印刷线路板热分解反应动力学研究
热解技术处理废弃印刷线路板的实验研究的开题报告
热解技术处理废弃印刷线路板的实验研究的开题报告
一、研究背景及意义
废弃印刷线路板的数量增长速度很快，其包含的有害物质会污染环境和威胁人类健康。
因此，如何有效管理和处理废弃印刷线路板已成为当前环保领域的热点问题。
热解技术是一种针对可回收和不可回收废弃物的处理技术。
该技术是利用高温能够将
有机物分解为简单化合物的特性，从而将废弃物转化成可回收能源或者其他有用物质。
该研究旨在探索利用热解技术处理废弃印刷线路板的可行性，为环保管理提供新技术
和新思路。
二、研究内容和方法
研究将采用自制热解装置，选用不同温度和保留时间的热解条件，在热解前后对废弃印刷线路板的化学成分进行分析和比对。
对热解过程中产生的气体和液体产物进
行质量和种类分析，探究如何将产物用于再利用的可能性。
同时，采用生物毒性测试
探究热解产物的安全性并评估处理过程的环境友好性。
三、预期结果
通过该研究，将有望开发出一种新型废弃印刷线路板处理技术。
研究将提供热解过程中产生的各类气体和液体化合物的分析数据，并分析产物在再利用中的价值。
同时，将进一步评估产物的生物毒性和再利用中的环境友好性。
该研究有望在环保管理
领域提供新技术和新思路，推进有害废弃物的有效治理和资源化利用。
四、研究意义
本研究旨在探索利用热解技术处理废弃印刷线路板的可行性，结合实验和分析，探究如何在热解过程中将废弃物转化为可回收能源或其他有用物质，推进有害废弃物
资源化利用和环保治理工作。
同时，研究将为相关企业和政府部门制定废弃印刷线路
板处理策略提供科学依据，促进环保治理工作在实践中取得切实可行的进展。
废弃电器电子中印刷线路板的热解回收研究进展
资助课题 ： 国家 “ 十二 ． 五”科技 支撑计 划 “ 典型家电产品拆解 、资源化及 再制造成套技术与设备” （ ０ １ Ａ ＩＢ ））；广东省重 ２ １Ｂ Ｆ １ （ ６ 大科技专项 “ 废旧印刷线路 板资源化利 用关键技 术研 究及集成示范” （ ０ ０ ０ ０ ００ ７ ２ １Ａ ８ ８ ４ １ ）
技术 创 新 ・ ｅｈｏ ｇ ｄ ｎｏａｏ Ｔｃｎ ｌ ｙ ｎ ｎｖｔｎ ｏ ａ Ｉ ｉ
废弃 电器 电子 中印刷线 路板 的热解 回收研 究进展
曹 诺 邓梅玲 丁 磊 胡嘉琦 王 玲 赵 新 符永高 （ 中国电器科学研究院有限公司 广州 ５ ０ ０ ） １３ ０
摘 要：随着信 息科技的不断发展 ，电器电子产品更新换代速度也随之加快 ，同时造成 了以废 印刷线路板 （ Ｃ Ｐ Ｂ）为代表 的电子废
和迁 移规律 以及含溴污 染物 的控 制和脱除 等方面 ，以下 分别对
７ ％ 的重 石脑油 （８～９ 、其余为 沥青。轻石 脑油 的氧含 ． ９ １０ １５Ｃ） ｏ
量较 高 ，热值很低 （ 约为 ８ Ｊ ｇ ／） Ｍ ｋ ，而重石脑油 的热值较 高 （ 约 为 ２～２ Ｊ ） ８ ３ Ｍ ＆ｇ，但相 比燃料重 油的热值 （ 为 ３ Ｍ ／ ） 约 ７ Ｊ ｇ 仍有一 ｋ 定差距 。 热解得到的液体油须经适度氢化 、 脱氧脱水等处理后 ， 才可作 为燃料油使用 。 Ｃｉ ｈ ｎ等 ｅ 同样研 究 了氮气 氛下 Ｐ Ｂ的热解产 物。其结 Ｃ
Ｅｅｔｃｌ ｎ ｌｃ ｏｉ ｑ ｉｍ ｎ，即废弃 电子 电气设备 ）回收 ｌｃｒ ａ ａ ｄＥｅｔ ｎｃＥ ｕｐ ｅｔ ｉ ｒ
每年废弃淘 汰的 Ｐ Ｂ Ｃ 则高达 ｌ 万吨 以上 ，而被称为全世界最 Ｏ 大电子垃圾拆解基地 的贵屿镇 ，每年所产生 的废 Ｐ Ｂ 至达到 Ｃ 甚
废旧印刷线路板热解处理的可行性分析
废旧印刷线路板热解处理的可行性分析引言：随着信息技术的普及，废旧印刷线路板（PCBs）的数量也在不断增长。
传统的处理方法往往存在环境污染和资源浪费的问题。
而废旧印刷线路板热解处理方法在处理过程中能有效回收和利用有用金属，降低环境污染。
本文将对废旧印刷线路板热解处理的可行性进行分析，并探讨其在环境保护和资源回收方面的优势。
一、废旧印刷线路板热解处理的原理废旧印刷线路板热解处理是通过高温环境下的热分解作用，将PCBs内的有机物分解为有机气体和油，再通过冷凝回收油，并利用残留焦炭进行资源回收。
