废弃电路板粉末在建筑材料中的应用研究现状.pdf

年月第 卷 第期河北水利电力学院学报 文章编号：（）废弃电路板粉末在建筑材料中的应用研究现状陈耀华，刘杰胜，魏靖，张一迪，王磊（武汉轻工大学 土木工程与建筑学院，湖北省武汉市常青花园学府南路 号 ）摘要：废弃电路板属于危险废弃物，且堆积量越来越大。解决废弃电路板的污染已经成为迫在眉睫的事情。将废弃电路板中非金属部分磨成粉状（废弃电路板粉末）外掺加入建筑材料中，能够改变其相关性能。文章阐述了我国废弃电路板的来源以及对废弃电路板非金属部分的处理和应用情况，探讨了将废弃电路板粉末加入水泥基材料中的可行性和安全性，总结了其在水泥基材料以及沥青、涂料等建筑材料中的应用现状，归纳了废弃电路板粉末的其他利用近况，为废弃电路板粉末的处理和在建筑材料中的应用提供了一个可行方案。关键词：废弃电路板；可行性；安全性；水泥基材料；利用现状中图分类号：；文献标识码：当今世界，随着科学技术的发展，电子电器产品的应用也越来越广泛，每个家庭不仅有洗衣机、电视机、电冰箱等常规电器，还有电脑、智能手机以及智能机器人等智能电子产品，而这些电器、电子产品中最重要的组成部分就是印刷电路板。废弃电路板是电子设备的核心部件，是危险废弃物。电路板的种类非常复杂，根据构成电路板的各种物质和其含量的差异，大致分为三种：金属材料，其中 占 以上，其次含有少量、等贵金属；含有卤素的环氧树脂等有机高聚合物；主要成分是硅及铝氧化物的陶瓷和玻璃纤维。我国废弃电路板的来源大约有两条路线：电子电器产品的报废；电路板生产过程中产生的副产品以及边角料。其中，废弃电子产品是废电路板的主要来源。年以后，电路板逐渐应用于各种电子设备，随着电子设备产品的报废以及更新换代，大量的电路板被淘汰，成为废弃电路板的主要来源。废弃电路板中非金属部分的无害化处理和资源化回收利用是当前亟待解决的问题。国内外对废弃电路板非金属部分的处理方法目前国内外对于废弃电路板的回收利用只是局限于金属的回收，对于金属部分的回收利用技术已经相当成熟，而对于非金属部分的回收利用技术尚不成熟。废弃电路板通常首先进行破碎、分选或者焚烧、高温热解等预处理，将 等金属物质与废塑料废树脂等分离，然后再对金属物质进行火法冶炼或湿法冶炼回收 等贵金属 。而对于分离的非金属部分，则会通过以下方法进行处理。物理回收物理回收与废弃电路板预处理中的物理机械法相对应，将废弃电路板通过物理机械法处理之后，金属部分回收，非金属部分则通过研磨成粉之后用作各种材料的填充物。目前废弃电路板非金属部分的物理回收方法主要有填充建筑材料、改性塑料组分以及用作结构材料填料三种。焚烧处理焚烧法处理是将废弃电路板中的可燃物在焚烧炉中与氧气燃烧。先将废弃物机械地粉碎后，送入焚烧炉，将其中树脂分解破坏，有机物和固体物分离，剩下的渣滓是裸金属及玻璃纤维，再经过粉碎后可以送到金属冶炼厂进行金属回收，将有机气体送入二次焚烧炉，进一步进行燃烧处理。收稿日期：修回日期：基金项目：湖北省教育厅科研计划项目（）；年湖北省交通运输厅科技项目（）第一作者简介：陈耀华（），男，湖北恩施人，硕士研究生，主要研究方向：新型建筑材料研究。：通讯作者简介：刘杰胜（），男，湖北武汉人，博士，教授，主要研究方向：新型建筑材料等研究。：焚烧法主要用于回收废电路板中的金属，其优点是工艺简单，时间短，可以实现废弃电路板的减量，但在焚烧过程中环境风险高，废弃电路板中的有机物不能充分利用。高温热解回收热解法是焚烧法处理的有效改进。废弃电路板非金属部分中的有机物可以热解回收，可回收燃油气和金属材料。