專(zhuān)利名稱(chēng)：一種采用電弧等離子體熱解廢電路板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于熱解廢電路板的方法。更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種采用電弧等離子體對(duì)廢電路板進(jìn)行資源化處理的方法。本發(fā)明中，采用氫等離子體有助于得到高質(zhì)量的熱解氣，廢電路板的熱解氣體產(chǎn)物為熱量回收利用價(jià)值高的可燃?xì)怏w，處理后的固體殘?jiān)锌苫厥战饘倥c玻璃纖維之間結(jié)合疏松，很容易實(shí)現(xiàn)分離。
背景技術(shù)：
隨著信息科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入人們的生產(chǎn)和生活，而且，更新?lián)Q代年限不斷縮短，被淘汰的電子產(chǎn)品數(shù)量大幅增長(zhǎng)。其中，印刷電路板 (Printed CircuitBoards, PCB)是電子產(chǎn)品的重要組件，是一種熱固性復(fù)合材料，由覆銅薄板壓制而成，主要成分約為15%環(huán)氧樹(shù)脂、30%玻璃纖維、22%金屬，其中含有貴金屬金、 銀、鈀及有色金屬銅、鋅等，銅的含量高達(dá)26.8%。在我國(guó)，目前具有清潔生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的 PCB資源化處理工藝相對(duì)較少，較多采用簡(jiǎn)單機(jī)械處理、酸溶、或者沖天爐焚燒等方式回收 PCB中的貴金屬和有色金屬，而這兩種方法對(duì)從業(yè)人員身體健康和環(huán)境安全都構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。如何有效處理廢電路板，并從電子垃圾中提取回收有價(jià)金屬，同時(shí)避免二次污染已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。等離子體具有溫度高、能量密度大和活性組分豐富等特點(diǎn)，對(duì)固體廢棄物中的有機(jī)成分進(jìn)行熱解處理時(shí)比普通熱解技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在熱等離子體條件下，大部分分子已變成原子、離子態(tài)或激發(fā)態(tài)，這些活性基團(tuán)，使等離子體具有很高的化學(xué)活性，能夠使熱解反應(yīng)進(jìn)行地更快和更徹底。而且，利用等離子體熱解過(guò)程可以方便地將有機(jī)固體廢棄物轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w或其它化工原料進(jìn)行回收，同時(shí)該過(guò)程不產(chǎn)生污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了采用電弧等離子體熱解廢電路板的新工藝。與傳統(tǒng)熱解工藝相比較，等離子體中產(chǎn)生的活性粒子，有助于提高熱解氣的質(zhì)量。廢電路板的熱解氣體產(chǎn)物為熱量回收利用價(jià)值高的可燃?xì)怏w，處理后的固體殘?jiān)锌苫厥战饘倥c玻璃纖維之間結(jié)合疏松，很容易實(shí)現(xiàn)分離。三電弧等離子體克服了單電弧放電連續(xù)性較差和能量較低的問(wèn)題。與直流電源相比，交流電源成本較低，便于操作和維護(hù)。與三相外電極對(duì)中心電極放電的三電弧等離子體設(shè)備相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的等離子體裝置中三相電極間相互放電電壓較高，從而可以產(chǎn)生更大的功率和提供更高的熱解溫度。


圖1為電弧離子體熱解設(shè)備示意圖①氫氣；②氮?dú)?；③等離子體弧區(qū)域；④電極；⑤系統(tǒng)壓力顯示；⑥熱解液體產(chǎn)物；⑦氣泵；⑧冷凝水進(jìn)水口 ；⑨冷凝水出水口圖2為三相交流電弧等離子體資源化處理廢電路板的工藝流程圖
