從廢印制電路板元器件中分離電容器的方法

邢云霞，劉景洋，郭楊，郭玉文，付曉恒

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012）

廢印制電路板上的電子元器件中因含有有毒有害物質(zhì)如鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、六價(jià)鉻（Cr6+）、多溴聯(lián)苯（PBB）、多溴聯(lián)苯醚（PBDE）、多氯聯(lián)苯（PCB）以及有耗臭氧層的物質(zhì)，在金屬回收前需預(yù)先處理[1]。電容器中含有鎘、多氯聯(lián)苯等有害物質(zhì)[2]，并且還含有電解液，破碎后容易造成物料的粘連，對(duì)回收金屬造成困難和污染。目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者在對(duì)于拆解電子元器件方面進(jìn)行了大量的研究[3-12]。但在電容器與其他元器件分離方面研究尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。針對(duì)該問(wèn)題，采用篩分與磁選相結(jié)合的物理方法，對(duì)電容器與其他元器件分離進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

挑選50塊具有代表性的廢印制電路板，采用文獻(xiàn)［13］配置2 mol/L左右的硝酸溶液浸泡廢印制電路板的方法剝離元器件，收集剝離下來(lái)的插槽、電容器、貼片、接口等元器件，沖洗干凈并風(fēng)干后作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 元器件成分分析

取適量的元器件用液氮冷凍后，用重型粉碎機(jī)（德國(guó)Retch，SM2000）破碎，過(guò) 4 mm 篩子，再次冷凍、破碎，過(guò)1 mm篩子，采用文獻(xiàn)［14］王水加高氯酸的方法消解樣品。消解后，過(guò)濾、定容。用原子吸收光譜儀（日立Z-2000）分析溶液中金屬離子的濃度。

1.2.2 元器件篩分

將風(fēng)干后的元器件在振動(dòng)篩（Retsch AS200振幅3.00 mm/”g”，間隔時(shí)間 30 s，時(shí)間 2 min）上用 19 mm，9.5 mm，4 mm 3個(gè)方形孔篩子[15]分批篩分，收集各個(gè)粒度范圍內(nèi)的元器件，稱重。

1.2.3 磁選與篩分相結(jié)合分離電容器

將元器件平鋪，選用 15.2×10.2×2.5（cm）的方形磁鐵，調(diào)整磁鐵下表面與元器件的距離（簡(jiǎn)稱磁矩），在水平方向上移動(dòng)磁鐵，將強(qiáng)磁性元器件和弱磁性元器件與極弱性元器件分離開(kāi)，并稱重。

用寬度為8 mm的條形篩篩分元器件，收集篩上物和篩下物，稱重。

1.2.4 磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量

用高斯計(jì)（上海亨通磁電科技有限公司，HT201）測(cè)量距離磁鐵表面不同距離范圍內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 主要元器件的尺寸及金屬含量

表1為幾種主要元器件中14種金屬百分含量對(duì)照表。

表1 幾種主要元器件中金屬百分含量對(duì)照表 ％

由表1可知，7種主要元器件中，銅線繞阻中Fe含量最高，高達(dá)57.47％，為強(qiáng)磁性元器件；其次是電容器，F(xiàn)e含量為2.09％，為弱磁性元器件；其他種類的元器件Fe的含量很低，為極弱磁性元器件。由此可見(jiàn)，可以根據(jù)元器件磁性的不同將電容器與其他種類的元器件分離開(kāi)。對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)，8種金屬總量只占電容器質(zhì)量的3.63％，其回收價(jià)值不高。插槽、大接口、銅線繞阻、芯片4大類元器件金屬含量能達(dá)到20％～90％以上。貴金屬Ag主要存在于貼片中。

表2為過(guò)不同孔徑篩網(wǎng)得到的元器件種類及質(zhì)量?！埃尽北硎緸楹Y上物，“＜”表示為篩下物。

由表2可知，經(jīng)過(guò)篩分后，50％以上的元器件與電容器得到分離，篩分效果很明顯。電容器的分布具有明顯的尺寸分布特征，主要分布在9.5～19 mm和4.0～9.5 mm范圍內(nèi)，其質(zhì)量為1 910 g，占元器件總量的15.57％。