与焚烧处理方法不同，真空热解过程是在无氧条件下进行的，因此其环境污染小。热解法是在密闭反应器中对废弃电路板进行热解反应，采用惰性气体作为保护气体，恒定流量热解产生的热解气经冷凝系统送入管道，并冷凝得到热解油。热解过后的玻璃纤维再进行熔炼处理，因可燃物已基本没有了，所以熔炼过程中所需能源全部由外部输入，耗能较大。该方法优点是工艺简单，缺点是投资大、能耗高。溶剂分解回收溶剂分解回收就是利用每种介质自己独有的性质，将废弃电路板中的非金属部分中的树脂溶解，并且使其溶解之后再转化为可回收利用的化石燃料等。目前这个方法大都还处在试验研究阶段，其中利用超临界流体、氢解和离子液体等溶剂分解废弃电路板非金属组分已有一些研究。废弃电路板粉末在建筑材料中的应用现状废弃电路板非金属粉末的成份包括约 热固性环氧树脂、玻璃纤维，以及溴化阻燃剂和其他添加剂。其中环氧树脂含量占比极大，且粘附力强。废弃电路板粉末在水泥砂浆中的应用废弃电路板中还存在微量的重金属，为探究这部分重金属在砂浆中的应用是否会对人体健康产生危害，上海大学化学系杨佳俊等人按照以下标准做了重金属浸出毒性试验以及重金属最大浸出毒性试验：重金属浸出毒性试验按 固体废弃物浸出毒性浸出方法：水平振荡法 进行测试，重 金 属 最 大 浸 出 毒 性 按 （）毒性浸出试验方法进行测试。从中得出以下结论：掺废弃电路板非金属粉末的水泥砂浆能够有效地束缚重金属离子，其重金属浸出毒性远小于国家固体废弃物排放标准要求。对掺废弃电路板非金属粉末的水泥砂浆安全性能的研究表明，把废弃电路板非金属粉末用于制备各种水泥基的建筑材料，不会对生态环境以及人体健康造成不良影响。上海大学谢俊等人在对废弃电路板粉末作为水泥基增强材料试验中发现，废弃电路板粉末对水泥砂浆的早期强度会有很好的提升效果。其原因主要是废弃电路板粉末中含有大量的 元素，元素能够影响水泥的水化反应，加速水泥水化反应，提高其早期强度；同时，不同粒径的废弃电路板粉末对其强度影响也有差别。其原因是，在一定范围内，粗粒径的废弃电路板粉末呈纤维状，其在水泥砂浆中能够起到加筋作用，纤维的乱向分布能够克服骨料之间的滑移，起到连接作用，避免裂缝的产生，所以在这个掺量范围内能够增强水泥砂浆的抗压抗折强度 。而细粒径的废弃电路板粉末呈细粉状，在一定掺入量范围内会增强水泥砂浆的强度。其原因是，一方面细粉末状的废弃电路板与水泥颗粒接触面积更广，更能促进其水化反应；另一方面，细粉末状的废弃电路板能够填充水泥砂浆中因水泥水化反应留下来的细小孔隙，从而能够提升水泥砂浆的强度。为改善改性水泥砂浆的界面性能，王茹等人 分别向废弃电路板改性砂浆中再加入硅烷偶联剂和丁苯乳液，以求提高其强度。结果表明，丁苯乳液会增加改性砂浆的含气量，原因是改性水泥砂浆在高速搅拌过程中有一个缺点，就是会产生大量气泡，而丁苯乳液具有表面活性，会使气泡继续增多；同时丁苯乳液还能够增大其抗压抗折强度以及黏结抗拉强度，这是由于丁苯乳液与水泥水化产物共同形成互相交织的网状结构，且聚合物薄膜能够有效稳定的提高水化产物的黏结性能 。改性砂浆中加入丁苯乳液还能够增大其收缩率且减小毛细吸水率，原因是乳液具有良好的减水保水作用，试验水灰比不变，此时改性砂浆中的自由水比未加丁苯乳液时的含量多，硬化后导致其收缩率增大，毛细吸水率减小是由于聚合物薄膜的形成阻挡了毛细水的进入。而硅烷偶联剂则会降低改性砂浆的含气量，其原因 是 偶 联 剂 减 少了 非 金 属 粉 末 的 气 体 夹 带量。