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)該工藝進(jìn)行詳述。1，三相交流電弧等離子體設(shè)備。用來(lái)熱解廢電路板的三相交流電弧等離子體設(shè)備圖見(jiàn)附圖1。熱解裝置包括三個(gè)電極及與其相連接的三相交流電源、氣體輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和樣品收集系統(tǒng)。采用石墨棒作為電極，聚四氟乙烯作為電極絕緣外套，三個(gè)電極交流電間相位差為120°，各電極相互放電產(chǎn)生穩(wěn)定的非平衡電弧等離子體。電弧等離子體的溫度可以通過(guò)電源功率調(diào)節(jié)，電源輸出最大功率為16kW，熱解爐腔體內(nèi)的反應(yīng)氣氛通過(guò)引入不同的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以為氧化氣氛、惰性氣氛或者還原氣氛。起弧后通過(guò)透明的玻璃進(jìn)氣管可以看到起弧后等離子體射出的白色強(qiáng)光，說(shuō)明等離子體弧能夠穩(wěn)定運(yùn)行且能夠?yàn)闊峤馓峁┍匾臏囟葪l件。2，熱解廢電路板流程。采用三相交流電弧等離子體資源化處理廢電路板的工藝流程圖見(jiàn)附圖2。首先將待處理的廢電路板進(jìn)行粗碎，使其尺寸達(dá)到50mm以下。通過(guò)連續(xù)或者間歇加料方式將粗碎后的廢電路板加入到電弧等離子體區(qū)域。通過(guò)流量計(jì)控制輸送氣體經(jīng)反應(yīng)器上端的進(jìn)氣孔送入等離子體弧區(qū)域，待氣氛平衡后，通過(guò)短路放電的方式引燃等離子體弧。熱解產(chǎn)物沿反應(yīng)器底部的剛玉管導(dǎo)出，液體經(jīng)冷卻在廣口瓶中被收集，氣體經(jīng)氣泵被收集，熱解后固體產(chǎn)物間歇收集。采用氣象色譜對(duì)熱解氣體產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果顯示， 當(dāng)引入氫氣后，非燃燒組分(X)2的體積分?jǐn)?shù)減少直至消失，熱解氣體產(chǎn)物主要由C2H4、C2H6, C3H6, H2、CH4, CO等可燃?xì)怏w組成，從而提高了熱量回收利用的價(jià)值。熱解后的剩余殘?jiān)|(zhì)量為熱解前的60%，印刷金屬線(xiàn)與基板之間的結(jié)合已經(jīng)非常松散，經(jīng)簡(jiǎn)單破碎后就可采用各種分選方法回收其中的金屬和非金屬成分。
具體實(shí)施方案實(shí)例1 將粗碎至50mm以下尺寸的廢電路板放置在等離子體弧區(qū)域，通過(guò)流量計(jì)控制輸送氣體經(jīng)反應(yīng)器上端的進(jìn)氣孔送入等離子體弧區(qū)域，通入氮?dú)?，氮?dú)饬髁烤S持5L/min，待氣氛平衡后，通過(guò)短路放電的方式引燃等離子體弧，熱解開(kāi)始。熱解產(chǎn)物沿反應(yīng)器底部的剛玉管導(dǎo)出，液體經(jīng)冷卻在廣口瓶中被收集，氣體經(jīng)尾氣抽風(fēng)被收集。系統(tǒng)壓力通過(guò)尾氣抽風(fēng)調(diào)節(jié)，通過(guò)與系統(tǒng)相連接的U形管顯示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程維持系統(tǒng)壓力為20mm水柱。熱解氣體產(chǎn)物中非燃燒組分(X)2的體積分?jǐn)?shù)超過(guò)20%，處理后的固體殘?jiān)锌苫厥战饘倥c玻璃纖維之間結(jié)合疏松，很容易實(shí)現(xiàn)分離。實(shí)例2:將粗碎至50mm以下尺寸的廢電路板放置在等離子體弧區(qū)域，通過(guò)流量計(jì)控制輸送氣體經(jīng)反應(yīng)器上端的進(jìn)氣孔送入等離子體弧區(qū)域，首先通入氮?dú)猓?min后通入氫氣同時(shí)繼續(xù)通入氮?dú)?，待氣氛平衡后，通過(guò)短路放電的方式引燃等離子體弧，熱解開(kāi)始。