12带动转轴15转动的转速相对破碎辊2降低。凸轮13随转轴15转动，凸轮13和两组成凸轮机构，根据凸轮机构的运动特性，连杆14做上下往复直线运动。筛板3随连杆14上下运动，筛板3上产生振动，避免电路板卡在筛板3内堵塞筛板3。
活塞杆5随筛板3上下运动，活塞杆5向上运动时，活塞桶4下部空间增大，气压减小，抽取破碎辊2内的冷气进入活塞桶4内，降低破碎辊2内的气压，进一步避免冷却腔内气压过大。活塞杆5向下运动时，活塞桶4下部空间减小，气压增大，活塞桶4内的气体通过出气孔排出到硬质管7内。气体经过硬质管7的导向，产生如图4中箭头方向所示的气体旋流，气体吹向筛板3，进一步避免筛板3堵塞，且通过筛板3掉落的电路板受到重力以及气体的双重作用力，使得其中混含的金属粉末被吹起，铁磁性的金属粉末可以被磁块吸引收集，避免电路板掉落至破碎底部后，粉末被压在破碎箱1底部，难以吹起收集。
同时，硬质管7包括缩口段9以及位于缩口段9两端的扩口段8，实质上形成文丘里管结构，根据伯努利原理，气体经过硬质管7的缩口段9时，流速增加，在缩口段9形成负压，抽取破碎箱1底部的气体，在破碎箱1底部形成如图5箭头所示的气体旋流，和通过硬质管7排出的气体所形成的气体旋流方向相反，进一步带动筛板3下方的金属粉末扬起，方便收集。由于缩口段抽取破碎箱1底部的气体通过硬质管7上端排出，破碎箱1下部形成负压，靠近筛板3处的气体受负压作用向下运动，气体在破碎箱1底部做多个方向的运动，使得金属粉末飞扬，方便收集。
本工艺中采用上述破碎装置破碎电路板，具有以下效果：
1、在破碎辊2内设置冷却腔并通入冷气，避免破碎辊2高速转动温度过高，一方面延长装置整体的使用寿命，另一方面避免和破碎辊2接触的电路板受高温影响，产生有害气体，使得本工艺更加环保。
2、通过凸轮机构，使得筛板3上下运动，一方面通过筛板3的振动更加方便筛分，避免电路板卡住筛板3的筛孔；另一方面，带动活塞杆5做上下运动，实现活塞桶4的进气、出气。而设置活塞桶4，一方面抽取冷却腔内的冷气，避免冷却腔内气压过大；另一方面通过活塞桶4排出的气体可对筛板3下方的电路板进一步冷却。通过筛板的筛分，可以筛选出破碎不合格的电路板，对不合格的电路板继续进行破碎，避免电路板粉碎不合格以至于电路板在氢氧化钠溶液中浸泡效果不好，采用本装置，使得电路板的后续处理效果更好。
3、设置硬质管7，通过硬质管7以及缩口段9处吸气孔10的导向，引导气体形成两个方向不同的气体旋流，通过筛板3掉落的电路板受到重力以及气体的双重作用力，使得其中混含的金属粉末被吹起，铁磁性的金属粉末可以被磁块吸引收集，方便回收利用，减少电路板后续处理的时间。
实施例2-6与实施例1的区别仅在于如表1所示的参数不同。
实验：
对比例1-6的参数如表2所示：
表2
| 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
| 溶剂选择 | 氢氧化钠 | 丙酮 | 吐温-80 | 氢氧化钠 | 氢氧化钠 | 氢氧化钠 |
| 浸泡时间(h) | 8 | 8 | 8 | 2 | 8 | 8 |
| 溶剂浓度(N) | 5 | 5 | 5 | 5 | 2 | 5 |
| 超声处理时间(min) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 2 |
| 水浴温度(℃) | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 | 35 |
| 超声处理频率(Hz) | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 |
对比例1与实施例1的区别仅在于未使用本申请提供的破碎装置进行破碎，而是采用专利号为CN201720575378.3所提供的电路板破碎机，对比例2-6均使用本装置提供的破碎装置对电路板进行破碎。对比例2-6与实施例1的区别仅在于如表2所示的参数不同。
选取36块尺寸一致且相同品牌的废旧电路板，并将其分为12组，每组3块电路板，分别在组内编号“1”“2”“3”，进行实验，实验结果如表3所示：
表3
从实施例1-6以及对比例1-6的实验结果可以得出以下结论：
1、通过实施例4-6可以得出：强酸性溶液可以达到较好的环氧涂层脱除效果，但强酸性溶液容易对电路板上的元件造成腐蚀，导致分离出的铜箔不完整，铜箔回收效果不好。
