目前，大部分电子废物都在垃圾填埋场进行处理。其余部分以低能效方式进行加工，仅回收少量可用金属。由于多种原因，这是一个问题。
- 这种废物含有可回收的微量贵金属，以及大量的各种其他金属和合金，特别是铜、铝和钢。
- 电子垃圾含有高浓度的重金属、溴化阻燃剂和其他已被证明对人类产生不利影响的塑料添加剂。请参阅电子废物了解更多信息。
- 电子垃圾的产生量很大，而且增长速度很快。[1] 2005年，仅美国就处置了至少150万吨电子垃圾，其中最多四分之一被回收。[2]加拿大的情况也类似，2005 年处置了超过 71 000 吨废物，其中只有 26% 被回收利用。[3]在加拿大安大略省，2004 年的回收率仅为 2%。[4]
- 丢弃可回收金属的能源效率很低。与开采新材料相比，回收金属可以节省大量能源。铝的节能率为 95%，铜为 85%，钢为 74%，铅为65%，锌为60%。回收纸张和塑料等其他材料可分别减少 64% 和 80% 的能源消耗。[5]最坏的情况仅消除矿石开采和大部分运输步骤，这些步骤都是能源密集型的。
内容
涉及材料
众多物品中涉及的材料种类繁多，可归类为电子废物。每个组件都会增加回收工作的复杂性。下面按重量对一些最常见的成分进行了探讨。
印刷电路板
印刷电路板( PCB) 是充当基础并为安装的组件提供电气连接的硬件。它们几乎存在于所有类型的电子垃圾中，包括手机、电脑、电视和打印机。PCB由许多元件组成。下面概述了生产过程的每个步骤，以了解所涉及的各种材料。
FR-4 是印刷电路板最常见的基材[6] 。FR-4是Flame Retardant 4的缩写，指的是其阻燃性和自熄性。它是一种脆性材料，通过用环氧树脂硬化编织玻璃纤维板而形成，环氧树脂通常由乙烯氯醇和双酚A制成。[7]为了赋予其上述自熄性能，在环氧树脂中加入了溴化阻燃剂。一些阻燃剂可以在分子水平上掺入，例如TBBPA W。[6]易于着色，常见颜色有绿、蓝、红、黑等。
用于制造玻璃纤维板的玻璃类型是 S 玻璃。按重量计含量范围为：52-56%二氧化硅、16-25%氧化钙、12-16%氧化铝、5-10%氧化硼、0-2%氧化钠或氧化钾、0-5%氧化镁、0.05-0.4% 氧化铁、0-0.8% 氧化钛和 0-1% 氟化物。[6]
FR-4 采用铜迹线分层，并与后续层粘合。在电路板上钻孔，最后将表面安装元件焊接到电路板上。其中一些印刷电路板相当复杂。例如，当今的计算机主板有多达八层。[8]
表面贴装元件
各种各样的元件被焊接到印刷电路板上。电阻器由连接到涂漆陶瓷或碳芯的铜引线组成。[9]微芯片由少量的硅、铝和铜组成，[10]具有塑料涂层。如今的 CPU 具有一体式铝制散热器，并且构建在自己的印刷电路板上。电容器包含各种金属和塑料，具体取决于尺寸和类型。
肠衣
大多数消费电子设备都有塑料外壳，例如电视或手机。家用电器也有铝制或钢制外壳。其他产品，例如电脑机箱，同时具有金属和塑料成分。螺丝、按钮、开关、齿轮和弹簧有时出现在箱子上或箱子内。
CRT显示器
CRT（或阴极射线管W）显示器目前正在逐步淘汰，取而代之的是LCD W显示器。
CRT 显示器由电子枪和聚焦设备、塑料外壳和含铅玻璃组成。铅的存在是为了保护人们免受电子加速副产品产生的X 射线W的伤害。对玻璃的分析得出以下结果，按重量计，为 49.61% 二氧化硅、24.17% 氧化铅、7.79% 氧化钾、5.32% 氧化钠、3.63% 氧化铝、2.99% 氧化锶、2.30% 氧化钙、 1.96%氧化钡、1.49%氧化镁、0.58%氧化锆、0.07%氧化铁和0.07%氧化磷。[11]
