CN105817461A - 一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置。包括真空加热装置、若干个串联的冷凝器、储存罐、真空泵、集气瓶；所述真空加热装置的端部上部通过输送管道与冷凝器连接，真空加热装置和冷凝器之间的输送管道上设置有阀门；储存罐连接于冷凝器的底部，集气瓶通过输送管道与最后一个冷凝器连接，真空泵设置于冷凝器尾端、集气瓶和冷凝器之间的输送管道上，与整个装置连通。利用本发明的装置可以以废旧电路板电子元器件为原料，最终获得各种热解油气和各种单质金属，实现废旧电路板电子元器件的高附加值资源化利用，而且工艺简单、回收效率高，且回收的金属和非金属资源附加值高、无二次污染物排放，具有显著的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化技术领域。更具体地，涉及一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，具体是一种高效废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值资源化回收的装置。
背景技术
随着信息技术的不断发展与电子产品更新换代速度的加快，全球越来越多的废旧电子和电器设备被淘汰，形成大量的电子垃圾。每年约2000万到5000万吨废旧电子产品被丢弃，且以3%～5%的速度增长。而废旧元器件主要存在于各种电子垃圾中的电路板上，随着电子垃圾的增长其存量也在不断增加。废旧元器件中含有多种物质，如金属钛、锡等以及多种有机物污染物等。如果不加以回收处理，不仅是一种资源的浪费，亦会对环境造成很大的污染。
目前，国内对废旧电子元器件回收处理主要是焚烧后再对残渣来进行湿法或者火法冶金，来提取其中的金属；但是，此种方法较为原始，且大部分焚烧过程是露天进行，会向环境排放大量的污染物，不符合现阶段绿色生产的理念。另外，专利ZL200910091995.6《废弃电子元器件的回收及再利用方法》，针对废弃电子元器件中金属提出了一种新的回收方法，此方法可以得到品味相对较高的金属富集体，且基本无二次污染；但是。由于其所得的金属富集体是多种金属的混合体，后续的分离处理比较麻烦，附加值不高，且废旧电子元器件中的非金属成分并没有进行有效回收，不利于产业化推广。
目前，未见有废旧电路板电子元器件高附加值资源化装置的相关报道，所以，为提高废旧电子元器件中金属的回收效率及附加值，并尽可能减少其在回收过程中对环境造成的伤害，亟需一种新型的废旧电路板电子元器件中金属和非金属资源化的装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有废旧电子元器件重新资源化利用技术的缺陷和不足，提供一种废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值资源化回收的装置，是将破碎后的电子元器件送入装置中经过真空热解和真空冶金，使其中非金属热解、金属气化，再通过分级冷凝将它们分离以达到高附加值回收的装置，以实现废旧电路板电子元器件中金属及非金属绿色高附加值回收，而且该装置操作简单、回收效率高，绿色环保，可以实现废旧电路板电子元器件中金属和非金属的高附加值资源化，具有显著的经济效益和环境效益。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，包括真空加热装置1、阀门2、若干个串联的冷凝器3、储存罐4、真空泵5、集气瓶6；所述真空加热装置1的端部上部通过输送管道与冷凝器3连接，阀门2设置于真空加热装置1和冷凝器3之间的输送管道上；储存罐4连接于冷凝器3的底部，集气瓶6通过输送管道与最后一个冷凝器3连接，真空泵5设置于冷凝器尾端、集气瓶6和冷凝器3之间的输送管道上，与整个装置连通，保证真空加热装置和冷凝器内都处于真空状态。
进一步优选地，所述真空加热装置1内部设置有热电偶9和真空计10。
优选地，每个冷凝器3内部还设置有热电偶8。
更优选地，上述热电偶8和热电偶9均为K型双铂铑热电偶。
所述真空加热装置1内部的热电偶9有两只，一只固定在真空加热装置的炉膛的内壁上，另一只伸进内部，悬于真空加热装置的炉膛的中间部位。
