电子废弃物对周围环境的危害和资源回收的意义

摘要：介绍了国内外电子废弃物的现状，并阐述了电子废弃物对周围环境的危害和资源回收的意义，详细介绍了火法冶金、湿法冶金和机械处理法3种提金技术。

关键词：电子废弃物，资源化，提金，火法冶金，湿法冶金，机械处理法

电子废弃物（亦称电子垃圾）主要是指人们在日常生活中淘汰或报废的电视机、电冰箱、洗衣机、空调器、个人电脑、手机、游戏机、收音机、录音机等各种家用电器及电子类产品。随着信息科学技术的高速发展，电子类产品的更新换代年限在不断缩短，被淘汰的电器、电子产品数量也在不断大幅增长。在欧盟发表的一份有关电子废物的报告中指出，电子垃圾每5年便增加16%～28%，比总废物量的增长速度快3倍，电子垃圾已成为城市垃圾中增长最快的垃圾[1]。目前，世界各国政府普遍为电子垃圾产量大且处理回收困难而感到困扰。

1国内、外电子废弃物现状

1.1电子废弃物的产量

来自国家统计局的资料显示，目前我国家电类社会保有量电冰箱约为1.3亿台，洗衣机约1.7亿台，电视机约3.5亿台。[2]手机、电脑作为新时代的宠儿，其保有量更是大幅度增长。中国信息产业网发布的《中国手机产品数据分析报告》表明，截至2003年年底，中国的移动用户达到2.6869亿，2003年中国手机销售量为6045万部，比头一年增长了约10%[3，4]。而根据赛迪网赛迪IT市场情报中心撰写的一份市场研究报告则表明，截至2003年7月，中国个人电脑保有量已经达到3935.55万台，其中仅2003年就销售个人电脑1267.1万台[5]。根据有关专家对电子产品的测算，普通家用电器的更新周期为8～10年，电脑的更新周期为3～5年，而手机的更新周期仅为18个月，可以预测将来我国每年被淘汰的冰箱、洗衣机、电视机、电脑等将达到500万台左右，手机则将达到千万部，并且这数量还将逐年增加。[2]我国现有主要电子产品的社会保有量及每年预计的排放量见表1。

表1我国的主要家电及电脑的社会保有量及预计排放量

美国、日本和西欧等国家同样存在电子废弃物大量排放的情况。美国在1998年就已经有2060万台电脑报废，据美国国家安全局的专家估计到2005年每一台新电脑投放市场就有一台旧电脑被淘汰，可以预测从2005年起美国每年废弃的旧电脑将不低于1亿台。日本电脑拥有量居世界第二，仅次于美国，根据2001年日本的统计数据表明该年日本仅淘汰的废旧电脑总质量就为8万t，相当于450万台台式电脑，日本每年产生的电子废弃物更是不低于60万t。而在欧洲，每年约有600万t电子垃圾充斥垃圾场，其中德国约180万t，法国约150万t，芬兰10万t[6]。另据美国Computer Industry Almanac（CIA）调查公司于2002年3月公布的一项关于个人电脑使用情况的调查报告表明，2001年在全球使用的个人电脑已经超过了6亿台，而且这个数字在今后6年间将以年均11.43%的速度增加，到2007年将达到11.5亿台。可以预测不久的将来，废弃电脑将成为电子垃圾中比重最大的一部分[7]。

1.2电子废弃物的特征及其危害

电子垃圾跟一般的固体废弃物相比，有两个显著的特征：一是体积普遍庞大，如电视机、冰箱、洗衣机、电脑等；二是大部分电子产品含有多种对人体健康和周围环境有害的物质。如电冰箱的制冷剂CFC-12和发泡剂CFC11是破坏臭氧层的物质；电视机的显像管具有爆炸性，含有铅，荧光屏含有汞等；电子废弃物中废电池的危害更具有潜在性和长期性，一粒纽扣电池能污染6×105L水（相当于一个人一生的用水量），而一节一号电池的溶出物就足以使1m2的土壤丧失农业价值[8]。各电子废弃物中的有害成分见表2。

表2电子废弃物中的有害成分[9]