该过程中无需添加任何化学品，同时能够有效地分离金属和非金属成分。
二、废旧印刷线路板热解处理的优势1.资源回收利用：废旧印刷线路板中含有大量有用金属，如铜、铁、锡等。
废旧印刷线路板热解处理过程中能够将这些金属分离回收，并可用于再生电子产品的生产；2.环境友好：传统处理方法往往使用酸浸、焚烧等方法，容易产生大量有毒废弃物和对环境造成严重污染。
而废旧印刷线路板热解处理过程中无需添加化学品，能够有效减少环境污染；3.经济效益：废旧印刷线路板热解处理将有机物分解为有机气体和油，并回收其中的油，这些油可以重复利用。
同时，金属的回收也可以为企业带来经济效益。
三、废旧印刷线路板热解处理的可行性1.技术可行性：废旧印刷线路板热解处理技术已经得到广泛应用并取得了显著成效。
各种试验和实践表明，该技术可以有效回收废旧印刷线路板中的有用金属，并降低有机物的排放量；2.经济可行性：废旧印刷线路板热解处理的经济效益主要来自金属和油的回收利用。
随着金属价格的不断上升以及能源资源的稀缺，该技术的经济前景十分可观；3.环境可行性：废旧印刷线路板热解处理过程中无需添加化学品，能够有效减少有机物的排放和废弃物的产生。
而金属的回收利用也能够减少对自然资源的开采。
结论：废旧印刷线路板热解处理是一种具有可行性的处理方法，它能够回收利用废旧印刷线路板中的有用金属，并且对环境具有较小的影响。
热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析
第15卷第1期2024年2月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.15，No.1Feb. 2024热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析阳宇1， 夏勇1， 王君2， 欧阳少波*1， 熊道陵1， 李立清1（1.江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 341000； 2.商洛学院化学工程与现代材料学院，陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西 商洛 726000）摘要：废旧电路板（SPCB ）是一种典型的有机废弃物，可通过热解技术实现其资源化利用。
采用热重分析技术（TGA ）对其热解特性进行研究，揭示热解过程反应动力学和热力学。
实验在氮气气氛下，考察了不同升温速率（5、10、15 ℃/min ）对SPCB 热失重特性的影响，结果表明热解过程主要发生在250 ~ 400 ℃温度区间，随着升温速率增大，SPCB 热失重（TG ）曲线逐渐向高温方向偏移，在对应的热失重速率（DTG ）曲线中，存在一个明显的失重峰，且峰值温度不断增加，热滞后现象显著。
采用Flynn-Wall-Ozawa （FWO ）模型、Kissinger-Akahira-Sunose （KAS ）模型和Friedman （FM ）模型进行动力学分析，拟合得到平均表观活化能（E a ）分别为168.46、167.31、234.84 kJ/mol ，活化能均随转化率增加而相应增大。
利用FWO 模型对热力学参数进行计算，在相同升温速率下，随着转化率的增大，吉布斯自由能变（ΔG ）逐渐降低，对应的焓变（ΔH ）和熵变（ΔS ）不断增加；在相同转化率时，ΔH 和ΔS 随升温速率增加稍有降低，而ΔG 逐渐增加。
关键词：废旧电路板；热解特性；动力学；热力学中图分类号：TQ524；X784 文献标志码：AKinetics and thermodynamics during pyrolysis of scrapprinted circuit board by TGAYANG Yu 1, XIA Yong 1, WANG Jun 2, OUYANG Shaobo *1, XIONG Daoling 1, LI Liqing 1（1. Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry ， Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ； 2. Shanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources ， College of Chemical Engineering and Modern Materials ，Shangluo University ， Shangluo 726000， Shanxi ， China ）Abstract: Scrap printed circuit board (SPCB) is a typical organic waste, which could be utilized as a resource by pyrolysis technology. The pyrolysis characteristics of SPCB were studied by thermogravimetric analysis (TGA) to reveal the reaction kinetics and thermodynamics during the pyrolysis process. Under N 2 atmosphere, the effects of different heating rates, e.g. 5 ℃/min , 10 ℃/min and 15 ℃/min , on the thermal decomposition behavior of SPCB were investigated in detail. The results observed showed that the pyrolysis process was mainly occurred in the收稿日期：2022-12-01；修回日期：2023-04-09基金项目：江西省自然科学基金资助项目（2020BAB214021）；江西省教育厅科学技术研究资助项目（GJJ200809）；陕西省自然科学基金资助项目（2021JQ-840）；江西理工大学大学生创新创业训练资助项目（DC2022-004）通信作者：欧阳少波（1986— ），博士研究生，讲师，主要从事炭材料应用和废弃资源热转化利用方面的研究。
溴化环氧树脂印刷线路板热分解机理实验研究
（ ｕ ｎ ｚ ｏ ｓ ｔｔ ｏ ｎ ｒｙ Ｃ ｎ ｅｓ ｎ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｏ Ｒ ｎ ｗ ｂｅ ｎ ｒｙａ ｄ Ｇ ｓＨ ｄ ａｅ ｈｎ ｓ ｃ ｄ ｍ Ｇ ａ ｇｈ ｕ Ｉ ｔｕ ｎ ｉ ｅ ｆＥ ｅｇ ｏ ｖ ｒ ｏ ， ｅ ａ ｏａｏｙ ｆ ｅ ｅ ａ ｌ Ｅ ｅ ｎ ａ ｙ ｒｔ ，Ｃ ｉｅｅＡ ａ ｅ ｙ ｉ ｇ ｆ ｃ ｎ ｅ ， ｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０ ｈｎ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｓ Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ ，Ｃ ｉ ） ｅ ａ
文 章 编 号 ： ２ ３２０ （０ ８ ０ －３ １ ５ ０ ５ －４ ９ ２０ ）３０ ７
溴 化 环 氧 树 脂 印 刷 线 路 板 热 分 解 机 理 实 验 研 究
李 飞 ，赵增 立 ，李海滨 ，陈 勇
（ 中国科学 院 广州能源研究所 ， 中国科学 院 可再生能源与天然气 水合物重点实验 室， 广东 广 州 ５ ０４ ） １ ０ ６
维普资讯
第３ ６卷 第 ３期 ２０ ０ ８年 ６月
燃
Ｖｏ． ６ Ｎｏ ３ １３ ． Ｊ ｎ． ２ ０ ｕ ０ ８
Ｊ ｒ ｌｏ ｏｕ ｎａ ｆＦｕｅ ｅ ｉｔｙ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｌ ｙ ｌＣｈ ｍ ｓｒ ｎ ｃ ｎｏｏｇ
