電路板熱處理過程氣態(tài)污染物釋放特征和生成機制項目摘要

電子廢物拆解過程中產(chǎn)生大量廢電路板，其回收處理是電子廢物資源化的技術核心和難點。廢電路板的拆解、破碎分選、熱解和焚燒等回收處理過程均會使電路板產(chǎn)生高溫或局部高溫，導致熱裂解或燃燒而產(chǎn)生惡臭氣體及其它污染物，造成環(huán)境污染。本研究擬選擇含溴阻燃劑單體、溴阻燃聚合物、線路板和各種拆解深度的電路板，通過熱沖擊預處理、鐵板烘烤、熱裂解和焚燒熱處理過程的模擬試驗，以熱重紅外、X射線光電子能譜等分析手段，對電路板受熱過程中排放的氣態(tài)污染物成分、形態(tài)進行分析，對釋放強度進行表征，探索氣態(tài)污染物生成機制。通過金屬成分與形態(tài)對電路板及其基材在熱處理過程中氣態(tài)污染物生成機制的影響研究，進一步探討氣態(tài)污染物的生成機制，研究氣態(tài)污染物的抑制機制和方法。研究結(jié)果可為廢電路板集中拆解處理區(qū)的污染物源解析和環(huán)境風險評價提供依據(jù)，同時為廢電路板回收處理產(chǎn)業(yè)污染控制及環(huán)境友好技術的研發(fā)提供基礎參數(shù)。

廢電路板是電子廢物最具回收價值的部件，同時電路板制造過程使用多種有毒有害物質(zhì)，不當處置極易釋放進入環(huán)境。熱處理過程是電路板處理處置重要的污染節(jié)點，本研究以此為對象，探討該過程中污染物的釋放特征及產(chǎn)生機制。項目按照計劃書執(zhí)行，取得的主要成果如下：氮氣氣氛下，苯系物、溴化氫和多環(huán)芳烴的排放因子在275-500℃范圍內(nèi)隨溫度升高不斷增加?？諝鈿夥障?，多環(huán)芳烴和溴代二噁英的排放因子呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，多環(huán)芳烴排放因子峰值為500℃時的8.56mg/kg，溴代二噁英排放因子峰值為325℃時的69.01mg/kg。重金屬的排放因子Cu>Pb>Sb>Ni>Cr>Cd，Pb、Sb和Cu的毒性效應得分遠大于其它三種重金屬，需要重點關注。重金屬揮發(fā)度隨溫度升高不斷增加，平均揮發(fā)度Cd，Pb>Cr，Ni>Sb>Cu。空氣氣氛下，275-325℃為烘烤電路板拆解元器件作業(yè)溫度區(qū)間，苯系物、溴化氫、多環(huán)芳烴、溴代二噁英的排放因子劇增，烘烤電路板具有較大潛在健康風險。氮氣氣氛下600℃左右為廢電路板熱解作業(yè)溫度區(qū)間，多種重金屬揮發(fā)釋放進入環(huán)境或熱解油中，會造成環(huán)境或熱解產(chǎn)品污染，同時會影響銅的回收率。污染物產(chǎn)生機制如下：電路板加熱至分解溫度后，C-Br、C-C（Benzene）、C-O鍵斷裂釋放出溴化氫、丙酮、雙酚A類和酚類及其溴代物；飽和結(jié)構(gòu)在凝聚相中交聯(lián)聚合成炭；部分主鏈斷裂碎片形成顆粒釋放；溴自由基參與反應生成溴甲烷、溴丙酮、三溴苯酚；以溴酚為前驅(qū)物，在不完全條件下生成溴代二噁英類物質(zhì)；低熔沸點金屬隨溫度升高而揮發(fā)釋放；樹脂分解產(chǎn)生的溴化氫會與銅和三氧化二銻等反應生成易揮發(fā)的金屬溴化物隨溫度升高而揮發(fā)釋放；部分主鏈斷裂碎片形成顆粒后會吸附重金屬而釋放。 2100433B