铅和磷的氧化物[12]是最难处理的。大部分铅（高达 98.6%）可以通过高温真空工艺回收，其中高温和低压使铅蒸发，然后借助碳粉进行回收。[11]
金属丝
电线是电子垃圾中的常见元素，因为它有一种通过电源线或充电器连接到家用墙壁插座的方法。内部布线很常见，尤其是在台式计算机和较旧的音频和视频设备中。它主要由带有塑料绝缘层的铜制成，但连接也可以由多种不同的金属制成。
电池
电池是便携式电子设备的主要电池，无论是锂离子电池、可充电镍镉电池还是镍氢电池、AAA 或 AA碱性电池。虽然电池属于电子废物，但本次分析不包括它们。有许多电池回收计划；参见[1] [2] [3]。
贵金属
通过熔化所有材料来去除金属。金属是最后熔化的材料，很容易分离。
挪威科技大学的 Cui, J. 等人进行的一项研究表明，存在可回收量的贵金属，例如银、金和钯。对于典型的电子废料，他们发现平均含有 2000 ppm 的银、1000 ppm 的金和 50 ppm 的钯。异常值包括含有 3300 ppm 银的印刷电路板和含有 210 ppm 钯的手机。[16]这很重要，因为这意味着在美国，使用 2005 年的数据，[17]这些数字表明，在处理的电子废物中含有多达 1500 吨黄金和 3000 吨银。 2005年美国。
目前的解决方案
“解决方案”对于这一类别来说是一个误称。在如下所示的庄园中处理的电子废物要么不回收可用材料，要么对原料进行选择性处理，要么以测量环境影响的方式处理电子废物。下面看到的大多数流程都是为了实现一个目标而构思和实施的。以下详细介绍了回收公司和研究人员当前或提出的解决方案。
粉碎
在这个通常称为机械电子废物回收的过程中，电子废物被专门的设备粉碎。可以在此处找到美国堪萨斯州使用的碎纸机的示例[18]。然后通过磁场W或涡流W分离器或垂直振动分离等新颖方法对这些废物进行机械分类。[19]最后一种方法已被证明可以有效地从塑料中分离金属，尤其是铜。[19]
然后金属部分被出售给冶炼厂，剩余的碎片废物被填埋。
这种方法的另一种产物是细尘。已经对这种粉尘的可能用途进行了研究。Kakimoto、K 等人进行的一项研究表明，它可以成功地掺入波特兰水泥中，而不会损失强度，重量含量最多可达 30%。对这些粉尘的分析发现，其主要成分是二氧化硅、氧化钙和氧化铝，还含有微量的铅和铜。
该工艺可以有效地将金属与塑料分离，但无法解决低浓度金属与印刷电路板的分离问题以及非金属废物对环境的影响。
市政焚烧
市政焚烧只是将电子垃圾与其他家庭和商业垃圾一起在市政焚烧炉中焚烧。虽然电子废物的许多成分具有很高的可用能量，但这会进一步稀释金属浓度。
斯图尔特，E.等人。研究了焚烧计算机组件的排放，并监测其挥发性有机化合物、半挥发性有机化合物、二恶英、卤素和金属。在质量流量为 1.944 kg/h 的情况下，他们的研究结果如下，所有列出的重量均按干燥标准立方米计算。卤素氯为 7.9 mg/dscm，二氯为 0.3 mg/dscm，溴为 13.1 mg/dscm，二溴为 17.8 mg/dscm。金属浓度为铜 4600-7950 µg/dscm、铅 3790-4840 µg/dscm、锑 790-1540 µg/dscm、镉 55-81 µg/dscm、锰 19-52 µg/dscm、镍 8-17 µg /dscm、钡 6-28 µg/dscm、砷 3-6 µg/dscm、铬 3-4 µg/dscm、钴 0.7-2.3 µg/dscm 和铍 0.1-0.3 µg/dscm。挥发性有机化合物的含量为：溴苯 830-920 µg/dscm、三溴甲烷 40-70 µg/dscm、溴甲烷 20-190 µg/dscm、苯 25-35 µg/dscm、二溴甲烷 0-20 µg/dscm。[20]这些级别都非常小。人们很容易认为它们微不足道，除了试验的规模之外——每小时不到 2 公斤，如果扩大到每小时数吨，则会导致排放量成比例增加。如此广泛的有害物质的产生将使这种方法失去作为处理电子废物的可持续方法的资格。