Ｏ ｍ ｅ ｈ ｌ ｈ ｎ ｌａ ｄ ｐ ｍ ｅ ｈ ｌ ｈ ｎ ｌａ ｅ ｍ ａ ． － ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｎ － ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｄｅ ｒ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｐ ｎ ｅ ｉ ｕ ｔｂ ａ ｄ ；ｂ ｏ ｎ ｔ ｄ ｅ ｏ ｙ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｒ ｔ ｄ ｃｒ ｉ ｏ ｓ ｒ ｍｉ ａｅ ｐ ｘ ｅ ｉ ｈ ｒ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｓ ｉ ｎ；Ｔ Ｆ Ｉ ｃ ｒ ｎ；ｔ ｅ ｍ ｌ ｅｏ ｏｉｏ ｔ Ｇ— Ｔ Ｒ；Ｐ — ｙ ＧＣ／ Ｓ Ｍ
印刷线路板废弃物的热解与动力学实验研究
Ｋｅ ｒ ｐ ｉ ｔｄ ｃ ｒｕｉ ｂ ａ ｄ ｙ ｗｏ ｄｓ ｒｎｅ ｉｃ ｔ ｏ ｒ ｓ；ｗａ ｔ ｓ ｙ ｏｙ ｉ ｓｅ ；ｐ ｒ ｌ ｓｓ；ｋｉｅ ｉｓ ｎ ｔｃ
印刷 线路 板 Ｐ Ｂ（ ｒ ｔｄｃ ｃ ｉｂ ａｄ ） Ｃ ｐ ｎｅ ｉ ｕｔ ｏｒｓ 是一 种 窖 、 送 床 、 ｉ ｒ 输 固定 床 和 移 动 床 等 。Ｃ ｅ ｈ ｎ等 … 和 孙
ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｍａｎ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓｏ ｈ ａ ｅ ｉ ｅ ｒ ｍ ＣＢ ａ ｅ Ｈ２ａ ｄ ＣＯ２ａ ｈ ａ ａ ｏ ｒｈ ａ ｉ ｇ ｖ ｌ ｅ ａ ｅ ｔ ａ ｈ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｆｔ ｅ ｇ ｓｄ ｒｖ ｄ ｆｏ Ｐ ｒ ｎ ｎｄ ｔ ｅ ｇ ｓ ｈ ｓａｌ ｗｅ ｅ ｔｎ ａｕ
Ａｂ ｔ ｃ Ａ ｔｂ ｌ ｒａｅａ ｄｔｅｍ ｇａｉ ｅ ｙａ ａ ｓ Ｔ Ａ）ｗ ｓｕｅ ｖ ｓｇｔ ｔｅ ｈ ｒｃ ｒ — ｓ ａ ｔ ｕａ ｆ ｎ ｃ ｎ ｒ ｏ ｒ ｍ ｔ ｎｌ ｉ Ｇ ｒ ｕ ｒｕ ｈ ｖ ｒ ｙ ｓ（ ａ ｓｄｔ ｉ ｅｔ ａｅ ｈ ａａｔ ｉ ｏｎ ｉ ｃ ｅｓ
分 是 Ｈ 和 Ｃ ，气 体 的热 值 较 低 ， 为 ２ ０ ５ ４ Ｊ ｍ ， Ｃ ， Ｏ， 仅 ． ９～ ． １Ｍ ／ Ｐ Ｂ不 适 合 以气 体 产 物 为 目标 的能 源 利 用 方 式 。应 用 Ｆｉｄ ｎ ｒ ｍａ ｅ
方法 对 Ｐ Ｂ的热解动力学进行 了研究 ， Ｃ 求得 Ｐ Ｂ的热解动力 学参数 分别是 ： Ｃ 表观活 化能 １０ ９ Ｊｍ ｌ反应级 数 ５９ ， ９ ．２ ｋ／ ｏ， ・ ７ 指
（ 中国科学 院广州能源研究所 ， 广州 ５０ ４ ） １６０
摘 要 分 别 应 用 管 式 炉 反 应 器 和 热 重 分 析手 段 对 印 刷 线 路 板 废 弃物 的热 解 行 为 和 热 解 动 力 学 进 行 了 实 验 研 究 。 在
印刷线路板废弃物的热解及其产物分析
厚度 ３Ｘｎ的 印刷 线路 板 层 压板 ， 中 国船舶 总 公 司 ｉ ｌ ｌ 由
７９所 印刷 线路 板 厂 提供 。主要 成 分 为 双 酚 一 型环 ０ Ａ
氧 树脂 、 玻璃 纤 维增 强 材料 ， 时采 用有 机 溴 化物 和 同 Ｓ ）３阻燃 剂 以及 其 它 无 机 填 料 。样 品从 一 批 料 中 ｂ０
真空管 、 流化床 、 回转窑等装置上进行 Ｊ 。但有关
印 刷线 路 板 热解 以及 固体 、 体 和气 体 产物 回收 利 液
表 １ 印 刷 线 路 板 的工 业 分 析 和 元 素 分 析
Ｔａ ｌ Ｕ ｔ ａ ｅ ａ ａｙ ｉ ａ ｄ ｐ ｏ ｉ ａ ｅ ａ ａｙ ｉ ｏ ｒ ｔｄ ｃｒ ｕ ｔ ｏ ｒ ｂｅ１ ｌ ｍ ｔ ｎ ｌ ｓ ｎ ｒｘ ｍ ｔ ｎ ｌ ｓ ｆｐ ｎｅ ｉ ｉ ｂ ａ ｄ ｉ ｓ ｓ ｉ ｃ
印刷 线 路 板 废 弃 物 的 热 解 及 其 产 物 分 析
孙路 石 ，陆继 东，王世 杰 ，曾 丽 ，张
（ 华中科技大学 煤燃烧 国家重点实验室 ， 湖北 武汉
娟
４０ ７ ） ３０４