此過(guò)程中氮?dú)饬髁烤S持5L/min，氫氣流量維持5L/min，熱解產(chǎn)物沿反應(yīng)器底部的剛玉管導(dǎo)出，液體經(jīng)冷卻在廣口瓶中被收集，氣體經(jīng)尾氣抽風(fēng)被收集。系統(tǒng)壓力采用尾氣抽風(fēng)調(diào)節(jié)，通過(guò)與系統(tǒng)相連接的U形管顯示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程維持系統(tǒng)壓力為20mm水柱。熱解氣體產(chǎn)物中非燃燒組分 CO2的體積分?jǐn)?shù)低于2%，處理后的固體殘?jiān)锌苫厥战饘倥c玻璃纖維之間結(jié)合疏松，很容易實(shí)現(xiàn)分離。實(shí)例3:
4
其他條件與實(shí)例2同保持一致，將熱解過(guò)程中氫氣的流量維持lOL/min。熱解氣體產(chǎn)物中非燃燒組分CO2的體積分?jǐn)?shù)接近1%，處理后的固體殘?jiān)锌苫厥战饘倥c玻璃纖維之間結(jié)合疏松，很容易實(shí)現(xiàn)分離。實(shí)例4 其他條件與實(shí)例2同保持一致，將熱解過(guò)程中氫氣的流量維持18L/min。熱解氣體產(chǎn)物中非燃燒組分CO2的體積分?jǐn)?shù)接近1%，處理后的固體殘?jiān)锌苫厥战饘倥c玻璃纖維之間結(jié)合疏松，很容易實(shí)現(xiàn)分離。
權(quán)利要求
1.一種采用電弧等離子體熱解廢電路板的方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行(1)將待處理的廢電路板加入電弧等離子體弧區(qū)域；(2)廢電路板在電弧等離子體弧區(qū)域熱解處理；(3)熱解油經(jīng)水冷收集，熱解氣經(jīng)氣泵進(jìn)入尾氣收集系統(tǒng)；(4)分離熱解殘?jiān)厥战饘佟?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，熱解前對(duì)廢電路板進(jìn)行粗碎。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱解方法，其特征在于，熱解工作氣為氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w， 混合氣體從熱解裝置頂部加入，混合氣體中氫氣的體積分?jǐn)?shù)為0-80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電弧等離子體熱解廢電路板的方法，其特征在于，包括了電弧等離子體熱解裝置，該裝置由三個(gè)電極及與電極相連接的電源、氣體輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和樣品收集系統(tǒng)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱解裝置，其特征在于，與電極連接的電源為三相交流電源， 三相交流電相位差為120°，三電極間相互放電產(chǎn)生等離子體弧。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用電弧等離子體處理廢棄電路板的方法，包括(1)將待處理的廢電路板粗碎，放置在電弧等離子體弧區(qū)域；(2)廢電路板在電弧等離子體弧區(qū)域熱解，等離子體工作氣為氮?dú)夂蜌錃饨M成的混合氣體；(3)熱解油冷凝收集，熱解氣進(jìn)入尾氣收集系統(tǒng)；(4)分離熱解殘?jiān)厥战饘?。本發(fā)明還包括相應(yīng)的電弧等離子體裝置。本發(fā)明設(shè)計(jì)的三相交流電弧等離子體連續(xù)性好，能量高，成本低，便于操作和維護(hù)，用于廢棄電路板熱解有助于得到熱量回收利用價(jià)值高的燃料和提高金屬分離回收效率，同時(shí)不產(chǎn)生二次污染。
文檔編號(hào)B09B3/00GK102211103SQ20101014296
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者曹宏斌, 李晉林, 白柳楊, 袁方利 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所