优选地，所述真空加热装置1内部还设置有分布于内壁的硅钼棒11和刚玉管12。所述真空加热装置1的加热元件采用优质硅钼棒与PID自动控温组合，保证真空加热装置中的最高温度能达到所需回收金属真空条件下的沸点。
进一步地，所述的硅钼棒11环绕在刚玉管12外侧，刚玉管盛放碳粉作为受热容器。即所述刚玉管12位于真空加热装置1内壁的最表层，硅钼棒11位于中间层。
优选地，所述集气瓶6上设置有真空计13。
上述真空计10和真空计13均采用电离真空规，测量范围为10-4-102帕。
优选地，包括冷凝器3和储存罐4的冷凝组件一共有依次串联连接的六套，分别为一级冷凝、二级冷凝、三级冷凝、四级冷凝、五级冷凝、六级冷凝。前三级实现金属蒸汽的冷凝分离，后三级用于冷凝液化热解油气。
优选地，每个冷凝器3都单独配有循环水冷却管道7。
真空热解阶段只有后三级冷凝器工作，用于冷凝分选热解油（真空热解阶段需持续足够长时间，以保证非金属组分能够充分热解）；继续升温进入真空冶金阶段时前三级冷凝器再开始工作，用于冷凝分选金属蒸气，且此三级冷凝需确保金属蒸汽完全冷凝，避免进入后三级冷凝污染其中的热解油。
另外，优选地，所述真空加热装置1的底部还设置有固体残渣储藏罐14，真空加热装置1内剩余的固体残渣通过抽气泵15的吸力作用进入固体残渣储藏罐14。
更优选地，所述冷凝器3上设置有3个温度监测点，分别位于冷凝器气体出口处、中部、冷凝物收集口处。各级冷凝器可以独立工作，且冷凝器内都设有温度检测点，可以实时监控冷凝器内部温度。
所述真空泵5由前级真空泵和油扩散泵组成，保持装置内最低能达到6.7×10-3帕真空度。
本装置的加热系统可以控制真空炉进行二段加热，以完成真空热解和真空冶金；前三级冷凝管在进入真空冶金阶段时才运行，后三级在真空热解阶段就开始工作；前三级冷凝管用来冷凝分离金属蒸汽，后三级冷凝管用于冷凝分离热解油气，冷凝管个数可以按需求适当增减；冷凝管冷凝温度根据所需回收金属或者热解油气在真空下的沸点来设定，需保证金属蒸气在进入后三级冷凝管前全部冷凝，以防污染其中冷凝下来的热解油气；真空机组泵需要持续工作，以维持装置内真空状态。
具体地，在应用时，本发明装置的使用流程主要如下：
（1）先用破碎机将废旧电路板电子元器件进行破碎，使各种金属、非金属材料得以完全解离；
（2）将破碎后的电子元器件送入真空装置（如真空炉），真空装置抽真空（降低环境下材料沸点，大幅度降低能耗，同时避免材料与空气中的氧气反应，且真空密闭环境下不会有污染物进入环境）后开始加热；
（3）进行加热，加热分为两个阶段：第一阶段：将真空装置炉内加热至一定温度（非金属材料的沸点）后使得破碎元器件中的非金属组分（主要为元器件的塑料皮）热解成油气，分级冷凝后三级冷凝开始工作（按热解油真空条件下沸点调节冷凝器温度），将热解油冷凝液化，少量小分子不凝气体由尾部集气瓶收集；第二阶段：继续升温，炉内进入真空冶金阶段，金属气化进入前三级冷凝器中（根据各金属在真空条件下的沸点来确定各冷凝器温度范围），使得不同沸点的金属依次液化，从而完成不同金属的分离，回收到各种单质金属。
（4）真空装置解除真空状态，取出各级冷凝器中的单质金属及热解油，完成对废旧电路板电子元器件中金属及非金属的高附加值回收。
本发明的方法系统具有以下明显的特点：
（1）采用真空热解法使破碎电子元器件中非金属组分分别热解成油气，进而将非金属组分依次分离出来；
（2）采用真空冶金法使破碎电子元器件中金属组分分别气化，进而将金属组分分离出来；
（3）采用两段加热法，依次实现真空热解与真空冶金，避免非金属组分对金属组分后续回收的影响；
（4）采用分级冷凝法，依据热解油及各金属在真空环境下的沸点来调节各级冷凝的温度，以使各需要回收组分冷凝，从而完成对废旧电路板电子元器件中金属及非金属的高附加值资源化，同时对小分子的少量不凝气体进行收集。
本发明具有以下有益效果：
利用本发明的装置可以以废旧电路板电子元器件为原料，最终获得各种热解油气和各种单质金属，实现废旧电路板电子元器件中金属和非金属的高附加值资源化利用，而且操作工艺简单、回收效率高，且回收的金属和非金属资源附加值高、无二次污染物排放，绿色环保，具有显著的经济效益和环境效益。
