电子废物知识十一之废电子旧家电废铜材的回收(一)

义薄云天

　废旧家电中金属的含量约占75％。因此，金属成为废旧家电再生利用的主要对象。相对于微电子产品中的金属（包括贵金属和贱金属)回收，废旧家电中的贱金属回收一般采用火法或物理工艺，回收的顺序一般是铁和铁合金-铜-铝-铅、锡等其他金属。
　　4．I铜材的回收 废旧家电中含有大量铜材，主要存在于各类电线、冷凝管、带材、电动机、线路板和电子元器件中。家用电器和电子工业几乎用到铜材的所有品种，其中线材、带材和电解铜箔用量最大。因此，从废旧家用电器中回收铜时，含铜废料的品种和形态较为复杂，在回收利用家用电器中的铜材之前，了解铜材的相关知识是非常必要的。 铜线材是铜材中产量最大、应用面最广的品种，主要用于电线电缆导体、漆包线、镀锡线等。含铜合金线材主要品种是黄铜线(包括普通黄铜线、黄铜扁线、铅黄铜线等)，主要用于于螺丝、五金件、拉链、首饰、自行车条幅等。管材的用途相对集中，主要应用于空凋盘管、冷凝管和给排水管的制造。带材的使用面非常广．主要用于变压器、汽车水箱散热片、电子铜带和普通黄铜带的制造。家用电器所用铜带主要为电子铜带和普通黄铜带。电子铜带是铜铁磷合金．主要用于集成电路插件。牌号为c19200和c1940O的电子铜带，国内用量已经超过1万吨。普通黄铜带主要用于：制造电器、汽车仪表、各种散热片、通讯器材和计算机等的零件以及装饰等。电解铜箔主要用于电子工业制作印刷电路板，该产品要求高．技术难度较大，其发展趋势是超薄和双面处理。随着信息产业的高速发展，其用量越来越大。棒材中最大的品种是铅黄铜棒，主要用于各种机械、电器、五金等零部件的制造，该产品对铜品位要求不高，可用废铜生产。随着铜一次资源的日益枯竭，含铜废料的再生利用问题引起了世界各国的重视。这不仅是因为它的再生回收利用价值高，更主要的是人们对环境保护问题越来越重视，从而加强了对废杂铜的再生利用。
　　西方主要国家是世界铜消费大国，也是废杂铜的产生大国和再生利用大国。西方国家废杂铜的直接利用量较高，但再生铜产量却较低，这是因为西方主要国家环保法规定很严，造成污染时处罚会很重。而再生铜的回收分类、重熔冶炼会造成当地一定程度的污染，促使这些国家的废杂铜往往销往国外，实际上这种做法是污染转移。
　　我国的铜矿资源先天不足．始终不能充分满足国民经济发展的需要。自20世纪80年代以来．国内的铜需求短缺问题一直依靠进口加以补充、解决。正是由于这一点，我国政府和相关企业历来对废杂铜的回收利用十分重视。20世纪90年代以前，国家物资部门和供销社系统就在全国建立广泛的废旧金属和废旧物资回收网络，并将废杂铜的回收列入指令性计划。

义薄云天

进入 20 世纪 90 年代以后，随着社会主义市场经济体制的建立和逐步完善及国民经济的持续发展，铜消费规模快速增长，因此对废杂铜的需求大幅增长，并将废杂铜的供给市场由国内扩展到国外。废杂铜的进口量开始逐年增多。国内进口废杂铜的品种主要是 2# 废杂铜、废旧电线、电缆以及大量含铜低的废旧电机等。我国进口的废杂铜主要来自美国、日本、欧盟和俄罗斯，其中从美国进口量最大，大约占进口总量的 40 ％～ 50% 。

　　国内废杂铜回收业的特点是点多面广。从大中型企业现有的回收利用方式来看，可大致分为 4 种类型：①国有大型采选冶铜联合企业，这类企业回收利用废杂铜主要是为补充自有原料 ( 铜精矿 ) 的不足，满足发挥生产能力的需要，如白银有色金属公司、大冶有色金属公司、江西铜业公司、铜陵有有色金属公司等；②全*采购铜精矿和废杂铜来满足生产需要的企业，