吸收法凈化氣態(tài)污染物是使污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程，故又稱之為濕式凈化法。吸收的逆過程為解吸。物理吸收過程中，吸收和解吸同時存在。在吸收過程開始時，吸收液中吸收質(zhì)濃度很低，吸收速率大于解吸速率。隨著吸收過程的進行，解吸速率逐漸增大，最終吸收速率與解吸速率相等，溶液達到了飽和狀態(tài)。物理吸收是可逆的，降低溫度、提高壓力，有利于吸收；反之，則有利于解吸。化學吸收中發(fā)生的化學反應若是不可逆反應，就不能解吸，或解吸出來的不是原吸收質(zhì)而是反應產(chǎn)物。若反應產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，則可降低液相中吸收質(zhì)濃度，有利于吸收。一般來說，化學反應的存在能提高吸收速率，并使吸收的程度更趨于完全 。2100433B

工業(yè)生產(chǎn)過程排出來的有害氣體種類很多，主要有硫氧化物、氮氧化物、鹵化物、碳氧化物及碳氫化合物等。氣態(tài)污染物是以分子狀態(tài)存在的，因此，工業(yè)廢氣、煙氣多為氣體混合物。氣體凈化技術是使氣態(tài)污染物從氣流中分離出來或者轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)的方法與措施。氣體混合物的凈化方法根據(jù)不同的作用原理一般可以分為三大類：吸收法、吸附法和催化轉(zhuǎn)化法 。

吸收法凈化氣態(tài)污染物是廢氣與選定的液體緊密接觸，其中的一種或多種有害組分溶解于液體中，或者與液體中的組分發(fā)生選擇性化學反應，從而將污染物從氣流中分離出來的操作過程。氣體吸收的必要條件是廢氣中的污染物在吸收液中有一定的溶解度。吸收過程中所選用的液體稱為吸收劑(液)，或稱為溶劑。被吸收的氣體中可溶解的組分稱為吸收質(zhì)，或稱為溶質(zhì)，不能溶解的組分稱為惰性氣體。

吸收分為物理吸收和化學吸收兩種。前者比較簡單，可以視為單純的物理溶解過程。例如用水吸收氯化氫或二氧化碳等?；瘜W吸收是在吸收過程中吸收質(zhì)與吸收劑之間發(fā)生化學反應，例如用堿液吸收氯化氨或二氧化硫，或者用酸液吸收氨等。

用吸收法凈化氣態(tài)污染物不僅效率高，而且還可以將某些污染物轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)品進行綜合利用。例如用15%～20%二乙醇胺水溶液吸收石油煉制尾氣中的硫化氫，可以再制取硫黃。因此，吸收法被廣泛地用于氣態(tài)污染物的凈化。含SO₂、H₂S、NO_X、HF等污染物的廢氣都可以經(jīng)過吸收法去除有害組分。由于廢氣量大、成分復雜、污染物濃度低而吸收效率和吸收速率一般又要求比較高，所以物理吸收往往達不到排放標準，多采用化學吸收來凈化氣態(tài)污染物。

吸收法凈化氣態(tài)污染物是使污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相的傳質(zhì)過程，故又稱之為濕式凈化法。吸收的逆過程為解吸。物理吸收過程中，吸收和解吸同時存在。在吸收過程開始時，吸收液中吸收質(zhì)濃度很低，吸收速率大于解吸速率。隨著吸收過程的進行，解吸速率逐漸增大，最終吸收速率與解吸速率相等，溶液達到了飽和狀態(tài)。物理吸收是可逆的，降低溫度、提高壓力，有利于吸收；反之，則有利于解吸?；瘜W吸收中發(fā)生的化學反應若是不可逆反應，就不能解吸，或解吸出來的不是原吸收質(zhì)而是反應產(chǎn)物。若反應產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，則可降低液相中吸收質(zhì)濃度，有利于吸收。一般來說，化學反應的存在能提高吸收速率，并使吸收的程度更趨于完全。

吸收后的吸收液稱為富液，富液需要進一步處理，以免造成二次污染?；蛘咄ㄟ^解吸，回收吸收質(zhì)，并使吸收液恢復吸收能力而重復使用。