硅烷偶联剂也能提高改性砂浆的抗折抗压强度和黏结抗拉强度，是因为硅烷偶联剂发生水解之后能够与玻璃纤维表面以及砂浆浆体中的羟基发生脱水反应而生成稳定的硅氧键，同时偶联剂的有机基团还能够与树脂发生反应，形成稳定的化学键，改善了改性砂浆的界面性能，增强了黏结力，提高了河北水利电力学院学报 砂浆强度 。偶联剂减小了改性砂浆的含气量，降低了孔隙率，使得硬化过程中砂浆试块的内部挥发游离水减少，从而降低了改性砂浆的收缩率。废弃电路板粉末在混凝土中的应用废弃电路板非金属粉末可以加入到混凝土中代替一部分原有的材料，可以提高混凝土的机械强度，对节约资源，保护环境有着很好的益处。牟鹏等人 将废弃电路板粉末加入到混凝土中后对混凝土进行力学性能测试，结果表明，废弃电路板粉末能够提高混凝土的抗压抗折强度。这表明将废弃电路板粉末加入到混凝土中改善混凝土的性能是可行的。等人 将废弃电路板粉末以外掺的形式加入混凝土中替代细骨料，结果发现废弃电路板粉末的加入降低了混凝土的坍落度，减小了其流动性，这是因为水泥与电子废弃物之间有黏结性且混凝土自重降低。同时还发现废弃电路板粉末掺入量为水泥质量的 时，其抗压强度以及劈裂抗拉强度最高，分别比空白组高出 和 ；当掺入量为水泥质量的 时，抗折强度最高，比空白组高出 ，这是因为废弃电路板中 的存在加速了水泥水化反应。废弃电路板粉末在沥青及涂料中的应用现状华南理工大学伊健标 把基质沥青分别加热到 、和 以上，直至变成粘性流体，然后把一定量的废弃电路板粉末加入其中分别搅拌、，制成加入废弃电路板粉末的改性沥青。再利用正交试验在非金属粉末掺量、细度以及反应时间和温度个影响因素中，确定了非金属粉末掺量和细度是对沥青基本性能影响最大的因素。随着非金属粉末含量的提高，粘度与软化点也逐渐增加，其高温稳定性得到了提升。上海交通大学郭久勇 通过在沥青中加入废弃电路板粉末，固定加入废弃电路板粉末的含量或粒径，测量沥青的基本性能。试验表明废弃电路板粉末能够降低沥青的温度敏感性，且当非金属粉末含量为 、粒径为 时，改性沥青的综合性能最好。华南理工大学李建林 将废旧印刷电路板非金属粉末加入自制的无溶剂环氧自流平地坪涂料中，发现随粉末含量的增加，地坪涂料的流动度逐渐下降，但都能达到国家标准，且废旧印刷电路板非金属粉末能够增加涂料的抗压强度和邵氏硬度。废弃电路板粉末的其他应用现状通过不同的处理方式，废弃电路板非金属部分回收之后能够作为填充材料制作复合材料、木塑材料、人造木板和水玻璃等。周玉敬等 利用废弃电路板回收塑料粉料作为增强材料，应用模压成型的方法制备不饱和聚酯复合材料，研究其形状、加入量和粒径大小对复合材料性能的影响。结果表明，废弃电路板塑料粉料与短切玻璃纤维作为组合增强体制得的不饱和聚酯复合材料的力学性能远大于仅用废弃粉料作为增强体的力学性能；纤维状粉料比原片状粉料增强效果要好；大粒径比小粒径粉料的增强效果更好，且加入量较大。同时该复合材料性能优异、工艺简单、成本低廉，能够很好的代替木塑材料。慎义勇 提出将废弃电路板非金属粉末与木屑和玻璃纤维以一定比例混合，再加入适量胶合剂搅拌，最后冷压，排出空气后再热压成型，制成人造木材。郅慧等人 有效的将废弃电路板非金属材料中的环氧树脂与玻璃纤维分离开，将份废弃电路板非金属粉末、份氢氧化钠或氢氧化钾以及 份水混合反应得到悬浮溶液，再将该悬浮溶液通过水蒸气加热加压，反应 后冷却至常温，将反应液过滤、浓缩后即得到水玻璃。总结）废弃电路板粉末能够以外掺的形式加入水泥基和其他建筑材料中，并且能够提高其强度。）将废弃电路板粉末加入建筑材料中能够解决废弃电路板所含非金属对环境的污染问题，降低其处理预算，节省开支，有利于发展环境友好型与资源节约型社会。）