值得注意的是，溴化阻燃塑料和印刷电路板中的溴被发现主要产生由两种危险化合物组成的气体：溴化氢W和溴苯W。[21]
火法回收
该工艺是将含铜量高的电子废弃物粉碎后添加到铜精矿中，然后通过加热进行精炼。下面显示了两个例子，每个例子每年回收约 10 万吨电子废物。
加拿大魁北克省的一家铜冶炼厂使用诺兰达工艺。将含铜量约为 24% 的铜精矿和切碎的电子废物浸入 1250°C 的液态金属浴中。添加富氧空气（39% 的氧气）。这会将铁、铅和锌转化为氧化物，并与二氧化硅渣一起去除。它在阳极炉中精炼，形成 99.1% 铜的合金，其余部分由银、金、铂、钯、硒、碲和镍组成。[16]
瑞典的 Ronnskar 冶炼厂也采用类似的工艺。在过程开始时添加金属浓度较低的切碎的电子废物，而稍后添加浓度较高的电子废物。锌在较早的步骤中用炉渣去除，然后单独精炼。在精炼过程中，硒、金、银和钯等贵金属的去除步骤与铅和镍的去除步骤不同。这留下高纯度铜作为最终产品。[16]
该工艺相对有效，但仅适用于满足高金属含量要求的粉碎电子废物。此外，该工艺不能处理铝，也不能解决由于溴化阻燃剂的存在而产生的二恶英。[16]
明火焚烧
运往印度、中国和其他亚洲国家的废物经过燃烧、切割或溶解在酸中以回收金属，主要是铜，可以出售给废品经销商。没有转售价值的组件将被丢弃。有大量书面[4] [5] [6]和视频帐户[7] [8]可供使用。
据信，以这种方式处理的废物大部分是从美国出口的，因为它仍然是少数几个电子废物出口仍然合法的国家之一。请参阅电子废物立法和实践。
热解聚
热解聚是在高压条件下借助水的热能来分解有机分子的过程。理论上，它可以将塑料和环氧树脂转化为可用的油。所得固体的金属浓度要高得多。该工艺目前用于将火鸡废物转化为水、固体废物（主要是碳）和石油。[22]
该工艺对于处理塑料很有效，但没有提供溴回收方法。此外，产生的富含金属的炉渣会增加金属的重量含量，但由于氧化物浓度高，可能会使金属回收过程复杂化。因此，预计回收效率不会总体提高。该工艺作为有机废物的解决方案而受到广泛赞誉，但并不适合最大限度地提取金属的目标。
等离子弧气化
等离子弧气化是使用过热（初始温度高达 13 900 C）的带电空气流焚烧废物的过程。这会产生合成气W和熔融玻璃，其中包含所有金属和其他杂质。该工艺在全球范围内小规模使用，用于从城市垃圾中回收能源。该过程是自我维持的，因为仅需要从冷却合成气中提取的能量的三分之二来满足该过程的能量需求。其余的可以作为电力出售。
虽然这是一种经济上可行的城市垃圾处理方法，但在回收金属方面却是能源效率非常低的步骤。氧化物输出中含有扩散到各处的金属，使得金属比原始废物更难回收。
生物浸出
生物浸出是利用细菌和真菌从电子废物中分离金属的过程。它有望非常节能。芽孢杆菌、酿酒酵母和解脂耶氏酵母等生物体在将印刷电路板粉碎成亚毫米尺寸时，会从印刷电路板中浸出铅、铜和锡。在理想条件下，氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌能够动员至少 90% 的铝、铜、镍和锌。[23]一种细菌，C. violaceum，能够从较大的电子废物（5 x 10 毫米）中浸出金。它溶解了以二氰金酸盐形式存在的约 10 毫克金中的 14.9%。[24]
