廢棄印刷線路板的熱解機理及產物回收利用的試驗研究.pdf

1、華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文摘 要伴隨著科學技術的飛速發(fā)展，電 子產品的數量急 劇增加而且使 用周期不斷縮短，當今世界正面臨著前 所未有的電 子廢棄物浪潮。 越來越嚴格的 法律法規(guī)對電 子廢棄物的 處理與回收提出了 更高的要求， 日 益增長的 環(huán)境保護意識也推動了電 子廢棄物的回收處理工作的 開展。 其中， 作為 一種數量巨 大的典型電 子廢棄物， 廢棄印 刷線路板的合理處置及回收是一個相當復 雜的問 題， 正引 起世

2、界各國研究者的 廣泛重視。 但是目前我國的相關的基礎研究還十分缺乏。本文首先概述了目 前國際上用于處理廢棄印刷線路板的主要技術方法， 對不同處理方法的 優(yōu)勢及存在的問 題進行分析與評價。 在對廢棄印 刷線路板的結構和組成特性深入分析的 基礎上， 結合熱解技術在固體廢棄物處理過程中 所具有的固有優(yōu)勢， 提出采用熱解法進行廢棄印 刷線路板處理與資源化回收的 研究思路， 在試驗研究的基礎上進行可行性的 科學論證。 本文主要從以 下幾個方面開展

3、研究:深入研究金屬和非金屬成分的物化性質的變化行為對于印 刷線路板處理技術的選擇和處理系統(tǒng)的完善具有重要意義。 本文從定性和定量的角 度確定了廢棄印 刷線路板上主要成分的物理化學特征。 研究了 廢棄印刷線路板的主要成分在機械處理過程中的 物理性質的變化。 研究表明， 顆粒的粒徑分布、 形狀、密度等物理性質對不同 物質的分離與釋放特性具有重要影響。本文選擇使用廣泛、 具有代表性的F R - 4型印刷線路板作為研究對象， 分別在實驗室管式爐

4、試驗臺架和熱天平上 進行熱解實驗， 考察樣品的熱解過程及主要因素的 影響作用。 研究發(fā)現， 氣氛條件、 熱解升溫速率、 熱解終溫和顆粒尺寸對于印 刷線路板的熱解反應過程具有重要影響。熱解產物性質的 分析表征及回收利用的 可行性評價是本文的另 一重要內 容。 本文采用現代分析科學的 研究方法對印 刷線路板樣品熱解產物的組成、 分布、 分子結構以及 理化 等性 質進行了 深入剖 析， 并 對不同 產 物的資 源化 利 用途徑 進 行了 探討

5、。本文應用高分子化學結構與反 應理論， 研究了印 刷線路板中 主要有機成分 — 澳化環(huán)氧樹脂在惰性氣體中的 熱解步驟和產物的生成機理。 研究表明， 澳化環(huán)氧樹脂成分的 熱解反 應劃分為以 下三個階段: 澳化環(huán)氧樹脂中澳 化成分的 分解， 澳化環(huán)氧樹脂一 - ~ - 一 - 一 -- - 一一 -- - -- 分 一分 - ~一 -- - -~I華 中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文Ab s t r a c tA s a r

6、e s u l t b o t h o f t h e a c c e l e r a t i n g p a c e s o f t e c h n o l o g i c a l d e v e l o p m e n t a n d o f t h er a p i d l y i n c r e a s i n g n u m b e r o f n e w a p p l i c a t i o

7、 n s f o r e l e c t r o n i c s a n d e v e r s h o r t e r s e r v i c e l i f e ,t h e w o r l d a r e f a c i n g a n e v e r g r o w i n g s t r e a m o f e l e c t r o n i c s w a s t e . E l e c

8、t r o n i c s c r a p r e c y c l i n gh a s b e e n r e i n f o r c e d b y s t r i c t l e g i s l a t i o n s a n d w i l l b e p u s h e d a h e a d b y t h e i n c r e a s i n ge n v i r o n m e n t a

