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破碎—分选废弃电路板中非金属粉的资源化利用研究

郭杰

  废弃电路板(WPCBs)是电子垃圾的重要组成部分,WPCBs中的金属品位相当于普通矿物中金属品位的几十倍至上百倍,具有重要的回收价值。目前主要采用破碎-分选等物理法回收WPCBs中的金属,而回收过程中产生的大量非金属粉主要进行焚烧、填埋处理或露天堆放,增加了环境负荷及造成环境污染。为此,本文基于“废物—资源—产品”的原则,以破碎-分选WPCBs中非金属粉为研究对象,根据非金属粉的组成、颗粒大小、形状等特性,采用物理填充再利用的方法,代替木粉等其它有价材料,成功地制备了非金属粉填充改性的酚醛模塑料、木塑复合材料、再生板材和改性沥青等4种材料,分别研究了非金属粉填充材料的制备工艺和性能,探讨了非金属粉填充材料的制备反应机理、改性强化机制、微观界面结合和有害物质的固定化理论,为破碎WPCBs中非金属粉的综合利用提供理论基础和实验依据。 非金属粉主要由电路板基板增强材料和树脂粉末组成,其形状分别为片状、长杆状和短切玻璃纤维与树脂粉末。玻布粉粒径为0.3-0.15 mm的物料为片状、粒径为0.15-0.125 mm的物料为长杆状,粒径<0.07 mm的物料以短切纤维与树脂粉末为主;纸基粉粒径为0.3-0.125 mm的物料为薄片状,粒径<0.07 mm的物料为粉末状。玻璃纤维和纸等增强材料具有良好的增强效果,为非金属粉的填充再利用提供了前提。 1.非金属粉填充酚醛模塑料 将破碎、分选所得的玻布粉和纸基粉分别代替部分木粉填充到酚醛模塑料中,研究不同酚醛树脂系统的固化反应动力学,探讨非金属粉的添加量和粒径对模塑料性能的影响。研究表明:40 wt %玻布粉填充耐热型酚醛模塑料时,其性能完全满足标准要求。纸基粉填充通用型酚醛模塑料时,可以提高模塑料的缺口冲击强度和热变形温度,但会降低酚醛模塑料的拉西格流动性。纸基粉加入量以20 wt %为佳,此时,模塑料的弯曲强度为70 MPa、缺口冲击强度为2.3 kJ/m2、热变形温度为168°C、介电强度为3.9 MV/m和拉西格流动性为103 mm,完全满足模塑料标准要求。 2.非金属粉填充木塑复合材料 将非金属粉代替部分木粉制备出具有木材外观的木塑复合材料。非金属粉的加入可以提高木塑材料的弯曲强度和拉伸强度,降低握螺钉力性能。非金属粉在木塑复合材料中的添加量可以达到40 wt %。经过加速老化试验后,40 wt %添加量木塑材料的性能为:弯曲强度21.6 MPa(老化前23.4 MPa),拉伸强度7.7 MPa(老化前9.6 MPa),冲击强度为4.35 kJ/m(2老化前3.03 kJ/m2),板面和板边的握螺钉力分别为109 N/mm(老化前121 N/mm)和104 N/mm(老化前115 N/mm)。 3.非金属粉制备再生板材 通过添加不饱和聚酯树脂及其它助剂,利用自制热液压机将非金属粉制备出再生板材。探讨不饱和聚酯/非金属粉树脂体系固化反应动力学,确定再生板材的模压条件,并研究非金属粉粒径及添加量对再生板材性能的影响。结果表明适宜的成型条件是:模具上/下压头温度为140/135°C,加压时间为5 min。当粒径<0.07 mm非金属粉添加量为20 wt %时,再生板材的机械性能最好,其弯曲强度为68.8 MPa、冲击强度为6.4 kJ/m2。 4.非金属粉改性沥青 将不同粒径非金属粉进行沥青改性,研究非金属粉对沥青常规性能和流变性能的影响。当非金属粉含量为25 wt %,粒径为0.09-0.07 mm时,改性沥青的综合性能最好,其指标为135°C粘度为1225 cP,25°C针入度为53.7 dmm,软化点为54°C,15°C延度为43.5 cm,60°C的车辙因子G*/sinδ为3995.27 Pa,极限使用温度为69.4°C,性能得到较大的提高和改善。 通过对非金属粉填充材料的挥发物分析及毒性浸出实验得出,非金属粉填充材料的挥发物主要来自其它添加剂,挥发物组分主要有苯酚、苯乙烯等。毒性浸出实验表明非金属粉填充材料浸出液中的铜、铅等重金属离子的浓度均远低于浸出毒性限值,即填充法可以实现树脂基体对非金属粉的固定化作用,是安全环保的处置方法。 本文成功地制备出铺板等木塑材料产品和窨井盖等市政设施产品,具有广阔的应用前景,解决了目前WPCBs中非金属粉只能进行填埋、焚烧处理或露天堆放的环境污染问题,使非金属粉实现了资源化利用。……   
[关键词]:电子废弃物;印刷电路板;破碎-分选;非金属粉;资源化;环境行为
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:上海交通大学2011年