生物体生存和浸出这些金属所需的条件决定了电子废物的尺寸极小且空间密度低。这意味着该过程仅适用于从粉碎产生的粉尘中回收金属。
分析
任何电子废物回收计划都可以通过三个基准来判断：可以回收多少内部或隐含能量，可以去除多少金属，以及整个过程对环境（包括能源）的影响有多大要求和释放的有害物质。
应该指出的是，回收体现能量是极其困难的。物品中的蕴含能量可以定义为开采、生产和加工每种原材料、建造以及任何运输所需的能量。完全重新利用蕴含能量的唯一方法是拆卸物品并将每个部件重新用于原始或类似目的。例如，螺钉可以被移除并用于其他产品，或者计算机机箱可以被重新用于容纳新计算机。因此，能源类别主要是指焚烧时释放的能量潜力。
| 过程 | 能源再利用 | 金属回收 | 对环境造成的影响 |
|---|---|---|---|
| 粉碎 | 低的; 非金属被填埋 | 高的; 金属被送往冶炼厂 | 高的 |
| 市政焚烧 | 高，因为此过程旨在最大化此 | 无，未解决 | 所有毒素均通过烟雾或炉渣释放 |
| 火法回收 | 低，非金属不包括在范围内 | 高的 | 能源需求大 |
| 热解聚 | 高，废物转化为可用材料 | 无，未解决 | 低效、高效工艺，有机毒素分解 |
| 等离子弧气化 | 高，废物转化为可用材料和电力 | 无，未解决 | 低效、高效流程、毒素分解 |
| 生物浸出 | 低，非金属被填埋 | 高，许多金属回收率高达90% | 非常低的能量过程 |
建议的解决方案
从迄今为止概述的所有流程中，可以尝试制定一个全面的计划来回收金属并最终回收电子废物。将使用相同的三个效率基准。这些是这个过程的最终目标；尽可能回收最大量的每种金属，使用任何现有能源，并通过不释放有害物质和使用最小的功率输入来最小化对环境的影响。
输入
为了优化任何流程，需要量化输入。不幸的是，研究得出了不同的结果。这是可以预料的，因为不同国家每种电子废物的数量不同。由于可能有数以百万计的带有电子部件的离散消费品，因此对电子废物的平均成分进行明确的分析需要进行漫长的调查，其中包括大量的废物。到目前为止，这还没有进行。下表很好地说明了预期的情况。
电子废物重量成分
| 来源 | 钢 | 塑料 | 铜 | 氧化物 | 铝 | 镍 | 锡 | 带领 | 锌 | 其他 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 诺罗姆等人。 | 7.7% | 30% 1 | 10.9% | 40% | 1.7% | 2.5% | 3.9% | 1.5% | 1.1% | 不适用 |
| 维德默等人。 | 47.9% | 20.6% 2 | 7% | 5.4% | 4.7% | 不适用 | 不适用 | 不适用 | 不适用 | 14.4% 3 |
| 莫夫等人。[25] | 36% | 不适用 | 4.1% | 不适用 | 4.9% | 10.3% | 2.4% | 2.9% | 5.1% | 34.3% 4 |
1：塑料25%，溴阻燃塑料5%。
2：塑料15.3%，溴阻燃塑料5.3%。
3：包括印刷电路板、木材、混凝土、陶瓷和有色金属。
4：包括所有非金属。
过程
当检查当前使用的流程时，就会出现模式。有些流程忽略了一个主要目标，却在另一个目标上表现出色。如果这些过程协同使用，最终结果将大大改善。
- 收集废物后，电池和 CRT 显示器将被转交给专业回收商。这些物品都有专门的回收公司，因此最好利用他们的专业知识。
- 剩余的废物被切碎，并小心收集灰尘。有许多公司生产专用电子废物粉碎机 - 可以在此处找到产品线示例。
