FR4型废弃印刷线路板中温热解处理的实验研究

论文摘要

随着电子工业的迅速发展,在人类享受巨大效益的同时,大量的印刷线路板被淘汰。这些废弃的印刷线路板如果随着一般的生产生活垃圾被填埋或焚烧,过程中产生的废气和残渣等会对环境造成严重的污染,甚至危害人类的身体健康甚至生命安全。目前,处理废弃印刷线路板的方法主要有（1）机械/物理法（2）高温火法冶金（3）湿法冶金（4）生物技术（5）电化学法（6）热解处理法等。其中,各种方法都存在难以克服的缺点。而热解处理法是较新的处理技术,目前还不太成熟,需要进一步的研究。在这种环境下,本文研究了FR4型废弃印刷线路板在N2环境下的热失重情况,并自行设计订制了小型固定床热解装置来对未经过破碎的废弃印刷线路板的热解进行进一步的研究,以便为进一步的工业处理提供依据。同时对实验过程中收集的液体、气体产物以及分离出来的金属进行了元素分析以判断其成分,并探讨其对环境的作用。对FR4型废弃印刷线路板的热失重分析表明,热解过程约在300℃时开始,在320370℃之间出现热解峰,在330430℃之间,反应基本完成。由于热传递等原因,随着升温速率的提高,热解开始的温度逐渐延后,反应时间缩短,剧烈程度增强。通过对热解残余物的分析知,FR4型线路板热解得到18.91%的气体产物,8.33%的液体产物,以及72.76%的固体产物。Kissinger法计算得到的热解反应的指前因子为386972.8min-1,活化能为102.65kJ/mol;Coats-Redfern法得到的热解反应的指前因子为8827.428min-1,活化能为130.4572 kJ/mol。经分析知,升温速率为10℃/min时热解的气体产物主要成分为一氧化碳、二氧化碳、丙烯、溴乙烷、二氯甲烷;此外还有一些含有311个碳原子的小分子有机物。液体产物分离出来的轻质馏分的分子量在50240之间,主要成分是含有317个碳原子的丙酮、苯酚以及一些芳香族化合物。此外常压蒸馏中还有一些稠油和蜡质出现。固体残渣主要是由炭和金属构成。制作过程中镀金的金属片热解后含有铜、镍、铁、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。本研究为废弃印刷线路板的处理和资源化提出了一个新途径。经研究发现,FR4型废弃印刷线路板的处理条件为:升温速率随着要求而定,加热终温为500℃。升温速率为10℃/min时,可回收金属约为总质量的8%-8.8%,得到的气体产物占18.91%,液体产物占8.33%,固体产物占72.76%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 废弃印刷线路板的现状
• 1.2 废弃印刷线路板的组成
• 1.3 废弃印刷线路板的回收处理方法
• 1.3.1 高温火法冶金
• 1.3.2 湿法冶金
• 1.3.3 机械/物理法
• 1.3.4 生物技术
• 1.3.5 电化学法
• 1.3.6 热解处理法
• 1.3.7 废弃印刷线路板的几种主要处理方法的比较
• 1.4 课题研究的内容、方法及意义
• 1.4.1 课题研究的目的和内容
• 1.4.2 课题研究的意义
• 第二章 热解的基本原理与技术
• 2.1 热解概述
• 2.1.1 热解的特点
• 2.1.2 热解过程与机理
• 2.1.3 热解的工艺分类
• 2.1.4 热解的设备
• 2.2 废弃印刷线路板热解文献工艺综述
• 第三章 废弃印刷线路板热解装置及实验方法
• 3.1 热重实验的设备与原理
• 3.2 固定床热解实验装置
• 3.3 实验方法及过程
• 3.4 实验材料及其制备
• 3.5 产物检测的设备及方法
• 第四章 中温热解实验结果及产物的分析
• 4.1 实验结果分析方法
• 4.1.1 热重（TG）和微分热重（DTG）分析方法
• 4.1.2 差热分析（DTA）分析方法
• 4.2 废弃印刷线路板的基本实验结果
• 4.2.1 热失重天平实验结果分析
• 4.2.2 固定床热解装置的实验结果分析
• 4.3 热解残余物的性态分析
• 4.4 废弃印刷线路板热解的产物分析
• 4.4.1 气态产物成分分析
• 4.4.2 液态产物成分分析
• 4.4.3 固态产物成分分析
• 4.5 废弃印刷线路板的传统热解动力学研究
• 4.5.1 热解动力学的基本方程
• 4.5.2 Coats-Redfern 法
• 4.5.3 Kissinger 法
• 第五章 结论与建议
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 本论文的创新点
• 5.3 进一步的工作建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