关键词 ：印刷线路板 废弃物 ； 热解 ； 产物 分析 ；热解终 温（ｌｒ ； Ｆ ） 颗粒 尺寸 Ｐ
刷线 路 板 的热 解 试 验 研 究 ， 入 研 究 了 液体 和 固 体 深
产物 的组成 和性 质 ， 讨 了热 解 产 物 再 利 用 的 可 能 探
途径 ， 分析 了不 同 热解 终 温 和 样 品粒 径 等 热 解 条 件 对 热解 产 物 产率 的影 响 。
ｌ 实验装 置和方 法
产生 即有 热断 裂 发 生 时温 度 为止 （ ０ ， 采 用 一３０ｏ 并 Ｃ）
典型废旧家电印刷线路板热失重特性和热解动力学模型
典型废旧家电印刷线路板热失重特性和热解动力学模型马洪亭;王明辉;王芳超;郝夙枫;杨国利;张于峰;邓娜【摘要】用热重法研究了废旧电视机、电脑、手机和洗衣机4种典型家电印刷线路板的热解特性,发现在相同条件下不同印刷线路板的热解起始温度、终止温度、最大失重速率、峰温和反应时间随升温速率的变化规律一致,但总失重率存在着较大差异.建立了不定温条件下非均相反应的热解动力学模型,用Kissinger法和形状因子法求解了4种典型家用电器印刷线路板的表现动力学参数E、A和n.彩电:E=103.09 kJ/mol,A=8.17×108/min,n= 1.73;洗衣机:E =98.15kJ/mol,A=1.50×108/min,n=2.73;手机:E=78.79 kJ/mol,A=2.48×106/min,n=3.56;电脑:E=101.31 kJ/mol,A=2.96×108/min,n=1.77.由动力学模型计算出的转化率与实验值之间能够较好地吻合.%The thermogravimetric characteristics of printed circuit boards (PCBs) from waste color televisions, computers, mobile phones, and washing machines were studied using thermogravimetry in strict pyrolyisis conditions. The results indicated that the variations of initial temperature, finial temperature, maximum weight loss ratios, peak temperature, and reaction time with heating rate are similar for different printed circuit boards. However, the total weight loss ratios have an obvious difference for different printed circuit boards in the same conditions. Based on the assumptions of non-isothermal and heterogeneous reactions, a kinetic mode was established, and the apparent kinetic parameters for different printed circuit boards were obtained with Kissinger method and shape index method. The activation energy E, the pre-exponential factor A , and the reaction order n were :103.09 Kj/mol, 8.17×108 /min, and 1.73 for color television PCB,98.15kJ/mol, 1.50×108/min, and 2.73 for washing machine PCB, 78.79Kj/mol, 2.48×06/min, and 3.56 for mobile phone PCB, 101.31 k/mol,2.96×108 /min, and 1.77 for computer PCB, respectively. The conversion calculated agreed quite well with the ex perimental data.