另外，本发明装置处理废旧电路板电子元器件时，在真空环境下进行，降低环境下材料沸点，大幅度降低能耗，同时避免材料与空气中的氧气反应，且真空密闭环境下不会有污染物进入环境，在实现废旧电路板电子元器件中金属和非金属高附加值回收的基础上，同时还具备高效和环境友好的优点。
附图说明
图1是本发明装置的整体示意图。
图2是本发明装置中冷凝组件的示意图。
图3是本发明装置中真空加热装置1的示意图。
图4是本发明装置中不凝气体集气瓶6的示意图。
图5是实施例中废旧电路板电子元器件资源化的装置的工艺流程图；1为真空加热装置、2为阀门、3为冷凝器、4为储存罐、5为真空泵、6为集气瓶（不凝气体收集罐）、7为冷凝器循环水冷却系统、8和9为热电偶、10和13为真空计、11为硅钼棒、12为刚玉管、14为固体残渣储藏罐、15为抽气泵、16为破碎的废旧电子元器件、17为输送管道。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置
如附图1所示，一种废旧电路板电子元器件资源化的装置，包括真空加热装置1、阀门2、若干个串联的冷凝器3、储存罐4、真空泵5、集气瓶6；所述真空加热装置1的端部上部通过输送管道与冷凝器3连接，阀门2设置于真空加热装置1和冷凝器3之间的输送管道上；储存罐4连接于冷凝器3的底部，集气瓶6通过输送管道与最后一个冷凝器3连接，真空泵5设置于冷凝器尾端、集气瓶6和冷凝器3之间的输送管道上，与整个装置连通，保证真空加热装置和冷凝器内都处于真空状态。
实施例2废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置
如附图1～5所示，一种废旧电路板电子元器件资源化的装置，是将破碎后的废旧电路板电子元器件送入真空加热装置中经过真空热解、真空冶金使其中非金属热解、金属气化，再通过分级冷凝将它们分离以达到高附加值回收的装置。
该装置包括真空加热装置1、阀门2、六个串联的冷凝器3、储存罐4、真空泵5、集气瓶6（不凝气体收集罐）、热电偶8和9、真空计10和13、循环水冷却系统7、固体残渣储藏罐14、抽气泵15。
所述真空加热装置1的端部上部通过输送管道与冷凝器3连接，阀门2设置于真空加热装置1和冷凝器3之间的输送管道上；储存罐4连接于冷凝器3的底部，集气瓶6通过输送管道与最后一个冷凝器3连接，真空泵5设置于冷凝器尾端、集气瓶6和冷凝器3之间的输送管道上，与整个装置连通，保证真空加热装置和冷凝器内都处于真空状态。
进一步地，所述真空加热装置1内部设置有两只热电偶9和真空计10，两只热电偶9一只固定在真空加热装置的炉膛的内壁上，另一只伸进内部，悬于真空加热装置的炉膛的中间部位。。
每个冷凝器3内部还设置有热电偶8。
上述热电偶8和热电偶9均为K型双铂铑热电偶。
所述真空加热装置1内部还设置有分布于内壁的硅钼棒11和刚玉管12。所述的硅钼棒11环绕在刚玉管12外侧，刚玉管盛放碳粉作为受热容器。即所述刚玉管12位于真空加热装置1内壁的最表层，硅钼棒11位于中间层。
所述真空加热装置1的加热元件采用优质硅钼棒与PID自动控温组合，保证真空加热装置中的最高温度能达到所需回收金属真空条件下的沸点。
所述集气瓶6上设置有真空计13。
上述真空计10和真空计13均采用电离真空规，测量范围为10-4～102帕。
另外，包括冷凝器3和储存罐4的冷凝组件一共有依次串联连接的六套，分别为一级冷凝、二级冷凝、三级冷凝、四级冷凝、五级冷凝、六级冷凝。前三级实现金属蒸汽的冷凝分离，后三级用于冷凝液化热解油气。
每个冷凝器3都单独配有循环水冷却管道7。
真空热解阶段只有后三级冷凝器工作，用于冷凝分选热解油（真空热解阶段需持续足够长时间，以保证非金属组分能够充分热解）；继续升温进入真空冶金阶段时前三级冷凝器再开始工作，用于冷凝分选金属蒸气，且此三级冷凝需确保金属蒸汽完全冷凝，避免进入后三级冷凝污染其中的热解油。
所述冷凝器3上还设置有3个温度监测点，分别位于冷凝器气体出口处、中部、冷凝物收集口处。各级冷凝器可以独立工作，且冷凝器内都设有温度检测点，可以实时监控冷凝器内部温度。
另外，所述真空加热装置1的底部还设置有固体残渣储藏罐14，真空加热装置1内剩余的固体残渣通过抽气泵15的吸力作用进入固体残渣储藏罐14。
所述真空泵5由前级真空泵和油扩散泵组成，保持装置内最低能达到6.7×10-3帕真空度。