而在现代生活、办公中不可缺的电脑对环境的危害则更为巨大。据有关资料指出，一台普通的个人电脑含有700多种化学成分，其中约一半是对人体有害的化学物质：机壳塑料上涂的防火制剂是有毒的；显示器的阴极射线管（CRT）里铅的含量达27%，印刷电路板（PCB）上也涂了铅；半导体、SMD芯片电阻和紫外线探测器中含有铜；开关和位置传感器中有汞；铁机箱中有铬；电路板中有溴化阻燃剂；电池中有镍、锂、镉和其他金属；而电线和老式包装套中则有聚氯乙烯[10，11]。众所周知，以上物质对人体和环境的危害都是极大的，如铅对人体内的大多数系统均有危害，可以损伤血液系统、神经系统和肾脏；六价铬会透过皮肤，经细胞渗透，微量便会造成严重过敏，更可能引起哮喘，破坏DNA；汞则会破坏脑部神经[8]。这些体积庞大而且含有各种剧毒物质的垃圾若是采用普通的卫生填埋法处理，不仅使垃圾填埋场的土地资源更趋紧张，而且大量重金属汞、镉、铬等渗漏到土壤和地下水富集将对环境造成危害甚至威胁人类的生存环境；若是采用焚烧法处理则卤素阻燃剂、聚氯乙烯、聚丙烯等塑料燃烧将排放大量的有害气体，对环境造成二次污染。

广东省潮阳市贵屿镇就是一个惨重的教训。贵屿原来是一个以农业生产为主的小镇，在20世纪90年代后期，由于当地农民发现回收废旧电器（主要是电脑）有利可图，纷纷私建手工小作坊回收废旧电脑。这里每天都有成千上万台废弃的电脑从珠江三角洲、甚至美国西海岸运进来，导致贵屿成为全国罕见的废电脑垃圾场。贵屿处置废旧电脑是用传统的手工方法，工人用手工把旧电脑拆开，分选出好的电子板卡拿去二手市场出售；其他电路板则放到硝酸池中浸泡，以从中回收Au、Ag、Cu等金属，不能利用的电脑部件则被随意丢弃在河边、田头，根本不作任何处理。由于电脑部件中含有Cd、Cr、Pb、Hg等多种重金属，这些重金属渗漏到土壤并富集，使当地水源遭到严重污染，以至当地饮用水有害物质指标超过世界卫生组织规定的饮用水标准的190倍，居民们不得不用卡车从30公里以外的地方拉水喝[12]。可见，对电子废弃物的管理及回收已成为各国环保工作者的头等大事。

1.3电子废弃物资源回收的可行性及其意义

任何事物都具有两面性，对人类环境和身心健康有巨大危害的电子垃圾也不例外。金、银、钯、铂等贵金属及其合金具有优良的导电特性、柔韧性和高强度性，被广泛应用于电子电路板中电极引出端、金属线节点、电子节点等地方。瑞典的Ronnskar冶炼厂分析了个人计算机（PC）中使用的印刷线路板的元素组成，分析结果表明，印刷电路板PCB中普遍含有贵金属金、银、钯及有色金属铜、锌、铁等，其中铜的含量高达26.8%，这些金属主要存在于PCB中的二极管、晶体管和集成电路等电子元器件中[13]。由于贵金属具有稀有、难提炼和高价值的特性，若从电子垃圾中提取回收这些贵金属，不仅可以节省有限的自然矿产资源，还能获取不菲的经济效益。研究表明平均生产lt电脑及部件要用去大约0.45kg黄金，270kg 塑料，128.7kg铜，1kg铁、58.5kg铅，39.6kg锡，36kg镍，19.8kg锑，还有钯、铂等贵重金属，仅这0.45kg黄金，价值就达到6000美元[14]。而根据文献资料，美国和西欧1983年仅在电子工业中金的消耗量就达到189吨。这20年来电子工业产业的发展势头更是迅猛，其黄金消耗量也不断增加。可见，对电子废弃物资源回收利用，不仅可以降低垃圾填埋的负荷节省土地资源，同时在资源回收过程中对有害物质如汞、镉、铬、卤素阻燃剂等物质加以分离可以减轻对环境造成的污染，有利于环境保护，而且还可以为社会创造一定的财富。

2电子废弃物资源化技术

电子废弃物的资源化回收可以追溯到1969年，当时美国矿业局（USBM）尝试从废弃军事

设备的破碎产品中回收贵金属，并建成了处理量达0.23t/h的中试厂。其处理方法主要为机械方式，处理流程为：废弃军事设备经锤式磨破碎后，再经气力分级，磁选除铁，涡流分选等作业回收铜—铝合金，再用电选机回收金属富集体[15]。1986年，美国国家矿物局组织研究开发电子废物处理及贵金属回收新工艺，包括手工拆卸、机械处理、火法冶金、湿法冶金、生物技术冶金及电冶金等技术[16]。

