废弃电器电子产品回收处理项目建设的若干要点

2012-05-20陈利杨敬增丁涛

再生资源与循环经济 2012年4期

陈利，杨敬增，丁涛

（中国电子工程设计院，北京 100840）

1 废弃电器电子产品概况

1.1 电子工业的发展及废弃物增长

随着社会经济的飞速发展，人民生活水平逐步提高，家用电器的普及率逐年增大。任何一种电子电器产品都将最终被废弃而面临处理处置问题，随着环保法规的逐步完善，人们环境意识的逐渐增强，废旧家电合理管理问题越来越引起人们的广泛重视。目前，我国已成为世界家电生产及消费大国，各种家电大量进入千家万户，其社会保有量持续增加。据统计,中国家电业目前已是超过6 000亿元市场规模的成熟产业，国际通用的家电使用年限如表1。

表1 国际通用的家电使用年限

据业内人士介绍，老旧家电能耗比新家电高20％～30％。使用8年以上的家用电器，不但耗电而且存在众多安全隐患。实际上家用电器的使用寿命为：电视30 000 h，冰箱10年，洗衣机8～9年。目前我国正处于电子电器产品大量更新换代及大批量生产阶段。

自20世纪80年代末期，中国家用电器逐步普及，生产量持续增加，废弃量也在逐年递增。据商务部统计：仅从2009年9月—2010年2月底，家电“以旧换新”试点的7省2市，总计回收“四机一脑”达800万台。此外，每年还有大量的手机、复印机、传真机、打印机等电子产品报废淘汰。随着电子技术的飞速发展，越来越多的技术尖端的、性能更好的、功能更全的电子产品被使用，几乎涉及人们生活的各个方面。同时也导致废旧电子产品数量的急速增长[1]。

1.2 废弃电器电子产品对环境的影响

废弃电器电子产品制造材料成分复杂，含有铅、铬、镉、汞等多种重金属和有毒有害物质，如果不经过科学的拆解和回收处理，不仅会污染土壤、地下水和大气环境，还会直接或间接地危害人体健康。电冰箱和空调器的制冷剂氯氟烃（CFCs）和保温层中的发泡剂氢氯氟烃（HCFCs）都属于损耗臭氧层物质（ODS），随意丢弃废旧冰箱（包括冰柜和商用冷冻机）和空调器中的制冷剂及保温材料会直接破坏大气臭氧层[2，3]。

废弃电器电子产品壳体等塑料对环境的污染不应被忽视。据估算，电脑和电视机中塑料的平均质量比例约为23％～25％。这些塑料中聚氯乙烯（PVC）约占26％。PVC中的一些有毒添加剂和增塑剂，可能渗出或气化，部分添加剂会干扰生物内分泌，增加致癌风险，一旦燃烧将产生二恶英和呋喃，具有极强的毒性和致癌性，目前在很多领域不再用PVC作为原料，使用其他聚合材料代替PVC，如PE，PP，PU，ABS等。大多数聚合物的阻燃性远低于PVC，为此，通常向塑料配方中加入阻燃剂，一般是含溴元素的有机化合物，如聚溴化二苯醚（PBDE）和聚溴联苯（PBB），这类阻燃剂会引起人体内分泌的干扰，诱发神经系统的损害，还有可能增加消化及淋巴系统致癌的危险[4]。最近的研究发现，人类乳汁中聚溴化二苯醚（PBDE）的含量每5年增加1倍。

1.3 资源紧缺与变废为宝

我国出口大国的地位，使得机电产品出口量巨大，大量的资源特别是有色金属和钢铁随着产品流向国外。自2004年以来，钢材产品出厂价格持续上涨，铜、铝等有色金属出厂价格涨幅较高，给一向以低价拼抢市场的中国家电企业带来一个很大的难题。目前，冰箱原材料上涨了29.5％，空调原材料上涨了32％，家电行业的生产成本大幅上升。在下游家电产品供大于求的情况下，企业只能压缩利润空间，而难以通过相应幅度提价的方式化解原材料涨价的压力，中国家电企业进入高成本、低利润困境中。在资源相对缺乏的情况下，采用国际上通行的循环经济准则，根据资源输入减量化，延长产品和服务使用寿命，利用废弃物成为再生资源等3个原则，把经济活动组织成“资源—产品—再生资源—再生产品”的循环流动过程，是家电行业可持续发展的绿色之路。

2 废弃电子产品处理建设项目的投资与规模

2.1 基本规模

建设废弃电子产品处理项目涉及工艺方案、建设内容、占地面积、建筑面积等多项工程设计要素。对此，中国电子工程设计院循环经济研究所结合制订相关标准规范，在国内外进行了大量调查、研究，分析大量的废弃电器电子产品处理企业规模情况，认为现阶段一般废弃电器电子产品处理企业的处理规模在2万t（约合整机60～70万台/年）左右为宜。根据《废弃电器电子产品回收处理管理条例》第五条“国家对废弃电器电子产品实行多渠道回收和集中处理制度”的精神。今后的处理企业将走向更加规模化道路，当然这需要有一个过程。