2、实施例1的效果最佳，实施例1在保证较好的环氧涂层脱除效果以及较高的铜箔完整率的同时，用时较短，简单、高效且环保，解决了电路板中铜箔层剥离较困难的问题。
3、对比例1未使用本工艺中使用的破碎装置，其对电路板的破碎效果不好，导致在浸泡过程中，电路板不能和氢氧化钠溶液充分浸泡，在浸泡时无法较均匀的和氢氧化钠溶液接触，导致其环氧涂层的脱除效果不好，同时，在粉碎过程中铜箔破坏率较高，。
4、对比例2-3使用有机溶剂浸泡，效果远不如本发明中使用的强酸性或强碱性溶剂浸泡的效果。
5、对比例4-6分别改变了浸泡时间、溶剂浓度以及超声处理时间三个参数，选取较小值，以达到节约时间以及成本的需求，但对环氧涂层的脱除效果不好。同时，超声处理时间对环氧涂层的脱除效果影响较小，浸泡时间和溶剂溶度对环氧涂层的脱除效果影响较大。
综上，通过实验证明，本发明提供的废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺对环氧涂层的清洗效果较好。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (6)
1.一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、破碎
将废旧电路板放入破碎装置中进行破碎，所述破碎装置包括破碎箱，破碎箱内从上至下依次设有破碎辊组、筛板以及活塞桶组，破碎箱位于筛板下方的侧壁上固定有磁块，破碎辊组包括两个相向转动的破碎辊，破碎辊转动连接在破碎箱上，破碎辊的两端均贯穿破碎箱的侧壁并延伸至破碎箱外，破碎辊内均设有冷却腔，破碎辊一端的端面圆心处转动连接有进气管，破碎辊另一端的端面圆心处转动连接有出气管，机架上固定有储存有高压冷气的储气箱，进气管远离破碎辊的一端和储气箱连通，进气管内设有气体流量控制阀；
一破碎辊上固定有主动齿轮，另一破碎辊上固定有与主动齿轮啮合的第一从动齿轮，主动齿轮和第一从动齿轮的传动比为1:1；破碎箱外固定有电机，电机的输出轴和一破碎辊通过皮带传动；
筛板滑动连接在破碎箱内，筛板上端固定有连杆，破碎箱内位于主动齿轮下方转动连接有转轴，转轴上固定有与主动齿轮啮合的第二从动齿轮，主动齿轮和第二从动齿轮的传动比为3:1，转轴上固定有凸轮，凸轮上沿其曲线轮廓开设有滑槽，连杆上端滑动连接在滑槽内；
活塞桶组包括四个活塞桶，活塞桶内均滑动连接有活塞，活塞上端固定有活塞杆，活塞杆上端固定在筛板上，活塞桶下部设有进气孔和出气孔，进气孔内设有进气单向阀，活塞桶下部气压降低时，外界气体可通过进气单向阀进入活塞桶内；出气管均为三通管，出气管贯穿破碎箱的侧壁并和进气孔连通，出气孔内设有出气单向阀，活塞桶下部气压升高时，活塞桶内的气体通过出气单向阀排出；出气孔处连通有硬质管，硬质管远离出气孔的一端倾斜向上，硬质管均包括缩口段以及位于缩口段两端的扩口段，缩口段上均设有吸气孔；
B、浸泡
将破碎后的电路板放入强碱性或强酸性溶液中浸泡5-10h；
C、超声波清洗
取出浸泡过的电路板，放入超声波清洗器中，处理5min-20min。
2.根据权利要求1所述的一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，其特征在于：步骤A中，将电路板破碎成长1.2-1.8cm、宽0.8-1.2cm的块状。
3.根据权利要求1所述的一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，其特征在于：步骤B中，选用浓度为2N-10N的氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，其特征在于：步骤C中，在超声波清洗器中加入温度为30℃-40℃的水，将步骤B得到的电路板放入超声波清洗器中进行超声处理。
5.根据权利要求3所述的一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，其特征在于：步骤B中，氢氧化钠溶液选取浓度为5N，浸泡时间为8h。
6.根据权利要求1所述的一种废旧电路板中环氧涂层的高效节能清洗工艺，其特征在于：步骤C中，超声处理时间为5min，超声频率为55-65Hz。
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