　　如重庆冶炼厂、云南冶炼厂、株洲冶炼厂、沈阳冶炼厂等； 3 全*粗铜和废杂铜进行重熔、精炼、电解满足生产需的企业，如武汉冶炼厂、太仓电解铜厂、常州东方鑫源铜业、宁波金田铜业公司、洛阳铜加工厂、广州铜材厂等；④全*回收废杂铜来进行生产的企业，如天津电解铜厂 ( 有部分粗铜 ) 等。除了上述大中型铜冶炼加工企业外，我国目前尚有数以百计的小型铜冶炼厂。这些企业多属于集体或私营个体企业以废杂铜为原料，利用简单的生产工艺 ( 冲天炉、小反射炉等 ) 回收再生，所得产品大多数为粗铜 ( 俗称黑铜 ) 。其中，也有一些企业的最终产品是硫酸铜。总之，这类企业生产的粗铜一般含杂质较高，不能直接用于生产加工铜材，这些产品均需进行进一步精炼电解。在传统的生产、经营过程中，国内废杂铜回收和再生的主要集散地已逐渐形成。根据调查，目前国内废杂铜的回收再生主要集中在河北、江苏、浙江，广东和上海等 5 省市。而江苏省和上海市不仅生产再生铜的企业数量多，再生铜的产量也大。目前，国内废杂铜的回收再生和销售流通的集散地主要集中在河北省的清苑、新安，浙江省的绍兴、宁波和广东等地区。

　　目前我国生产再生铜的方法主要有两类：第一类是将废杂铜直接熔炼成不同牌号的铜合金或精铜，所以又称直接利用法；第二类是将杂铜先经火法处理铸成阳极铜．然后电解精炼成电解铜并在电解过程中回收其他有价元素。用第二类方法处理含铜废料时，通常又有 3 种不同的流程，即一段法、二段法和三段法。

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填埋技术是一种操作简单的垃圾处理方法，它可以处理所有种类的垃圾，也由此曾风光一时。但随着时间的推移和技术的发展，其缺点开始一一暴露。填埋要占用大量土地， 且大多填埋场没有7层以上严密防渗漏措施，长时间暴露在较为开放的空间中，随着雨水的渗入，电子废弃物渗出液会污染地下水及土壤，其中含有难以生物降解的萘等非氯化芳香族化合物、氯化芳香族化合物、磷酸酯、酚类化合物和苯胺类化合物；其中还含有大量金属离子，铁离子浓度可高达2050mg/l，铅离子的浓度可达12.3 mg/l，锌离子浓度可达130 mg/l，钙离子浓度可达4200 mg/l。[汪进辉，汪永辉， 2005 #2]同时垃圾堆放产生的气体严重影响场地周边的空气质量。近年来有的城市已经认识到这些问题，建立起一批具有较高水平的填埋厂， 较好地解决了二次污染问题， 但却又带来了其他的问题―建设投资大，运行费用高等。最关键的是填埋厂处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场， 进一步占用土地资源。基于这些原因，国外从80年代以来，填埋设施有逐渐减少的趋势，成为其它处理工艺的辅助方法，主要用来处理不能再利用的物质。