目前国内外对于废弃电路板粉末改性建筑材料的研究仅限于对其基本力学性能影响的研究，而对于其抗渗性、抗冻性、抗碳化等耐久性方面的研究还没有开展。参考文献赵跃民，王全强，焦红光，等废弃电路板选择性破碎基础研究中国矿业大学学报，（）：邓桂芳废弃电路板金属分离回收变废为宝发挥余热印制电路信息，（）：黎敏，李冲，徐小锋，等废线路板热解处理技术和装置发展现状有色金属（冶炼部分），（）：刘，刘静欣，郭学益电子废弃物处理技术研究进展第期陈耀华等：废弃电路板粉末在建筑材料中的应用研究现状金属材料与冶金工程，（）：刘，刘静欣，江晓健，等废弃电路板中非金属组分的回收利用有色金属科学与工程，（）：杨佳俊，陆文雄，郑爱新，等掺废电子线路板非金属残渣水泥砂浆安全性能的研究新型建筑材料，（）：谢俊，刘卫东，杨琴华，等废弃电路板非金属粉末作为水泥增强材料的试验研究水资源与水工程学报，（）：陈安东废弃电路板非金属粉末作为装饰性材料的试验探讨城市宅，（）：杨晓波，姜丽再生骨料清水混凝土的制备与施工工艺优化研究河北水利电力学院学报，（）：王茹，张腾飞，王培铭废弃电路板非金属粉末粒径对水泥砂浆性 能 的 影 响 建 筑 材 料 学 报，（）：王志儒聚合物改性机制砂干混防水砂浆性能研究重庆：重庆交通大学，刘纪伟，周明凯，陈潇，等丁苯乳液改性水泥砂浆性能及机理研究武汉理工大学学报 ，（）：周明凯，方东丁苯乳液改性水泥混凝土弯曲性能研究功能材料，（）：许绮，王培铭桥面用丁苯乳液改性水泥砂浆物理性能的研究建筑材料学报，（）：徐洪涛聚合物改性水泥砂浆性能研究郑州：郑州大学，刘广生，周煜华，杨静，等硅烷偶联剂应用研究进展江西化工，（）：罗霞，俞科静，王梦蕾，等硅烷偶联剂对玻璃纤维聚氨酯复合材料性能的影响研究化工新型材料，（）：苏达根，王小波硅烷偶联剂对复合水泥砂浆性能的影响有机硅材料，（）：庄燕，陆文雄，李小亮，等废弃线路板中非金属材料的回收和利用上海化工，（）：牟鹏，向东，段广洪 ，（）：，：尹健标废旧电路板非金属成分改性沥青及混合料试验研究广州：华南理工大学，郭久勇废弃电路板非金属材料填充不饱和聚酯团状模塑料及改性沥青研究上海：上海交通大学，李建林废 粉改性环氧树脂复合材料及其在地坪涂料中的应用广州：华南理工大学，周玉敬，张宗科，吴国清，等废旧线路板粉料增强不饱和聚 酯 复 合 材 料 力 学 性 能 复 合 材 料 学 报，（）：慎义勇我国废旧线路板处置现状及非金属材料利用设想中国环保产业，（）：郅慧，潘晓勇，姚智，等一种利用废线路板制备水玻璃的方法四川：，犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犛 狋 犪 狋 狌 狊狅 犳犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犠 犪 狊 狋 犲犆 犻 狉 犮 狌 犻 狋犅 狅 犪 狉 犱犘 狅 狑 犱 犲 狉 犻 狀犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犕 犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊 ，（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，（），犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；（责任编辑：周炳臣）河北水利电力学院学报