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2011(044)007【总页数】5页(P602-606)【关键词】典型废旧家电;热失重特性;印刷线路板;动力学模型【作者】马洪亭;王明辉;王芳超;郝夙枫;杨国利;张于峰;邓娜【作者单位】天津大学环境科学与工程学院,天津300072;天津大学环境科学与工程学院,天津300072;天津大学环境科学与工程学院,天津300072;天津大学环境科学与工程学院,天津300072;天津大学环境科学与工程学院,天津300072;天津大学环境科学与工程学院,天津300072;天津大学环境科学与工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】O621.259随着电视机、洗衣机、电脑、手机等家用电器的普及和更新速度的加快，产生的废旧家电越来越多．由于其中的印刷线路板(printed circuit boards， PCBs)含有大量可回收利用的铜、锡、铅、金、玻璃纤维等金属和非金属，其处理技术和处理方法的研究越来越受重视[1-3]．火法冶金、湿法冶金和机械物理法[4-7]等处理方法，虽然技术比较成熟，但在处理过程中会产生严重的二次污染，而且金属回收率低、非金属材料无法回收，所以应用受到限制．热解法由于具有处理工艺简单、处理过程比较环保、金属和非金属回收率高等优势，近年来已成为废旧印刷线路板回收技术研究的热点[8-11]．文献[12-15]研究了未经使用的印刷线路板基材的热失重特性与动力学规律．笔者以彩电、电脑、手机和洗衣机4种典型废旧家电印刷线路板为研究对象，用差热-热重联用分析仪进行了热失重实验，研究了热解特性，并在此基础上建立了热解动力学模型，用Kissinger法和形状因子法求解了4种典型家用电器印刷线路板的表观动力学参数E、A和n.1.1 实验样品实验用印刷线路板是从市场上收购的废旧彩电、电脑、手机和洗衣机经拆解获得．热失重实验时，为消除物料内外温差和传热传质的影响，实验前将各种线路板分割成3,mm×3,mm大小左右的小颗粒，每次实验的样品质量在25～33,mg之间不等．1.2 实验仪器和实验方法热失重实验是在日本岛津公司生产的DTG-60H型差热-热重联用分析仪中完成的，仪器的测温范围是室温至1 500,℃，温度分辨力为0.1,℃．电子天平的灵敏度为±0.001,mg，量程为±500,mg，测量精度为±1%．用于盛放实验样品和参比物的坩埚由耐高温的Al2O3材料制成，参比物为高纯度的Al2O3白色粉末．为保证热解过程中炉内的绝氧条件，实验过程中一直向设备中通入压力为0.3,MPa的高纯度的N2，N2流量为30,L/min．升温速率分别控制在10,℃/min、20,℃/min、30,℃/min和40,℃/min，热解终温统一设定为800,℃．实验基本参数、热失重曲线和差热曲线被自动记录和保存在电脑中．为研究废旧彩电、洗衣机、电脑和手机4种典型家电印刷线路板的热解特性，在升温速率β分别为10,℃/min、20,℃/min、30,℃/min和40 ℃/min的条件下进行热失重实验，并对获得的TG曲线和DTG 曲线进行分析，得到表征4种典型家电印刷线路板热解特性的起始温度t0、终止温度tf、最大失重速率峰温tp和反应时间τ 等参数，见表1．从表中数据可以看出，彩电和手机印刷线路板的热解过程为2步反应，有2个峰温．电脑和洗衣机的热解过程为单步反应，有1个峰温；由于不同家电线路板的组成成分不同，热解后总的热失重率有比较大的差异；在扣除线路板中不参与热解的金属成分后，废旧彩电印刷线路板的热失重率最大，为67.77%，废旧手机印刷线路板的热失重率最小，为26.82%．废旧印刷线路板的热解过程比较复杂，一般包括解聚反应(拉链降解)、无规断裂和低分子物质的脱除等，甚至还伴随着裂解后分子的重整．根据文献[16]，该过程可看成是不定温、非均相反应，其动力学方程可表示为式中：α为转化份额，%；T为热力学温度，K；k( T)为反应速率常数，是温度的函数．