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绿化成本与环境的废PCB板锡回收技术
 

【作者: 籃貫銘】2014年10月02日 星期四

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贵金属,是电子产品与零组件制造不可或缺的生产材料,包含芯片、电阻、电容、连接器,以及PCB板的生产与焊接都必须使用贵金属,而随着贵金属的需求与价格日渐提高,电子科技业者的生产成本也随之增加,如何找出降低贵金属成本的方案,是未来产业发展的重要关键。


另一方面,在废弃的电子零组件与PCB板中,也含有许多贵金属,若是任意丢弃将会造成严重的水源、空气、土壤等污染,没有妥善的处理或回收,将对环境与人类的生活产生难以挽救的冲击。


电子产品倍数成长 电子垃圾成全球问题

而随着全球4G网络的陆续启用,再加上物联网应用的普及,预料将会有越来越多的智能型电子装置问世,可预见的,各式电子零组件与PCB板的使用量也将水涨船高,并推升对贵金属的需求量。


但同时间,现今电子产品的生命周期大幅缩短,造成人们大量丢弃电子产品,因而衍生了电子垃圾的问题。


根据联合国的报告,包括移动电话和计算机在内,全球每年大约产生5,000万吨的电子垃圾,并可能会以500%的速率增长,尤其是在一些发展中国家,例如印度和中国。



图一 : 焚烧法焚烧PCB板后,会产生大量的戴奥辛及悬浮微粒,对空气会有严重的污染
图一 : 焚烧法焚烧PCB板后,会产生大量的戴奥辛及悬浮微粒,对空气会有严重的污染

目前美国是世界制造电子垃圾最多的国家,每年抛弃大约300万吨的电子垃圾。其次是中国,制造了大约230万吨的电子垃圾。


电子垃圾含有大量有害化学元素,例如铅、镉、铍、汞等成分,若任意废弃会对人体和环境产生为害。此外,目前处理和回收废弃电子产品的方式并不够安全,且效益不高。即使在已开发国家,处理废弃电子设备的工业过程可能对工人和附近小区造成巨大安全威胁。


之所以会造成人员与环境的危害,最主要的原因,就是目前回收电子设备的方式仍是以碎化、分解和燃烧为主,不仅效益低,同时还会产生戴奥辛等污染物质。


虽然电子垃圾含有毒害成分,但是其中也包含一些有价值的、稀有的材料,某些复杂的电子设备里可以含有高达60种的化学与金属元素,若能妥善、有效的回将之回收,将是环境与科技发展双赢的局面。


锡价高涨 回收技术是产业升级亮点

特别是PCB板中含有许多金属材料,包含金、银、铜、锡等贵金属,若是能够选择性的将金属的部分剥除并回收,不仅可以提升再利用的效率,也能改善整体的生产成本,更有助于产业进一步提升自身的生产力。


而在废弃的PCB硬板上,其中焊接电子组件所使用的锡膏,含有大量的金属锡,只要将这些金属锡回收并重复再利用,就可以降低业者的生产成本。



图二 : 2003~2013锡价曲线图
图二 : 2003~2013锡价曲线图

此外,将锡剥去之后,电路板上的IC、电容、晶体管、连接器等电子组件也能轻易取下,不仅提升回收的速度与质量,同时还可从这些零组件中再收集含有金、银、钯等贵金属。


对此,优胜奈米科技便研发出一种新的环保锡回收技术,能选择性的将金属锡剥除。


优胜奈米科技总经理许景翔说:「目前废弃PCB板的回收方式大都是以焚烧法或是强酸剥离法来收集其中的贵金属,但前者会产生戴奥辛,后者则会对污染土地。」


许景翔进一步解释,采用焚烧法焚烧PCB板后,会产生大量的戴奥辛及悬浮微粒,对空气会有严重的污染;而后者因采用硝酸、王水等强酸来剥离贵重金属,不仅过程对工作人员有健康风险,处理后剩余含锡的废液任意倾倒,则可会引发更严重的土地与水源污染。


环保剥锡 回收纯度达99.96%

为了改良传统的浓硝酸剥除法,优胜奈米便开始着手研究环保剥锡添加剂,并成功实验出中性的环保剥锡剂-SnST-550A


许景翔指出,此剥锡添加剂是一种添加镍缓蚀剂与铜缓蚀剂的中性水溶液,可以选择性的将锡镀层剥除,并从主板上取得较完整的电子组件,以利后续各类金属的回收及处理。



图三 : 剥除镀锡之后的电子组件仍能妥善,甚至针脚与线路依旧完整,能增加后续的再利用或回收效益
图三 : 剥除镀锡之后的电子组件仍能妥善,甚至针脚与线路依旧完整,能增加后续的再利用或回收效益

至于其环保剥锡溶液的基础原理,则是利用硝基与锡所产生的化学反应,形成硝酸亚锡化合物,之后再藉由酸碱滴定沉淀的方式,来取得氢氧化锡固体。


「藉由剥锡溶液,可以轻易取得电路板上焊锡的电子组件,接着再对含锡溶液进行纯化,就能取得高纯度的锡。」许景翔说。


而这种环保剥锡溶液除了安全无害之外,采用上也十分简便,同时剥除的效率也很高。许景翔表示,以一片电路复杂且积材大的服务器PCB板来说,只要浸泡约40分钟,就能完全剥除其上的镀锡。


更重要的是,剥除镀锡之后的电子组件仍能维持妥善,甚至针脚与线路依旧完整,能增加后续的再利用或回收效益。


而酸碱滴定后取得的氢氧化锡固体的纯化方式,优势奈米的方案也非常简易和安全。由于硝酸钠易溶于水,所以只要将含锡产物以纯水清洗、过滤、再烘干,就能够纯化大部分的锡。


而根据优胜奈米的EDX测试,水洗之后的固体含锡量,从44.92%提高到85.58 %。最后再利用800℃高温锻烧纯化的方式,还原金属锡,最后取得纯度99.96%的高纯度锡。



图四 : 利用800℃高温锻烧的方式还原锡,取得纯度99.96%的高纯度锡
图四 : 利用800℃高温锻烧的方式还原锡,取得纯度99.96%的高纯度锡

绿化环境 也绿化成本

使用SnST-550A剥锡添加剂,不仅可完全改善传统焚烧与强酸制程的处理模式,为废电子回收产业带来更好的处理技术,提供良好、人道的工作环境,同时可以大幅减少空气与废水处理可能产生的污染问题,对环境保护有极正向的帮助。


更重要的是,此剥锡剂大幅提升了锡回收的效益,同时也提升了其他贵金属(金、银等)再利用与回收的含量,对于相关产业的经营与发展,都是一大利多。


而依据优胜奈米的评估,废计算机主板若是完全的回收锡、金、铜、银,每公吨价值约为新台币45万元;废手机板每公吨之回收价值约为60万元,实际的经济效益相当明显。


因此,对于当前成本锱铢必较台湾的电子产业来说,若能够在目前的生产流程中,加入回收再利用的程序,将能改善其成本结构,降低整体成本;而对回收业者而言,更高的回收效益与更佳的工作环境,已是刻不容缓的最佳方案。


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