热解技术处理废弃印刷线路板的实验研究

论文摘要

热解法作为一种较新的线路板处理技术不仅实现线路板中有机组分转化为高品质能源——可燃气、可燃油,同时实现线路板中金属组分与非金属组分的高效分离,最终实现线路板环境友好型资源化回收目的。但是基础数据的缺乏减缓了大型设备研发进程,进而阻碍了热解技术推广应用。针对这一现状,本文选取了两种典型的废弃印刷线路板（FR4板和Teflon板）作为实验对象,开展了如下工作:利用差热热重分析仪,在N2气氛下考察了两种线路板的热解特性,获得了热解温度、最大热解速率温度、热失重率等重要参数并研究了升温速率对热解参数的影响。着重考察了升温速率、颗粒大小、热解终温对热解残余物性状的影响。研究结果表明:FR4板500℃热解终温,Teflon板700℃热解终温可保证两种线路板中有机组分热解完成,同时实现线路板金属与玻璃纤维很好的分离效果,分离金属片表面干净。而FR4板在320360℃,Teflon板在560620℃温度区间达到最大热解速率,在工程设计中可考虑物料在此温区滞留时间。采用蔡式温度积分近似式,Levenberg-Marqurdt优化非线性回归方法实现了线路板的热解动力学参数的计算,并建立热解模型,所建模型与实验结果拟合良好。可应用该模型预测热解过程中任意温度下原始物样质量随温度变化情况,以指导和优化反应器的设计和运行。自行设计了固定床热解实验装置,实现了两种线路板热解气体、液体、固体产物的收集,并利用GC-MS（气-质联用）、FTIR（红外光谱）、SEM（扫描电镜）等多种分析测试手段实现了三种产物的定性分析。FR4板中溴元素主要存在于气体产物中,气体产物主要为CO、CO2、丙烯、2-甲基丙烯、溴甲烷以及其他小分子烯烷烃产物,气体产物可通过除溴无害化处理作可燃气回收;液体产物中含有8.333%的水和油质成分。油质成分主要为苯,苯酚,苯和苯酚烷基取代等芳香族化合物,热值可高达30000kJ/kg,可作燃料油回收。Teflon热解气体产物主要为八氟环丁烷以及其他小分子碳氟氢烷烃化合物。两种线路板固体产物主要是由玻璃纤维和金属构成。制作过程中镀金的金属片热解后含有铜、镍、金以及附着在上面未清除干净的碳;而未镀金的金属片仅有铜和附着的碳。本文还进行了热解技术处理两种线路板的能耗分析。FR4、Teflon型线路板热解反应热分别为19.692MJ/kg和11.374MJ/kg。对于FR4板来说,回收的热解油作为燃料回收,热量仅为反应热的1/4,不足以维持热解反应的持续进行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外电子废弃物管理的现状与法规
• 1.2.1 国外电子废弃物管理法规
• 1.2.2 国内电子废弃物管理现状
• 1.3 国内外印刷线路板处理方法概述
• 1.3.1 冶金
• 1.3.1.1 火法冶金
• 1.3.1.2 湿法冶金
• 1.3.2 机械物理法
• 1.3.2.1 电子元器件的拆卸
• 1.3.2.2 破碎、分选
• 1.3.3 超临界流体法
• 1.3.4 生物浸取法
• 1.4 热解法在印刷线路板处理技术中的应用
• 1.4.1 热解原理及产物
• 1.4.2 热解技术在固体废弃物处理中的应用
• 1.4.3 废弃印刷线路板热解技术的研究进展
• 1.5 本课题研究的主要内容及意义
• 第二章 印刷线路板种类与制作工艺
• 2.1 印刷线路板的分类
• 2.2 印刷线路板的原料及元素组成
• 2.3 印刷线路板的制造工艺
• 2.4 实验样品的性质和制造工艺
• 2.5 小结
• 第三章 印刷线路板热重实验及影响因素研究
• 3.1 实验仪器和实验条件
• 3.2 热重实验结果及讨论
• 3.2.1 升温速率对热解特性参数的影响
• 3.2.2 热解残余物性状的表征分析和热解率修正
• 3.2.3 升温速率、颗粒大小、热解终温对热解残余物性状的影响
• 3.3 小结
• 第四章 印刷线路板热解表观动力学模型研究
• 4.1 热解动力学的基本方程
• 4.2 传统热解动力学模型的研究方法及计算结果
• 4.2.1 KAS 法
• 4.2.2 FWO法
• 4.3 温度积分的推导
• 4.3.1 传统温度积分近似式的推导
• 4.3.2 蔡式温度积分近似式的推导
• 4.4 Levenberg-Marqurdt优化非线性回归方法热解动力学模型
• 4.4.1 热解动力学参数求解的优化模型
• 4.4.2 模型求解的实现
• 4.4.3 模型结果及讨论
• 4.5 小结
• 第五章 FR4 板热解产物表征分析
• 5.1 固定床热解实验装置
• 5.2 热解气体产物分析
• 5.3 热解液体产物分析
• 5.3.1 热解油的常压蒸馏
• 5.3.2 轻质油的GC-MS分析
• 5.3.3 热解油及其馏分的官能团分析
• 5.3.4 热解油馏分的热值
• 5.3.5 热解油中无色透明液体的定性
• 5.3.6 热解油资源化利用途径
• 5.4 热解固体产物分析
• 5.4.1 固体产物的形貌分析
• 5.4.2 固体产物的元素分析
• 5.4.2.1 扫描电镜分析
• 5.4.2.2 元素分析
• 5.4.3 固体产物资源化利用途径
• 5.5 FR4 板热解机理的探讨
• 5.6 小结
• 第六章 Teflon板热解产物表征分析
• 6.1 热解气体产物表征分析
• 6.2 热解固体产物分析
• 6.2.1 热解固体产物形貌分析
• 6.2.2 热解固体产物元素分析
• 6.3 Teflon印刷线路板热解机理的探讨
• 6.4 小结
• 第七章 印刷线路板热解能耗分析
• 7.1 热解过程中的能耗
• 7.2 电阻炉散热损失
• 7.3 热解反应系统热容和热解反应热的计算
• 7.4 热解能耗计算结果
• 7.5 小结
• 第八章 结论和建议
• 8.1 结论
• 8.2 论文创新点
• 8.3 下一步工作与建议
• 参考文献
• 在学期间发表或录用的论文和参加科研情况说明
• 致谢