本装置的加热系统可以控制真空炉进行二段加热，以完成真空热解和真空冶金；前三级冷凝管在进入真空冶金阶段时才运行，后三级在真空热解阶段就开始工作；前三级冷凝管用来冷凝分离金属蒸汽，后三级冷凝管用于冷凝分离热解油气，冷凝管个数可以按需求适当增减；冷凝管冷凝温度根据所需回收金属或者热解油气在真空下的沸点来设定，需保证金属蒸气在进入后三级冷凝管前全部冷凝，以防污染其中冷凝下来的热解油气；真空机组泵需要持续工作，以维持装置内真空状态。
本发明上述的装置中，真空加热装置下方设有固体残渣储藏罐，上方通过管道与分级冷凝器相连；冷凝器底部输出端设有储存罐，通过分级冷凝器串联放置，前三级实现金属蒸汽的冷凝分离，后三级用于冷凝液化热解油气；真空泵设置于冷凝器尾端，与整个装置连通，保证炉内、固体残渣储藏罐和冷凝器都处于真空状态。所述的冷凝器单独配有循环水冷却系统，真空热解阶段只有后三级冷凝器工作；继续升温进入真空冶金阶段时前三级冷凝器再开始工作，用于冷凝分选金属蒸气，且此三级冷凝需确保金属蒸汽完全冷凝，避免进入后三级冷凝污染其中的热解油。真空泵持续工作，将加热过程中产生的不凝气体抽入集气瓶；反应器内剩余的固体残渣通过抽气泵的吸力作用进入储藏罐。
实施例3废旧电路板电子元器件高附加值资源化的方法
废旧电路板电子元器件资源化的方法，即废旧电路板电子元器件资源化的装置的使用方法：
首先用破碎机将废旧电子元器件16破碎，再将破碎后的的废旧电子元器件送入真空加热装置1中，在常压下进行干燥，120摄氏度状态下持续40分钟后利用真空泵5抽真空(真空环境下材料的沸点会降低，且避免其与氧气反应)，达到0.1—1帕的真空区间后，利用硅钼棒11进行加热。
加热过程分为两个阶段进行：先加热到真空条件下非金属的沸点，破碎的废旧电子元器件中的金属保持原态，而非金属组分（如塑料外皮、橡胶塞等）开始热解形成热解油气，进入真空热解阶段。热解油气通过输送管道进入分级冷凝器中，此时只有储存罐44、45、46连接的后三级冷凝器工作（冷凝管的温度由所需回收的热解油气在真空环境下的沸点决定），热解油在此三级冷凝管冷凝进入其连接的收集罐，以上反应持续足够的时间，使真空热解能够给充分进行。完成后继续加热至真空条件下的金属沸点，进入真空冶金阶段，同时储存罐41、42、43连接的前三级冷凝管开始工作（冷凝管的温度由所需回收的各金属在真空环境下的沸点决定），废旧电子元器件中的金属组分蒸发形成金属蒸汽，通过输送管道进入前三级冷凝器中，金属蒸汽中各金属组分分别在冷凝管中液化，形成纯度较高的单质金属，完成了对不同金属的分离。
在真空加热装置解除真空状态后，从冷凝器储存罐中取出我们所需回收的高附加值金属。真空热解和真空冶金阶段所产生的不凝气体经过真空泵5抽入集气瓶6中留待后续处理，避免直接排入大气对环境产生污染。
实施例4废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用实例
1、材料
废旧CD电容100个。
2、利用本发明的方法对该废旧电路板电子元器件进行高附加值资源化利用，具体步骤如下：
将废旧CD电容全部用破碎机破碎，使其中的各种金属、非金属完全解离，再将其送入真空炉体中，利用实施例2所述系统进行废旧CD电容的高附加值回收，回收过程分为真空热解与真空冶金这两个阶段进行。将真空炉抽至0.1～1帕真空度范围内后升温至700摄氏度，进行真空热解，同时打开后三级冷凝，它们温度分别设为290摄氏度、180摄氏度、40摄氏度，使得真空热解阶段产生的油气在此三级冷凝，得到三种油气。
在700摄氏度保温10分钟后继续升温至1600摄氏度，进行真空冶金，同时打开前三级冷凝，它们温度分别1200摄氏度、1000摄氏度、600摄氏度，使得真空冶金阶段产生的金属蒸汽在此三级液化，得到三种金属。
两个阶段产生的不凝气体由收集罐收集。
利用高效液相色谱对重质油进行油品分析，利用气相色谱对中质油、轻质油进行油品分析。利用XRD（X射线衍射）对研磨后的金属进行分析。
3、结果
（1）获得热解油气：结果显示，其中，重质油产率较小，组分中包括少量苯乙烯和丙烯酸酯的高聚物，可能是在升温过程中熔融蒸发所致；中质油的组分主要为苯乙烯单体、丙烯酸酯单体及其衍生物；轻质油中包含多种烯烃。