2.2 处理能力与占地面积

推荐国内新建处理企业的处理能力和占地面积的关系，见表2。

表2 不同类型的工程项目总用地面积

3 废弃电器电子产品处理中的几个关键点

3.1 冰箱处理

3.1.1 氯氟烃（CFCs）、氢氯氟烃（HCFCs）、氢氟烃（HFCs）的危害

在距地面20～30 km的平流层，存在着臭氧层，其中臭氧的含量占这一高度空气总量的十万分之一。臭氧层的臭氧含量虽然极其微少，却具有非常强烈的吸收紫外线功能，可以吸收太阳光紫外线中对生物有害的部分（UV－B）。由于臭氧层有效地挡住了来自太阳紫外线的侵袭，才使得人类和地球上各种生命能够存在、繁衍和发展。臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了天窗，导致太阳对地球紫外线辐射增强。大量紫外光照射进来，严重损害动植物的基本结构，降低生物产量，使气候和生态环境发生变异，特别是对人类健康造成重大损害。美国科学家指出，北美洲上空平流层臭氧含量在最近5年内减少了约百万分之一，皮肤癌症患者就多达50万人。紫外辐射增强，将打乱生态系统中复杂的食物链，导致一些主要生物物种灭绝。大量紫外线辐射还可能降低海洋生物的繁殖能力，扰乱昆虫的交配习惯，并能毁坏植物，特别是农作物，使地球的农作物减产2/3，导致粮食危机[5]。

3.1.2 冰箱中CFC含量

冰箱中有两处含CFCs，分别存在于制冷系统和绝热层内，后者的CFCs是作为聚氨酯的发泡剂使用的。表3是瑞士白色家电处理体系SENS的技术负责人Erhard Hug博士领导的小组通过实验统计的数据。

表3 冰箱含CFC数据表g

从表3可以看出，冰箱绝缘层含CFCs的量超过冰箱制冷系统含量的2倍，如果只对冰箱制冷系统CFCs进行收集、处理，实际上只完成冰箱所含CFCs三分之一的收集处理，因此对冰箱绝缘层进行处理是非常必要的。处理绝缘层不仅设备复杂，投资大，而且所回收的物质价值不高，需要相关的处理补贴。

3.1.3 冰箱绝缘层典型处理过程

废弃冰箱经输送带运到拆解线进行拆解，将冰箱内的存储盒、隔板、密封条等拆除，按材质分别存放。图1为冰箱绝缘层典型处理过程，通过CFC回收机将废弃冰箱中的油和冷却回路中CFC同时抽取出来，并迅速进行气态、液态物质分离（油/CFC）。为避免破碎隔热层的发泡材料时溢散出CFC气体，破碎需在封闭式的负压处理设备中操作。废冰箱壳体通过提升机送至粉碎机进料口，一级破碎机将冰箱壳体等破碎成大块，二级破碎机将大块进行破碎。破碎料通过振动输送机送到电磁分选机将破碎料中钢铁去除。三级破碎机进一步破碎，使聚胺脂发泡材料内氟利昂气体从发泡材料中更多地排出。三级破碎后，再经过涡流分选机将金属和非金属分开。金属颗粒再通过旋流器分选物料，分出铜和铝。聚胺脂的颗粒经过压块机压制成所需的块，便于运输和再利用。经处理后聚胺脂发泡材料中的CFC-R11残留量＜0.2％/kg，这是目前欧盟标准中对CFC回收的要求值。虽然我国现行标准中还未对冰箱绝缘层处理后所含CFCs的残余量作明确数值规定，但随着废弃电器电子产品处理补贴的逐步落实，这一数值规定会出台，因此在建新的废弃冰箱处理项目时，一定要切实做完整的、真正的、全过程的处理。

图1 冰箱绝缘层典型处理过程

3.2 废弃阴极射线管（CRT）处理

3.2.1 阴极射线管（CRT）组成及危害

阴极射线管保证了电视机和显示器的视觉效果，是必不可缺的显示器件。屏玻璃由钡锶玻璃构成，内表面涂有荧光粉，锥玻璃由含铅玻璃组成，通过含铅玻璃焊料（低熔点玻璃粉含铅75％左右）将三部分封接在一起。为防止X射线的辐射，阴极射线管在制造配方中加入一定比例的氧化铅。铅金属如果被人体吸收，会造成对神经系统、血液系统、心血管系统、骨骼系统等方面的多种终生性危害。玻璃中的铅在酸雨作用下会渗入地下水，不但毒害动植物和微生物，还会进入人类生物链。目前在我国很多废旧电器电子产品的集散地仍在丢弃废显像管、显示器，如仍延续将会对环境造成很大破坏[6]。