从电子垃圾中回收贵金属的方法可以概括为化学法、物理法和生物技术法。化学法又可分为：火法冶金、湿法冶金、电解法提取、硫酸法、硫尿法等工艺技术。物理法主要有机械破碎、空气分选和磁性吸附等多种方法。化学方法一直是广泛应用于提取电子废弃物中金、银等贵金属的成熟方法，物理方法通常是作为辅助手段和化学方法一起用的。生物技术实质是利用细菌浸取电子垃圾中的贵金属，目前仍处于研究中，未见有实际应用的报道。这里着重介绍一下传统的火法冶金技术、湿法冶金技术以及在国外电子废弃物回收工厂应用广泛的机械处理回收技术。

2.1火法冶金技术

火法冶金实质是一种最古老的炼金方法。火法冶金从电子废弃物中回收贵金属是20世纪80年代应用最广泛的技术，基本原理是利用冶金炉高温加热剥离非金属物质，贵金属熔融于其他金属熔炼物料或熔盐中，再加以分离。非金属物质主要是电路板有机材料等，一般呈浮渣物分离去除，而贵金属与其他金属呈合金态流出，再精炼或电解处理。火法冶金的提取贵金属的工艺流程如图1[17]。火法冶金有焚烧熔出工艺、高温氧化熔炼工艺、浮渣技术、电弧炉烧结工艺等。火法冶金提取贵金属具有简单、方便和回收率高的特点，但是由于存在有机物在焚烧过程中产生有害气体造成二次污染、其他金属回收率低、处理设备昂贵等缺点，目前该方法已经逐渐淘汰。

图1火法冶金提取贵金属的工艺流程

2.2湿法冶金技术

湿法冶金是目前应用较广泛的从电子废弃物中提取贵金属的技术。湿法冶金技术早在20世纪70年代就已经被西方发达国家采用，英国JahsonMatthey电子有限公司在70年代末就开

始研究从印刷电路板上回收贵金属，并提出了一个初步的回收工艺。80年代后，由于人们对环保的重视和从电子废物中回收贵金属已变得有利可图。许多科研工作者开始从事这方面的研究，并取得技术上的突破与进步，使湿法冶金提取贵金属技术日趋完善。如前西德中央固体物理与材料研究所的Gloe，K等于20世纪90年代初研究推出的硝酸——盐酸/氯气联合浸取工艺[18]；1996年巴西圣保罗大学的SoaresTenorio等在前人的研究基础上改进推出的一项浸取工艺，该工艺针对影响贵金属浸取的其他有色金属采用有效的物理方法——重力分选、磁选和静电分选将它们有效分离，使后面的浸取工艺简化，浸取率提高，在生产实际中得到应用[19]。湿法冶金技术的基本原理主要是利用贵金属能溶解在硝酸、王水和其他苛性酸的特点，将其从电子废物中脱除并从液相中予以回收。以下是一套应用较广的从电子废弃物湿法冶金提取贵金属技术，其工艺原理和流程图见图2[16]。湿法冶金与火法冶金相比，具有废气排放少、提取贵金属后的残留物易于处理、经济效益显著、工艺流程简单等优点，是当前应用最广泛的技术，而且目前该技术仍在不断发展进步。

图2湿法冶金提取贵金属的工艺流程

2.3机械处理法回收技术

机械处理法是发展历史最久、应用最广泛的从电子废弃物的回收金属的方法。目前，在瑞典、德国、日本、加拿大以及美国等都建有专门处理回收电子废弃物的工厂，采用各种机械处理法从废弃电视机、冰箱、电脑等废弃电器中回收塑料、玻璃、金属等材料。

日本在电子废弃物资源化研究一直处于领先地位。日本在1998年颁布了《家电再生法》，并于2001年4月开始对电视机、洗衣机等四大家电实施，要求电器制造商自行（或委托）建立废弃产品再生利用工场，消费者必须将废家电交给零售商，以便于回收而不得随意抛弃。目前，日本的知名企业如富士、松下、东芝和日本电气株社会社（NEC）等普遍建有自己的