义薄云天

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我国目前手机占有量约三亿部以上。随着国内的电子行业突飞猛进、产品更新换代的周期日益缩短，一代代淘汰下来的废旧手机机芯也与日俱增。按平均每部手机使用３年为限，每年将有一亿部手机机芯被淘汰。若按每部单机重量０．１千克计算，其总量年达一万多吨。每一吨废旧手机中含金约２８０克、含银２０００克、含钯１００克，其中铜及少量的铂、铱、铑等暂不计。按年淘汰量计算，这些废旧手机中含金２８００千克（２．８吨）、白银２００００千克（２０吨）、铂族中之金属钯１００千克。这是贵金属和铂族金属的宝库。
　　仅此三种金属总价值将达７亿元人民币。新一代手机之机壳又多采用铝镁合金，如此巨额的财富，在目前是弃之不舍，回收乏力。因此，如何回收这巨额财富是当务之急。
　　一万多吨电子垃圾，在一年内分别提炼出各种有价金属来，平均每天要处理废旧手机３０多吨，其难度可想而知。难在采用何种生产工艺流程。当前有人想直接采用高温（１２００度以上）的火法冶炼这些“电子垃圾”，从中冶炼出多种金属合金，然后再分别采取湿法提炼各金属元素。若采取直接冶炼，必然要用大量的优质焦炭。其中产生的大量（如低沸点的镁的升华与氧化燃烧及汞、砷有毒元素及其它气体）的污染如何消除也是个难题。
　　采用以液态铅为媒介的间接法来回收手机中之所有有色金属（包括贵金属、铂族金属）是非常可行的：
　　一、铅的融点低（３２７．５度），与其沸点（１６２０度）之间的温度约为１３００度。也就是说，在这个热容宽度中，几乎所有的有色金属都能熔纳其中；但各种金属之化合物，则一概拒于门外。这是液态铅的第一特性（即冶金学中之亲和力）；液态铅离和力也很强，在一定条件下，凡熔纳其中的金属均可轻松地离开，如铅锑合金在熔化后，在自然冷却情况下，由于比重差、温度差而明显离析出来，上为锑金属、下为金属铅。
　　二、铅的热容宽，虽然能裹纳各种有色金属，但对非金属物质均飘浮在其液面。易燃物或炭化或燃烧；泥土沙石，可随时从液面上耙除，达到净化污泥浊水的目的。
　　三、液态铅的容器可采用大型的两用的铸钢锅。大型铸钢锅之加热件宽松，既可用块煤，也可采用粉煤；既可采用电热升温，也可采用电磁波加温。温度控制在１０００度左右即可。
　　四、媒介液态铅基本处于无耗损状态。其一是液态铅的液面，始终处于还原性氛围。因为已失去金属的有机物机芯线路板，浮在液面不停地碳化。没有产生氧化铅的可能，因此没有与带进锅内的泥土沙石造渣的可能；其二是液态铅的温度始终控制在１０００度左右，不可能产生气态铅逆出液面。因此铅不产生化学损失和物理损失。
　　五、手机机芯中之所有有色金属，可以全部从线路板上释放出来进入液态铅中。因为机芯是采用螺旋机强制压送到熔铅锅底部液态铅中。在逐渐升温过程，首先有机线路板开始碳化，低于１０００度的金属已开始熔化随时进入液态铅中；没有达到熔点的金属（如铜、金），因铅在１０００度时流动性非常活跃，未熔化的金属很快被铅分子所包围并可通过该金属结晶核的间隙，此时渗透性很强的铅分子将其每个晶核体包围起来进入液态铅中。
　　六、因为大型铸钢锅是独立的第一道工艺流程，可以根据投入锅内物料之运行轨迹，设计新型的螺旋运料机、新型垃圾清除机，不停地清除液态铅表面的无用垃圾，同时设置新型的消除污染环境的烟尘和有害气体的转化装置。从设计开始，就把环保工作放在第一位。
　　根据上述设计的间接法回收手机中的各种有色金属的推理：当进入大型铸钢锅内之液态铅的废旧手机（除锂离子电池外），经过１０００度高温的液态铅的熔解与碳化后，按各物种的运行轨迹，判断锅内断面层次应为第一层面为废弃白碳化物及未经造渣的泥土砂石，第二层面应是轻金属铝镁合金，第三层面应是含有重金属（铜、金银等）。当进入用金属锌淬取液态铅中之铜金银等后，因液态锌的比重大大低于铅比重、而又大大高于轻金属铝镁合金，因此，将碎块金属锌推进液态铅部淬取之液态锌必然升为第三层面，液态铅退位于第四层面。此时，设在铸钢锅第三、四层面之间的放液阀门即可打开，将其第三层液面通过流槽，单独放入容器内，当发现带有铝镁合金液时，立时将流槽转向另一个液态铝镁合金专用容器。锌液容器内可能底部放有少量的液态铅和上部有少量的液态铝镁合金；铝镁液容器内可能有少量锌液体。经冷却后，因比重不同而层面分明。分开后，是金属铅则重运大锅内。其余两种进入下一道工序处理。液态铅层面飘浮废弃物扒净后，即可继续投料运行。