根据Arrhenius方程，k( T)=Aexp(−E/ RT)；f(α)为反应机理函数，对于固体热分解反应，一般认为反应速率与反应物浓度成正比，即f(α)=(1−α)n．因此，可得热解反应动力学微分方程为式中：E为反应活化能，kJ/mol；A为指前因子，min-1；R为摩尔气体常数，8.314,J/(mol·K)；n为反应级数．热解动力学研究的目的在于求解描述热解反应的上述方程中的“动力学三因子”(kinetic triplet)E、A和n．通过将方程(2)两边对时间τ求导，并结合等条件，可得方程对方程(3)两边取对数，可得Kissinger方程由ln做图，可得到一条直线，由直线斜率可求出E值，由截距可求出A值．图1～图4分别为根据彩电、手机、电脑和洗衣机印刷线路板的热失重实验数据得到的图．通过对图1～图4中的4条直线进行最小二乘法回归，可以得到相应的直线方程，根据直线的截距(intercept)和斜率(slope)可以求出相应的活化能E、指前因子A和相关系数r，见表2.反应机理函数中的反应级数n可式以根据每种线路板的DTA曲线的形状因子S，由公彩电、手机、电脑和洗衣机4种典型废旧家电印刷线路板的表观动力学参数E、A、n及相关系数r，汇总于表2中．计算结果表明，不同家电的印刷线路板，由于组成成分和生产工艺不同，其热解过程的表观动力学参数不同；同一种线路板的不同失重阶段，由于热解成分不同，热解的难易程度不同，导致其表观动力学参数也不相同．一般第2步热解要比第1步热解更为困难，需要消耗更多的能量，因此，彩电和手机第2步热解的活化能大于第1步热解的活化能．对方程(4)进行整理，两侧在0～α和0T～T之间积分，得方程(5)左边称为转化率积分函数，令，则有方程(5)右边称为温度积分，数学上无解析解，只能求得近似解．本文采用Doyle近似式求解．图5和图6分别为升温速率β＝20,℃/min时得到的彩电和电脑线路板热解动力学模型和实验数据之间的对比结果．从图中可以看出，彩电和电脑印刷线路板的热解动力学模型计算值与实验值之间吻合得比较好，说明本文所选的热解机理函数与热解动力学规律一致，是最概然函数．由热重实验数据和形状因子法计算出的表观动力学参数反映了热解过程的真实情况．(1)彩电、洗衣机、手机和电脑4种典型废旧家电印刷线路板的热解起始温度、终止温度、最大失重速率、反应时间、峰温随升温速率的变化规律相似，但总失重率之间存在着较大的差异．(2)用Kissinger和形状因子法求出了动力学三因子，分别为，彩电：E＝103.09,kJ/mol，A＝8.17× 108,/min，n＝1.73；洗衣机：E＝98.15,kJ/mol，A ＝1.50×108,/min，n＝2.73；手机：E＝78.79,kJ/mol，A＝2.48×106/min，n＝3.56；电脑：E＝101.31,kJ/mol，A＝2.96×108,/min，n＝1.77．而且由动力学模型计算出的转化率与实验值之间吻合较好．【相关文献】［1］李红军，孙水裕，邓丰，等. 热解处理废旧线路板方法的研究进展[J]. 中国资源综合利用，2009，27(4)：15-18.Li Hongjun，Sun Shuiyu，Deng Feng，et al. Discussion on dealing with printed circuit boards scrap by pyrolysis method[J]. China Resources Comprehensive Utilization，2009，27(4)：15-18(in Chinese).［2］甘舸，陈烈强，彭绍洪，等. 废旧电子电气设备回收处理的研究进展[J]. 四川环境，2005，24(3)：89-93.Gan Ge，Chen Lieqiang，Peng Shaohong，et al. Progress in recycling treatment of waste electronic/electrical euipment[J]. Sichuan Environment，2005，24(3)：89-93(in Chinese). ［3］ Huang Kui，Guo Jie，Xu Zhenming. Recycling of waste printed circuit board：A review of current technologies and treatment status in China [J]. Journal of Hazardous Materials，2009，164(2/3)：399-408.