废线路板富氧顶吹熔池熔炼实践.pdf

2 0 2 0 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 3 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 0 ．0 9 ．0 0 7 废线路板富氧顶吹熔池熔炼实践 周立杰，刘风华，邹结富，丁银贵，陈士朝 中节能工程技术研究院有限公司，北京1 0 0 0 8 2 摘要介绍了废线路板富氧顶吹熔池熔炼技术在中节能 汕头 再生资源技术有限公司应用的情况，并对 试生产中遇到的问题进行了分析，提出了对今后生产的改进意见。 关键词废线路板；富氧顶吹；熔池熔炼；工业实践 中图分类号T F 8 0 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 0 0 9 - 0 0 3 5 - 0 4 P r a c t i c eo fW P C B sO x y g e n - e n r i c h e dT o p - b l o w i n g B a t hS m e l t i n gT e c h n o l o g y Z H O UL H i e ，L I UF e n g - h u a ，Z O UJ i e f u ，D I N GY i n g u i ，C H E NS h i c h a o C E C E PE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t eC o ．，L t d ．，B e 巧i n g1 0 0 0 8 2 ，C h i n a A b s t r 舵t A p p l i c a t i o no fw a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d s W P C B s o x y g e n - e n r i c h e dt o p ．b l o w i n gb a t hs m e l t i n g t e c h n o l o g yi nC E C E P S h a n t o u R e c y c l i n gR e s o u r c e sT e c h n o l o g yC o ．， L t d ．w a si n t r o d u c e d ．P r o b l e m se 【i s t i n gi n t r i a lp r o d u c t i o nw e r ea n a l y z e d ．I m p r o v e m e n ts u g g e s t i o n sf o rf u t u r eo p e r a t i o nw e r ep u tf o r w a r d ． K e yw o I ．d s w a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d s W P C B s ； o x y g e n e n r i c h e dt o p b l o w i n g ； b a t h s m e l t i n g ； i n d u s t r i a lp r a c t i c e 1 项目背景 1 ．1 项目概况 随着经济的快速发展和电子产品更新换代速度 的加快，国内外电子废弃物的产量呈逐年增加的趋 势，废电路板的产量也随之逐年增加[ 1 。2 ] 。大量电子 废弃物的产生给环境带来了巨大的承载压力，而废 电路板中含有大量的铜、金、银等有价金属[ 3 ] 。科 学、合理、高效地从电子废弃物中回收有价金属，不 仅可以实现变废为宝、节约资源，还可减少污染物排 放，达到保护环境的目的，对建设资源节约型和环境 友好型社会具有重要的环境意义和经济意义[ 4 ] 。 中国节能建设了国内首个火法熔炼废线路板的 示范平台，针对不同类型废旧印刷电路板的特性，开 发出高效熔池熔炼、高温燃烧法治理二嗯英等关键 技术及装备，攻克了废旧印刷电路板原料配比、自热 熔炼、渣型优化、二嗯英防治等技术瓶颈，形成了一 批可借鉴、可复制、可推广的高效清洁回收有价金属 元素的核心技术，解决了“土法”冶炼技术高能耗、 低效率、重污染等问题，不仅可以为企业创造经济 效益，更符合我国资源循环、节能减排、保护环境 的大趋势，同时也是维护国家资源权益的一种重 要途径。 1 ．2 富氧顶吹熔池熔炼技术 废旧印刷电路板、电线和元器件等物料直接进 人顶吹式熔池熔炼炉的沸腾层内，由喷枪鼓人熔炼 炉内的富氧工艺风和柴油 粉煤 对熔体进行搅拌， 物料快速熔人熔体中。