家电回收再生产工场，其处理能力从20万台/年至100万台/年不等，其中以NEC公司技术较为成熟[20]。日本电气株社会社（NEC）公司早在20世纪90年代初就开始对废弃家电进行机械回收利用，到2000年已扩展为年处理1000t以上废弃电器的再生利用工场。日本NEC 公司开发的处理工艺如图3[21]。其特点是采用两段式破碎法，利用特制破碎设备将废板粉碎成小于1mm的粉末，铜尺寸远大于玻璃纤维，此时铜可以很好地离解。再经过两级分选可以得到铜含量约82%的铜粉，通过这种方法，铜的回收率达到94%。树脂和玻璃纤维的混合粉末主要在100～300mm，则可以用作油漆、涂料和建筑材料添加剂。

图3日本NEC公司开发的废弃线路板处理工艺

3电子废弃物回收利用的几个实例

意识到电子垃圾中隐藏的巨大商机，现在国外很多公司已经将电子废弃物回收处理作为一项主营业务，国内也有公司在做这方面的尝试，并取得了成功。德国是对电子废弃物进行综合回收利用较早的国家。目前德国有Kamet Recycling Gmbh（公司）、Trischlerund Partner Gmbh （公司）以及Daimler-Benz Ulm Research Centre等多家处理电子废弃物的回收中心。Daimler-Benz Ulm Research Centre开发了四段式处理工艺：预破碎、液氮冷冻后粉碎、分类、静电分选[22]。这种方法具有三个特点：（1）液氮冷却有利于破碎；（2）破碎时会产生大量的热，在整个粉碎过程中持续通入-196℃的液氮可以防止塑料燃烧（氧化），从而避免形成有害气体；（3）以前的工艺在分离小于1mm的细粒时一般就达到极限，而公司研制的电分选设备可以分离尺寸小于0.1mm的颗粒，甚至可以从粉尘中回收贵重金属。即使贵金属的含量很少，采用这种方法还可以获得一定的经济效益，目前回收这种废物的纯利润近3500德国马克/t。加拿大魁北克省诺兰达矿产公司（Noranda MineralsInc），原来是一家专门处理精矿石的冶炼厂，1972年该公司建造了诺兰达反应器，开始回收电子废弃物并把再循环作为一个重要的业务板块。诺兰达公司回收的电子废弃物往往要检查两次：一次在诺兰达公司接收站，然后在冶炼厂本身再次检查——将收进来的电子产品进行检查和筛选，剔除那些可能含有多氯联苯（PCBs）、汞或放射性的部件。检查完毕，这些可再循环物品与铜精矿混合，然后加进诺兰达法反应器进行精炼。诺兰达铜冶炼厂1993年处理了10多万t再循环材料，回收：34000t铜、123t银、7.1t金和5t铂与钯。如果把诺兰达公司的再循环设施归入矿山一类，则它占加拿大开采的铜的5%，黄金的35%，白银的14%和铂族金属的37%。1993年，这家冶炼厂从78万t铜精矿和可再循环材料生产了19.5万t铜，获利不菲，并使它成为世界上最大的铜与贵金属再循环企业之一[23]。

我国广东清远进田公司引进国外（德国）成套设备和技术，建立了从电子垃圾中提取贵重金属的生产线。其处理工艺为：预选过的电子废弃物经过粉碎、研磨、重力分选几道工序之后，废旧电脑、电缆便被分解成铜粒、玻璃纤维粉末、塑波粉末，这些电子垃圾粉末通过重力摇床分选，铜、锡、钯等金属分离出来。据进田公司人员介绍，公司每处理1t电子垃圾可以赢利500～600元人民币。

4结论

信息产业的发展使得人们的生活发生日新月异的变化，随之而来的成千上万吨的电子垃圾也严重污染了我们的土壤、大气和水等自然环境资源。电子垃圾中金、银、铜等等有用物质的资源回收由于具有经济效益，受到普遍重视。前面所述的湿法冶金和火法冶金（传统氰化法）提金技术虽然金的提取率较高，但引起的环境污染也很严重，很多有害物质如铅、汞、铬、镉等重金属由于难分离、回收效益不高，而被废弃流入自然环境，严重危害了我们周围的环境；而机械处理回收则存在处理设备基建费昂贵，且能耗大的问题。因此，对电子废弃物的处置仍是各国环保专家面临的严峻问题，而电子废弃物无害化回收技术则是电子垃圾资源回收的主要研究方向。