［4］ Reddy R G，Mishra R K. Recovery of precious metals by pyrometallurgical processing electronic scrap[C]// Proceedings of the Eleventh International Precious Metals Institute Conference. USA：Int Precious Metals Inst，1987：135-146.［5］ Oishi T，Koyama K，Alam S，et al. Recovery of high purity copper cathode from printed circuit boards using ammoniacal sulfate or chloride solutions[J]. 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２ １ 年 第 ２期 ０１
第 ３ 卷 总第 ２４ ８ １ 期
广
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化 工
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印刷 线 路 板 热 分解 反 应 动 力 学研 究
胡利芬，彭坚
（ 广州 电器科学研究院，广东 广州 ５０ ０ ） １３０
【 要】 用热基 法 研究 了 印刷线 路 板（Ｒ 摘 采 Ｆ ４板） 热分 解 反应 过程 ，并通 过迭 代 的等 转化 率法 和 主 曲线法 求算 得 到 了 Ｆ ４板 热解 过程 的 动力 的 Ｒ 学 三 因子 。 研究 发现 ：Ｆ ４板 呈一 段 热解 ，热 解 温度 区间约 为 ３ ０４ ０ ℃，并 在 ３ ０ ３５ ℃温度 区 间达 到最 大热 解速 率 ；热解 反应 的活 化能 为 Ｒ ２－ ３ － ５－ ８ － １９ ８ｋ／ Ｌ ３ ． Ｊ ９ ｍｏ ，指前 因子 ｌＡ为 ２ ． ～ ６７ ，动 力学 机理 函 数 的积 分形 式为 Ｇｄ＝ １ ） 。 ｎ ６３ ２ ． ６ ０ （）（一 。 ｄ 【 关键词】 印刷线路板；热分解 ；等转化率法；主曲线法；动力学三因子 【 图分 类号 ］Ｑ 中 Ｔ ［ 献标 ￣＇ ］ 文 Ｌｌ Ａ ｑｆ ￣ 【 章编 号”０７１６ （０ １ ２０ ４ －３ 文 ０ －８５２ １） —０ ３０ ０
ｔｅ ｉｅ ｃｅ ｕ ｔ ｎｗ ｓＧ ）（ ．） ． ｈ ｎ ｔ ｑ ａｉ ａ ： １ ～ ｋ ｉ ｏ ｎ
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印刷线路板 是各类 电子产 品中不可缺少 的重要部件 ， 广泛 应用于计算机及元 器件、通 讯设备、测量和控制仪器仪 表、家 庭 电子用具 等领 域 。 随着 电子工业 的迅猛 发展 ， 废弃线路板 的 数量急剧增加 ， 如何 处理 急剧增加 的废 弃线 路板是世界各 国普 遍关注 的问题 。传 统处理技术 ，如 ： 焚烧 法、填埋法 等都会造 成直接或 间接 的空气污染 ， 其处理费 用也相对昂贵 。 热解 法作 为一种较新 的处理技术 ， 具有污染排放低 和能源 回收率高 等优 点 ，近年来得 到广 泛应用…。我 国热解技 术处理线路板还 处于 起步阶段 ， 基础 数据的缺乏减缓 了大 型设 备研发进程 ， 而阻 进 碍 了热解技术推 广应用 。 针对这一现 状 ， 文章采 用热重法进 行 了线路板 的非等温热解试验研 究， 通过 试验分析 了线路板 的热 解特性参数 ， 究了有机 组分的热解 动力 学特性 ， 研 以期 为线路 板的热处理技术提供 理论依据 。
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