- 然后灰尘经过生物浸出过程以去除金属。此过程需要相当大的表面积，但这可以通过垂直堆叠表面来克服。
- 废物经过磁力分离，去除铁和钢。这被送到钢厂。这是单流回收W中的常见过程。钢材被卖给钢厂。
- 然后废料经过涡流分离，去除大部分剩余金属。同样，这是单流回收中的常见过程。
- 由于去除的金属多种多样，因此最好进行通用精炼工艺。最终产品将是多种金属的合金，前提是之前没有去除任何金属。
- 接下来，废物按密度进行分离，从而去除一些可回收塑料并添加到各自的回收流中。
- 其余部分，主要是塑料和印刷电路板，经过热解聚或等离子弧气化过程，以尽可能多地利用现有的内部能量，用于生产电力或碳氢化合物。这两个过程都会产生比它们消耗的更多的能量。根据具体情况，它们也许能够生产工厂其余部分所需的部分或全部电力。
需要安装先进的废气系统。已经有许多溴回收的示范，要么通过使用酸性和碱性气体洗涤器，[26]，要么仅使用氢氧化钠洗涤器。[27]
经济学
要使上述过程真正发挥作用，需要政府的帮助。需要立法来确保一个国家产生的所有电子废物都得到妥善处理。当这种情况发生时，剩下的障碍就是成本。基本上由单流回收厂和等离子弧气化厂共同组成的加工厂非常昂贵。幸运的是，这比必须在内部加工金属要可行得多。
所有所需的设备都是现成的。分离和粉碎设备很容易获得，而等离子弧气化部分可能需要一些规划。目前有许多公司的工厂处于规划、开发或建设阶段，因此这项技术已经足够成熟，可以在不久的将来建立系统。
迈向可持续未来的进展
替代材料和制造
针对目前使用的材料和工艺，人们提出了多种替代方案。这些举措详述如下。
- FR-4 的替代品是由鸡毛和大豆环氧树脂组成的电路板。该产品已被证明具有优于 FR-4 的电气性能，并大大减少了制造过程中使用的化学品的数量和毒性。它还具有使用通常被视为废物的材料的附加效果。可以在这里找到一篇关于该主题的优秀文章。如果这项技术变得普遍，将对普通电子废物的成分产生巨大影响。
- 无铅焊料。欧盟RoHS W指令目前规定，在其管辖范围内销售的产品的铅含量不得超过微量。幸运的是，这对北美地区的产品产生了影响，北美地区的许多相关电子产品也都带有 RoHS 标志。这一点，加上液晶显示器和电视的发展，将导致电子废物中铅成分的百分比大幅减少。
- 消除卤素。卤素引起的并发症有很多。溴化阻燃剂的替代品将对电子废物导致的卤素向环境的释放产生非常积极的影响。
参考
- ^ http://web.archive.org/web/20150721141747/http://www.epa.gov/epawaste/conserve/materials/ecycling/manage.htm访问日期：2008 年 11 月 11 日
- ^ http://web.archive.org/web/20150618105520/http://www.epa.gov/epawaste/conserve/materials/ecycling/docs/fact7-08.pdf访问日期：2008 年 11 月 11 日
- ^ http://www.ec.gc.ca/wmd-dgd/default.asp?lang=En&n=F3852FB1-1访问日期：2008 年 11 月 11 日。
- ^ http://www.ene.gov.on.ca/en/news/2007/061201.php
- ^ Nnorom, I. 等人，2007 年，“电子废物 (e-waste) 管理实践和立法概述及其在发展中国家的不良应用”，资源、保护和回收，2008 年，(52)，第 14 页。5.