9、 l a w a r e n e s s . P r i n t e d c i r c u i t b o a r d s c r a p ( P C B s ) i s r e c o g n i z e d a s a t y p i c a l k i n do f e l e c t r o n i c s w a s t e , a n d a c h a l l e n g e t o

10、 e f e c t i v e d i s p o s a l . T r e a t m e n t a n d r e c y c l i n g o f t h i sk i n d o f w a s t e s p r o p e r l y h a v e b e e n l a i d s t o r e b y r e s e a r c h e r s a l l o v e r

11、t h e w o r l d . Wh e r e a s ,a n y a t e m p t o n b a s a l r e s e a r c h h a s n o t b e e n m a d e i n o u r c o u n t r y u p t o t h e p r e s e n t .F i r s t l y , t h e e x i s t i n g a

12、 n d p o t e n t i a l t e c h n o l o g i e s u s e d f o r t h e t r e a t m e n t a n d r e c y c l i n g o fe n d - o f - l i f e P C B s h a v e b e e n i d e n t i f i e d a n d a s s e s s e d i n

13、 t h i s t h e s i s . B a s e d o n a p r e c i s ea n a l y t i c a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f P C B s a n d c o n s i d e r i n g t h e a d v a n t a g e s o f t r e a t m e n t o f s o l i

14、dw a s t e s b y p y r o l y s i s , a p y r o l y s i s p r o c e s s f o r d i s p o s a l a n d r e c y c l i n g o f P C B s h a s b e e np r o p o s e d . T h e f e a s i b i l i t y o f t h i s p

15、r o c e s s h a s b e e n d e m o n s t r a t e d u n d e r e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h . F o r t h i s p u r p o s e , t h i s s t u d y h a s b e e n p r o c e s s e d a s t h e f o l l o w i

16、 n g a s p e c t s .T o d e v e l o p p r o p e r r e c y c l i n g s t r a t e g i e s a n d w a s t e d i s p o s a l s y s t e m s f o r e q u i p p e d c i r c u i tb o a r d s , a g o o d k n o w l e

17、d g e o f c h a n g i n g b e h a v i o r s , b o t h o f t h e m e t a l s a n d t h e n o n m e t a l s ,d u r i n g t r e a t m e n t i s r e q u i r e d . T h e p h y s i c a l - c h e m i s t r y c h

18、a r a c t e r i s t i c s o f t h e m a i nc o m p o s i t i o n s o f P C B s h a v e b e e n d e t e r m i n e d q u a l i t a t i v e l y a n d q u a n t i f i c a t i o n a l l y i n t h i st h e s i s .

19、 T h e v a r i e t y o f p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f P C B s d u r i n g m e c h a n i c a l t r e a t m e n t h a s b e e ns t u d i e d . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t c l a s

20、 s i f i c a t i o n a n d l i b e r a t i o n o f d i f e r e n t ma t e r i a l s a r ee f e c t e d b y s i z e d i s t r i b u t i o n , s h a p e a n d d e n s i t y o f t h e p a r t i c l e s o b t

21、 a i n e dA t y p i c a l k i n d o f F R - 4 P C B s u s e d w i d e l y i s c h o s e n a s t h e e x p e r i m e n t a l m a t e r i a l . T h es a m p l e s h a v e b e e n p y r o l y z e d b o t h

22、 i n a l a b o r a t o r y s c a l e t u b e - t y p e r e a c t o r a n d t h e r m a lb a l a n c e . I n a d d i t i o n , t h e e f e c t s o f c o n d i t i o n s o f p y r o l y s i s h a v e b e

23、e n i n v e s t i g a t e d . T h er e s u l t s h a v e i n d i c a t e d t h a t a t m o s p h e r e , h e a t i n g r a t e , f i n a l p y r o l y s i s t e m p e r a t u r e ( F P T ) a n dp a r t i c l