通过调整燃料流量和喷枪富 收稿日期2 0 2 0 0 1 一0 3 基金项目国家重点研发计划项目 2 0 1 8 Y F C l 9 0 3 1 0 3 ；广东省科技计划项目 2 0 1 7 8 0 2 0 2 3 8 0 0 1 作者简介周立杰 1 9 8 7 一 ，男，辽宁阜新人，硕士，工程师；通信作者刘风华 1 9 7 9 一 ，男，吉林白山人，博士，高级工程师 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第9 期 氧空气的风量，控制熔炼炉内温度在12 0 0 ～12 5 0 ℃， 冶炼过程中废旧印刷电路板中的铜箔熔化，并沉积 在熔炼炉底部，铜液定期从放铜口排出，铸成铜锭； 熔融炉渣定期从排渣口排出，经水淬后运输至临时 渣场堆放。 熔炼过程产生的烟气由炉顶排烟口排出，进入二 次燃烧室。维持二次燃烧室的进口温度在12 5 0 ℃ 以上，确保烟气中夹带的轻质电路板在二次燃烧室 内可以充分燃烧，确保烟气在二次燃烧室内停留时 间超过3s ，促使没有完全分解的有机物彻底分解为 简单的氧化物，进而避免二嗯英产生[ 5 ] 。 2工程设计 2 ．1 原料及成分 本工程的主要原料及其成分如下。 废电路板主要化学成分 ％ C2 2 ．5 3 、H 2 ．1 7 、O1 0 ．5 8 、N0 ．6 3 、SO ．0 6 、B r7 ．1 8 、C l0 ．1 8 、合 计3 9 ．3 3 。 废电路板主要工业组分 ％ C u2 5 ．0 0 、M 1 ．0 4 、A4 2 ．9 8 、V2 9 ．6 0 、C1 ．3 8 、合计1 0 0 ．0 。发热 值Q 93 0 2 ．4 0k J ／k g 。 废杂铜成分 ％ C u7 0 、F e5 、P b3 、S n2 、N i 1 ．9 、Z n0 ．5 。 废电子元器件成分 ％ C u3 5 、F e3 5 、P b3 ．5 、 S n7 、A 11 0 、So ．1 。可知，废线路板中铝含量偏高， 将直接导致熔炼温度的升高，进而影响了熔炼渣型 的选择。 目前人炉废电路板量约为60 0 0 t ／a ，原料供应 最大粒度为5 0 0m m ，含水量 3 ％。废电路板容重 0 ．8 ～1 ．3t ／m 3 ，粒度8 0 ～5 0 0m m ，厚度1 ～5m m ， 自然安息角3 0 。～3 5 。。该工程采用富氧顶吹熔池熔 炼工艺。 2 ．2 工程设计 本工程主要工艺设备见表1 。 表1 主要工艺设备 T a b l e1M a i np r o c e s se q u i p m e n t s 3 工业实践 芝薹暮了霎李凳誓字嚣戮詈主霁薹萋嚣 3 ．1 试生产情况对比。从表2 对比数据可见，铜及稀贵金属回收 项目于2 0 16 年1 月开始试生产运行，同年3率已经达到设计值，但处理量和产品产量尚未 月顺利产出粗铜。经耐火材料、渣型、喷枪及炉达到。 万方数据 2 0 2 0 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 7 表2 设计参数与生产参数的对比 T a b l e2 C o m p a r i s o nb e t w e e nd e s i g np a r a m e t e r s a n dp r O d u c t i o np a r a m e t e r s 3 ．2 工业实践遇到的问题及优化措施 3 ．2 ．1 喷枪结构 生产过程中喷枪由于焊接枪头脱落或者烧损严 重，造成熔体翻腾效果差甚至是形不成翻腾，导致正 常的化学反应以及热平衡被破坏，极易导致泡沫渣、 炉况恶化甚至是死炉等工艺事故。为延长喷枪寿 命，对喷枪结构进行了优化，结果见表3 。由表3 可 以看出，同等条件下1 1 0m m 喷枪寿命更高，使用寿 命可达1 2 0h 。 3 ．2 ．2 耐火材料 生产初期采用镁砖，浸蚀最严重的部位由原来 的1 15m m 2 3 0m m 变为6 0m m 2 3 0m m ，几乎 被浸蚀了一半。随后进行了半再结合铬镁砖、电熔 铬镁砖和铝铬尖品石砖三种火材料的比选，增强耐 火砖的抗腐蚀和抗冲刷能力，三种耐火材料侵蚀前 后的对比见图1 。由图1 可看出，半再结合铬镁砖 由原来的1 1 5m m 2 3 0m m 浸蚀为6 5m m 2 3 0m m ，同样也几乎被浸蚀了一半；电熔铬镁砖和 半再结合铬镁砖相比，耐浸蚀情况较好，只是在靠近 电极的部位，受电弧影响浸蚀比较严重；铝铬尖晶石 砖几乎没有被浸蚀，明显比其它材质砖好。 表3 喷枪主要技术参数 T a b l e3M a i nt e c h n i c a Ip a r a m e t e r s o fs p r a yg u n a 半再结合铬镁砖 h 电熔铬镁砖 图l三种耐火材料侵蚀情况 F i g ．1 E r o s i o ns i t u a t i o no ft h r e er e f r a c t o r i e s 通过比较，铝铬尖晶石尖晶石致密度最高，抗压 强度更大，更能抵抗高温熔体的冲刷，满足顶吹熔池 熔炼炉处理废电路板的丁艺耍求。 