- ↑跳转至：6.0 6.1 6.2 Coombs, C., 2001，《印刷电路手册》第五版，McGraw-Hill，纽约，第 6 节。
- ^ http://www.pm-services.co.uk/how%27s_fr4_made_.htm访问日期：2008 年 11 月 7 日。
- ^ https://www.fudzilla.com/index.php?Itemid=37&id=7256&option=com_content&task=view访问日期：2008 年 11 月 7 日。
- ^ http://www.ecawa.asn.au/home/jfuller/ electronics/resistors.htm 访问日期：2008 年 11 月 11 日。
- ^ http://www.intel.com/education/makingchips/index.htm访问日期：2008 年 11 月 11 日。
- ↑跳转至：11.0 11.1 Chen, M. 等人，2008 年，“通过热真空工艺从拆解的阴极射线管的漏斗玻璃中回收铅和生产泡沫玻璃的可行性”，危险材料杂志，目前未印刷，第 11.1 页。2.
- ^ http://web.archive.org/web/20160307143842/http://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/P2O5.htm访问日期：2008 年 11 月 12 日。
- ^ http://www.azom.com/Details.asp?ArticleID=1899访问日期：2008 年 11 月 24 日。
- ^ http://www.edrsilver.com/i/pdf/2008-03-07_HR.pdf访问日期：2008 年 11 月 25 日。
- ^ http://web.archive.org/web/20151121035928/http://www.stillwaterpalladium.com:80/ electronics.html 访问日期：2008 年 11 月 25 日。
- ↑跳转至：16.0 16.1 16.2 16.3 Cui, J. 等人，2007 年，“从电子废物中冶金回收金属：综述”，危险材料杂志， 2008 年，(158)，第 16 页。3.
- ^ http://web.archive.org/web/20150618105520/http://www.epa.gov/epawaste/conserve/materials/ecycling/docs/fact7-08.pdf第 17 页 1，访问日期：2008 年 11 月 11 日
- ^ http://www.prlog.org/10046578-automated-waste-shredding-system-operational.html访问日期：2008 年 11 月 12 日。
- ↑跳转至：19.0 19.1 Mohabuth, N. 等人，2006 年，“研究利用垂直振动从电气和电子废物中回收金属”，矿物工程， 2007 年，(20)。
- ^ Stuart, E. 等人，2003 年，“电子工业废物焚烧产生的排放”，IEEE，2003 年，(03)。
- ^ Chien, Y. 等人，1999 年，“印刷电路板废物热解中溴的命运”，Chemosphere，40，(4)。
- ^ http://www.sovereignty.org.uk/features/eco/zwaste2.html访问日期：2008 年 11 月 25 日
- ^ Brandl, H. 等人，1999 年，“咀嚼计算机的微生物：细菌和真菌从电子废料中浸出金属”，湿法冶金，2001 年，(59)。
- ^ Cui, J. 等人，2007 年，“从电子废物中冶金回收金属：综述”，《危险材料杂志》，2008 年，(158)，第 14 页。18.
- ^ Morf, L. 等人，2006 年“电气和电子废物中的金属、非金属和 PCB – 瑞士的实际水平”，废物管理，27。
- ^ Boerrigter, H. 等人，“通过分阶段气化从电气电子废物 (WEEE) 的塑料部分中回收溴”，欧洲溴化阻燃剂工业小组，2002 年。
- ^ http://www.flamepressives.eu/Objects/2/Files/R-2002_Conference_Geneve.pdf访问日期：2008 年 11 月 20 日。