表2 各粒度范圍內(nèi)元器件的質(zhì)量

2.2 分離4.0～9.5 mm和9.5～19.5 mm范圍內(nèi)的電容器

2.2.1 磁選和篩分相結(jié)合分離9.5～19 mm范圍內(nèi)的電容器

首先，將磁矩控制在4～5 cm的范圍內(nèi)（由高斯計(jì)檢測(cè)此時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度大約為20.19～24.56 mt）進(jìn)行一次磁選，含鐵部分主要為銅線繞阻類的強(qiáng)磁性類元器件（見(jiàn)圖1b），將剩余元器件過(guò)8 mm的條形篩，篩上物主要為電容器（見(jiàn)圖1c），篩下物主要為芯片和引腳（見(jiàn)圖 1d）。

表3為條形篩分離9.5～19 mm范圍內(nèi)電容器的分離效果表，“＞”表示為篩上物，“＜”表示為篩下物。

表3 條形篩分離9.5～19 mm范圍內(nèi)的電容器

由表3可知，磁選后的元器件過(guò)8 mm條形篩篩分后，電容器全部集中在篩上物，除此之外，篩上物中還有少量電池槽、破碎的插槽及接口 ，比例為12.17％。篩下物主要為芯片和引腳，具有回收價(jià)值。

2.2.2 磁選分離4～9.5 mm范圍內(nèi)的電容器

將磁矩控制在0～2 cm范圍內(nèi)進(jìn)行磁選，含鐵部分主要為弱磁性的電容器（見(jiàn)圖2b），其余部分主要為芯片和引腳類極弱磁性元器件（見(jiàn)圖2c）。

表4為磁選分離4.0～9.5mm范圍內(nèi)的電容器分離效果表。

表4 磁選分離4.0～9.5 cm范圍內(nèi)的電容器

由表4可知，當(dāng)磁矩＜2 cm時(shí)，磁選出的含F(xiàn)e部分的電容器占總電容器量的92.93％，并含有少量其他破碎的開(kāi)關(guān)、插槽等，其回收價(jià)值不高，一并與電容器作為危廢處理。

2.3 討論

（1）采用8 mm寬的條形篩對(duì)9.5～19 mm范圍內(nèi)的元器件進(jìn)行篩分，篩上物中含有12.17％的非電容器，其仍具有一定的回收價(jià)值，為進(jìn)一步提高金屬回收量，需要在今后的研究中尋找更好的方法將其分離出來(lái)。

（2）對(duì)4.0～9.5 mm范圍內(nèi)的元器件進(jìn)行磁選，有7.07％的電容器未被磁選出，主要是由于電容器前端的引腳脫落，不能被磁鐵吸附，在今后的研究中可以考慮減短浸提實(shí)驗(yàn)時(shí)間或者加入某種藥劑，以防止電容器前端引腳的脫落。

3 結(jié)論

（1）廢印制電路板元器件經(jīng)過(guò)篩分，50％以上的元器件與電容器得到分離。

（2）廢印制電路板元器件經(jīng)過(guò)篩分發(fā)現(xiàn)，電容器具有明顯的尺寸分布特征，主要分布在9.5～19 mm和4.0～9.5 mm 2個(gè)粒度范圍內(nèi)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別占到該粒度范圍內(nèi)元器件質(zhì)量的28.6％和56.78％。

（3）采用磁選和條形篩相結(jié)合的方法分離9.5～19 mm范圍內(nèi)的電容器，首先是強(qiáng)磁性的銅線繞阻被磁鐵磁選出，剩余元器件用8 mm寬條形篩進(jìn)行篩分，電容器全部位于篩上物中，篩下物主要為芯片和引腳。采用磁選的方法分離4～9.5 mm范圍內(nèi)的電容器，可以將92.93％的電容器分離出來(lái)。

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