3 ．2 ．3 渣型控制 废线路板中含有6 ％～l o ％的A l 。 。，冶炼过程 中使渣相的熔点升高，C a 一S i 。一A l 。O 。三元渣液相 区较小，不易控制，排渣困难。刘风华等研究表明， 向渣中配人一定比例的F e ，液相区较大，生产过程 中易于控制，可正常排渣。。经生产实践验证，确定 最优渣型为匕 _ F e oS i 2 一～。 { 四元渣型Q ／S i ] 2 一 c 铝铬尖品石砖 o ．5 ～1 ．4 、F e ／S i 2 1 ．6 、A 1 。含量 1 6 ％。 3 ．2 ．4 烟气处理 生产初期因尾气中残氧浓度低、烟气没有充分 燃烧，偶尔发生二噌英含量超标情况。经过生产的 不断实践及技术改造，得到有效控制烟气中二嚼英 的可行性方法如下1 加大喷枪及套筒风量；2 提高 二燃室补风量，提高物料在二燃室的燃烧效率；3 渣 层以及二燃室温度控制在12 0 0 ～13 0 0 ℃；4 炯气 中残氧量控制在1 6 ％～1 8 ％；5 处理量在现有系统 下控制不高于1 ．5t ／h ；6 提高急冷塔的降温效果， 万方数据 3 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第9 期 保证烟气进入布袋收尘器前低于2 0 0 ℃。经过技术 改造后，烟气二嗯英含量为o ．0 7 4 ～o ．1 1n 乎T E Q ／m 3 ， 满足排放要求。 3 ．2 ．5 炉顶盖结构研究 炉顶盖是顶吹熔池熔炼炉炉顶上方的密封盖 子] ，实践证明，未安装水冷件保护时，使用五十天 后，炉顶盖排烟口与烟道连接处 靠喷枪口一侧 有 烧穿痕迹，不能满足顶吹熔池熔炼废电路板处理工 艺与生产要求。为保障安全生产作业的正常进行， 延长炉顶盖使用寿命，对炉盖进行了改造[ 8 ] 。改造 后，经过1 2 个月生产实践，炉顶盖运行正常，能满足 顶吹熔池熔炼废电路板处理工艺与生产要求。 4结论与展望 1 采用富氧顶吹熔池熔炼处置废线路板是可 行、可靠的，其工业实践是成功的。对喷枪结构和耐 火材料进行优化，对渣型、炉温、烟气排放等加以严 格控制，并采用成熟可靠的工艺设备。对今后的同 类工程，在施工过程中，还应严格监理制度，保证施 工细节质量。对安全生产要求高的工序，应加强操 作员工培训，建立完善严谨的作业制度。 2 富氧顶吹熔池熔炼处置废线路板技术，将清 洁生产、废弃物综合利用和可持续消费等融为一体， 实现“减量化、再利用、资源化”的处理机制，更大程 度地利用现有资源，有效缓解我国资源匮乏的现象， 同时解决了废电路板资源化出路，为我国建设城市 矿产资源循环利用示范基地提供了完整的产业链。 同时，有效提高了废电路板高效利用的技术及装备 水平，推进了我国废弃电路板规模化、集中化处理的 工业应用进程，满足我国电子废物资源循环发展的需 要，填补了废电路板自热熔炼成套技术装备的空白。 [ 1 ] 参考文献 周立杰，刘风华，邹结富，等．废线路板冶炼烟灰脱铅渣 中金的回收试验研究[ J ] ．中国资源综合利用，2 0 1 9 ， 3 7 8 1 4 ． Z H ULJ ，I 。I UFH ，Z UJF ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a l s t u d yont h er e c o v e r yo fg o l df r o ml e a dr e m o v a ls l a g f r o ma s ho fw a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r ds m e l t i n g [ J ] ． C h i n aR e s o u r c e sC o m p r e h e n s i v eU t i I i z a t i o n ，2 019 ， 3 7 8 1 ．4 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 王芳芳，赵跃民，张涛，等．废弃线路板中金属资源的物 理回收[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 7 2 卜7 ． W A N GFF ，Z H A 0YM ，Z H A N GT ．e ta 1 ．A d a p t a t i o n o fm e c h a n i c a lr e c y c l i n go p e r a t i o n sf o rm e t a lr e s o u r c ei n w a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d [ J ] ． M u l t i p u r p o s e U t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ，2 0 17 2 1 7 ． 