3.2.2 处理废阴极射线管（CRT）存在问题

目前国内基本上采用热应力（热爆带）处理方式处理废阴极射线管（CRT），可以实现不含铅的屏玻璃与含铅的锥玻璃分离。但含铅的锥玻璃如何处置成为现在国内各处理企业的难题。发达国家已在研究实施含铅锥玻璃及混合玻璃碎片（锥和屏玻璃的混合物）可作为助熔剂用于陶瓷工业，也可用作冶炼造渣剂。也有将锥玻璃及混合的玻璃碎片送到专门的冶炼厂提炼铅，再将剩余的不含铅的碎玻璃做填充材料，以减少废阴极射线管处理不当，造成对环境的影响。中国电子工程设计院和国内炼铅企业对做造渣剂的研究已有一定进展。

3.3 废弃印制电路板（PCB）处理

3.3.1 印制电路板（PCB）组成及危害

印制电路板（Printed Circuit Board-PCB）是各种电子电器产品的核心部件，在计算机、手机等产品中更是占据主导地位。一方面，废弃PCB含有大量可回收的贵金属、有色金属、黑色金属、塑料、树脂等。另一方面，废弃PCB中含有害的重金属（如铅、汞、六价铬、镉等）和含溴阻燃剂等有害物质[7，8]，处理不当可对水、大气、土壤等环境造成长期潜在且不可恢复性危害。表4示出废PCB及主要元器件有害物质情况。

表4 废印制电路板及主要元器件含有害物质

表4并没有完全地列出所有的元件，因为几乎任何电子或电器元件都可以安装在印制电路板上。因此，对废弃PCB进行高效处置，不仅可以回收大量有价资源，实现资源的循环利用，而且降低对环境和生态的破坏，保护环境。

3.3.2 废弃印制电路板处理中问题

目前常用的PCB处理方法有：机械处理、化学处理、冶炼焚烧处理等方法。考虑价值的因素，对金属的回收再利用已成为废PCB处理的重点，对其中的高分子热固性材料的再利用相对较少。

机械处理方法在国内得到广泛的应用。在第一次破碎为较大块后用磁选机去除黑色金属；剩余的部分进一步破碎成颗粒。可以是两次破碎，也可以采用三次破碎，通过再次磁选去除黑色金属,再通过涡流、振动、静电等多台分选机进行分离，从而得到各种单一的原材料。由于水力摇床设备简单易操作，投资少，在南方各省作为分选设备应用较多。在提取铜后的PCB废渣中，残余铜含量问题（欧盟规定为1％）应须特别注意，否则会对环境造成二次污染。合格废渣主要为玻璃布和环氧树脂粉，可用于塑木、托盘和室外座椅栏杆等。如果含有重金属铜，会对将来这些产品报废时处理带来困难。

化学法处理废印制电路板采用专用剥离和电解回收设备，提取贵重金属。基本原理是利用废印制电路板当中的绝大多数贵金属（包括金等贵金属和其他稀贵金属）能在硝酸、王水或特定的溶液等强氧化性介质中溶解而进入液相的特性，使绝大部分贵金属进入液相而与电路板当中的其他物质材料分离，再从液相中分别回收金等贵金属和其他稀贵金属。化学处理方法会产生废液、废水，处理费用高，规模不够时，无法维持整个运行。

焚烧方法处理PCB时，防止二恶英产生是关键问题。二恶英的毒性是沙淋的2倍，氰化钾的1 000倍，为目前毒性最强的剧毒物。即使在很微量的情况下，长期摄取便可引起癌症等症状，国际癌症研究中心已将它列为人类一级致癌物。含氯的高分子化合物如聚氯乙烯等在适宜温度并在氯化铁、氯化铜的催化作用下与O2，HCl反应，通过重排、自由基缩合、脱氯等过程生成二恶英。二恶英在高温下大部分会分解，如炉温高于800℃、且烟气在炉内停留时间大于2 s时，约99.9％的二恶英会分解。被高温分解的二恶英在烟气中的氯化铁、氯化铜等催化作用下与烟气中的HCl在200～500℃范围内又会重新组合生成二恶英类。因此，采用焚烧方法处理PCB时必须严格遵守规定的焚烧炉温度和烟气在炉内停留时间，同时严格控制铜、氯的含量，最大限度地减少二恶英产生。电子元器件越来越小型化是一种不断发展的趋势，它们含有更少量的贵金属和其他金属，因而可回收的部件量将不断减少。废弃印制电路板处理发展趋向是将印制电路板直接送去熔炼厂冶炼，可以解决非金属颗粒处置的问题，但必须特别重视冶炼焚烧处理时产生二恶英问题。