（2）获得金属：纯度很高的金属铝单质，纯度很高的金属锡单质，铅锌镁合金。
实施例5废旧电路板电子元器件高附加值资源化利用实例
1、材料
废旧CBB电容100个。
2、将废旧CBB电容全部用破碎机破碎，使其中的各种金属、非金属完全解离，再将其送入真空炉体中，利用实施例2所述系统进行废旧CBB电容的高附加值回收，回收过程分为真空热解与真空冶金这两个阶段进行。将真空炉抽至0.1～1帕真空度范围内后升温至700摄氏度，进行真空热解，同时打开后三级冷凝，它们温度分别设为290摄氏度、180摄氏度、40摄氏度，使得真空热解阶段产生的油气在此三级冷凝，得到三种油气。
在700摄氏度保温10分钟后继续升温至1600摄氏度，进行真空冶金，同时打开前三级冷凝，它们温度分别1200摄氏度、1000摄氏度、600摄氏度，使得真空冶金阶段产生的金属蒸汽在此三级液化，得到三种金属。
两个阶段产生的不凝气体由收集罐收集。
利用高效液相色谱对重质油进行油品分析，利用气相色谱对中质油、轻质油进行油品分析。利用XRD（X射线衍射）对研磨后的金属进行分析。
3、结果
（1）获得热解油气：结果显示，其中，重质油产率较小，组分中包括少量苯乙烯和丙烯酸酯的高聚物，可能是在升温过程中熔融蒸发所致；中质油的组分主要为苯乙烯单体、丙烯酸酯单体及其衍生物；轻质油中包含多种烯烃。
（2）获得金属：纯度很高的金属铝单质，纯度很高的金属锡单质，纯度很高的锌单质。
Claims (10)
1.一种废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，包括真空加热装置（1）、阀门（2）、若干个串联的冷凝器（3）、储存罐（4）、真空泵（5）、集气瓶（6）；所述真空加热装置（1）的端部上部通过输送管道与冷凝器（3）连接，阀门（2）设置于真空加热装置（1）和冷凝器（3）之间的输送管道上；储存罐（4）连接于冷凝器（3）的底部，集气瓶（6）通过输送管道与最后一个冷凝器（3）连接，真空泵（5）设置于冷凝器尾端、集气瓶（6）和冷凝器（3）之间的输送管道上，与整个装置连通。
2.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，所述真空加热装置（1）内部设置有热电偶（9）和真空计（10）。
3.根据权利要求2所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，所述真空加热装置（1）内部还设置有分布于内壁的硅钼棒（11）和刚玉管（12）。
4.根据权利要求3所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，所述的硅钼棒（11）环绕在刚玉管（12）外侧，刚玉管盛放碳粉作为受热容器。
5.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，所述，所述集气瓶（6）上设置有真空计（13）。
6.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，包括冷凝器（3）和储存罐（4）的冷凝组件一共有依次串联连接的六套，分别为一级冷凝、二级冷凝、三级冷凝、四级冷凝、五级冷凝、六级冷凝。
7.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，每个冷凝器（3）都单独配有循环水冷却管道（7）。
8.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，每个冷凝器（3）内部还设置有热电偶（8）。
9.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，所述真空加热装置（1）的底部还设置有固体残渣储藏罐（14），真空加热装置（1）内剩余的固体残渣通过抽气泵（15）的吸力作用进入固体残渣储藏罐（14）。
10.根据权利要求1所述废旧电路板电子元器件高附加值资源化的装置，其特征在于，所述冷凝器（3）上设置有3个温度监测点，分别位于冷凝器气体出口处、中部、冷凝物收集口处。
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