郭键柄，张琪，陈正，等．废旧印刷电路板回收利用的研 究进展[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 7 6 6 6 9 ． G U JB ，Z H A N GQ ，C H E NZ ，e ta 1 ．R e s e a r c h p r o g r e s so fr e c y c l i n go fw a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d s [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a I l u r g y ，2 0 1 5 7 6 6 6 9 ． 沈志刚．蔡楚江，邢玉山，等．废印刷电路板中非金属材 料的回收与利用[ J ] ．化学工程，2 0 0 6 ，3 4 1 0 5 96 2 ． S H E NZG ，C A ICJ ，X I N GYS ，e ta 1 ．R e c y c l i n ga n d r e u s i n go fn o n m e t a l m a t e r i a l sf r o mw a s t e p r i n t e d c i r c u i tb o a r d s [ J ] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，3 4 1 0 5 9 6 2 ． 刘健平，刘风华，黄文，等．废线路板火法熔炼过程控制 及炉体设备的研究与实践[ J ] ．矿冶，2 0 1 9 ，2 8 6 7 8 8 2 ． I ．I UJP ，I 。I UFH ，H U A N GW ．S t u d yo nt h ep r o c e s s c o n t r o lo fW P C B ss m e l t i n ga n dt h er e s e a r c ha n d p r a c t i c eo ff u r n a c e [ J ] ．M i n i n ga n dM e t a l I u r g y ，2 0 1 9 ， 2 8 6 7 8 8 2 ． 刘风华，黄文，丁勇，等．富氧顶吹熔池熔炼处理废线路 板初探[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 9 9 9 2 9 6 ． I ．I UFH ，H U A N GW ，D I N GY ，e ta 1S t u d yo n T r e a t m e n to fw a s t ep r i n t e dc i r c u i tb o a r db yo x y g e n e n r i c h e d t o p b l o w nb a t hs m e l t i n g [ J ] ．N o n f e r r o u s M e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ，2 019 9 9 2 9 6 ． 邹结富，刘风华，丁勇，等．熔池熔炼工艺处理废线路板 关键技术探讨[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 9 9 8 3 8 6 ． Z UJF ，I 。I UFH ，D I N GY ，e ta 1 ．S t u d yo nt h ek e y t e c h n o l o g yo fw a s t e dp r i n t e dc i r c u i tb o a r dp r o c e s s i n g b yb a t hs m e l t i n gm e t h o d [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ，2 0 1 9 9 8 3 8 6 ． 刘风华，周立杰，邹结富，等．富氧顶吹熔炼炉炉体结构 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 2 0 9 4 5 4 8 ． I ，I UFH ，Z H O ULJ ，Z O UJF ，e ta 1 ．S t u d yo n s t r u c t u r eo fo x y g e n e n r i c h e d t o p b I o w i n gs m e l t i n g f u m a c e [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ， 2 0 2 0 9 4 5 4 8 ． 万方数据