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发明家王武生:世界首创废旧线路板资源化环保回收

2017-02-08 16:17:00       来源:中国网

随着科技的进步,老百姓身边的电子产品越来越多,更新换代也越来越快,不知何时起家中废旧电器却也是积攒的越来越多,不知该如何处理。

众所周知,废旧家电的污染危害极大。诸如废旧手机、报废电脑、电视机、冰箱等电器,内部零件中都含有铅、镍、镉、汞等有毒物质。根据相关专家测试,一粒纽扣电池就能污染600立方米水,而一节一号电池烂在地里,能使一平方米的土地失去利用价值。可见,废旧家电的回收管理无疑已经成为生活环保中必不可少的一环。国家层面也正在加强废旧家电的回收管理,制定扩大家电回收的范围,并对家电回收企业采用补贴政策。然而,事实上有不少企业都只是打着环保的招牌,实际却无法实现环保:主要原因在于废旧线路板回收存在的一个世界性技术难题——混合物的分离。

其实最环保的方法是采用“粉碎法”,将得到的混合金属粉经过风选、磁选后,剩下铝合金、铜粉、焊锡和环氧树脂粉的混合物,然后进行回收利用。但是,这种无污染的物理回收方法一直没有得到实际应用。为什么不这样做呢?因为直接粉碎得到的是混合物,如果不将其中的铝合金、铜粉、焊锡和环氧树脂粉的混合物分离开,其价值将大幅度地降低,更关键是没有客户购买。所以他们都采用直接焚烧的方法,不过这些有规模的企业玩了一个花招,把焚烧炉的烟囱和温度做得比那些违法的小企业高一点,其实再高也达不到环保要求。国家明令禁止焚烧并不因为规模大就是合法,那么技术难点到底在哪呢?根本原因还是粉碎后的混合物无法分离成单质材料,因为只有单质材料才能销售。为了更好的确保废旧线路板的资源化环保回收,华东理工大学机械与动力工程学院王武生教授一直以来都在废旧线路板物理回收的方向上深入研究,以期解决混合物分离这一技术难题,经过不懈的努力探索,终于取得了实质性突破,发明了采用纯物理方法解决工业规模化废旧线路板回收过程中存在的所有技术难题。实现了粉碎后铝合金粉与铜焊锡的分离;树脂粉中所含的重金属和有毒物质分离、并将其中的98%以上的铜回收,使分离出来的树脂粉完全达到国家塑料环保标准;铜与焊锡的分离,铜粉的直接电解等世界性技术难题,真正做到了环保化、节能化、规模化、效益化回收。为了更好的了解废旧线路板的资源化环保回收技术,我们采访了发明家王武生教授。

▲上图为发明家王武生教授正在观察环氧树脂粉中的残留铜粉分离效果

记者:王教授,你好!你发明的废旧线路板的纯物理回收技术与国外技术相比,有什么优势?

王武生:国外最先进的回收技术如比利时的优美科公司采用的是“卡尔多”炉焚烧技术。国内的多家上市公司如格林美、东江环保等也是采用类似焚烧的技术。但国家已经明令禁止焚烧回收废旧线路板,所以这些公司的回收方法实际上是违法的。这些上市公司对废旧线路板的焚烧行为与那些被判刑的违法者的行为是相同的,唯一的区别就是上市公司的焚烧炉子大一些,烟囱和温度高一些。其实烟囱越高污染范围越广,受害人员越多;温度越高能耗越多,温室气体排放越多,铅污染越大。国家在政策中明确要求清洁化、资源化回收,但这些上市公司都没有做到,只是钻了国家没有明令禁止“卡尔多”炉焚烧也属于违法的空子,而国家明令了冲天炉是禁止的,所以采用冲天炉就抓人判刑,而采用“卡尔多”炉就合法,从本质上而言:两者之间其实如出一辙,只是五十步笑百步而已!

记者:那环保管理部门为什么不禁止?

王武生:我也曾专门到环保管理部门去质问过,他们的回答是:我们批准了就不违法!我说你们有什么权利批准违法的行为?

记者:是啊!他们一定有他们的理由。

王武生:他们认为这些上市用的是“卡尔多”炉,其实这完全是一种骗人的花招!采用“卡尔多”炉进行焚烧与那些被判刑的冲天炉的焚烧相比只是炉子的温度高一点,达到1200℃。这种高温的作用只是减少了二恶英的数量,但焚烧产生的污染物除了二恶英外还有重金属如铅的污染,还有温室气体的排放。并且由于炉子的温度高,铅的排放量及排放范围更多更广,会造成更大范围内的老百姓患上“血铅病”,并且排放的炉渣也含有铅等重金属。同时也将我国缺乏的锡、铅、铝合金等宝贵的有色金属资源变成危害人们身体的污染源。更关键的是:他们得到的不是电解铜而是铜与锡、铅的合金,这种合金的价值要低于电解铜,所以又必须采用酸溶解分离的化学方法回收,又会产生大量的废水和废气排放,还大幅度地增加了生产成本。

记者:那他们为什么不采用物理方法回收呢?

王武生:他们也曾经寻求过采用物理回收方法,如格林美从德国URT公司进口过上千万一套的粉碎机等,但由于目前全世界都还没有这种混合金属的分离技术,所以最终以失败告终,然后走上了污染环境的焚烧之路。

记者:你的意思是全世界都没有物理回收技术?

王武生:是的,除了我的发明之外。正因为如此,美国公司才购买了我的两项回收废旧线路板的发明。

记者:那你的发明与现在的技术如比利时优美科公司的区别在哪里呢?

王武生:我的优势主要体现在四个方面:环保化、节能化、资源化和效益化。

记者:什么是环保化?

王武生:所谓环保化就是指在整个回收过程中没有废水、废气和废渣的产生和排放。这在废旧线路板的回收领域是一个革命,完全没有污染。

记者:你是说采用你的发明完全没有了二恶英,同时也没有铅污染?

王武生:当然!不仅如此,还没有温室气体的产生和排放,完全是清洁的,达到国家的环保要求。

记者:那什么是节能化?

王武生:在整个回收过程中不需要进行加热消耗能源,在常温下就可以回收,不产生温室气体。与现在的在1200度高温下的“卡尔多”炉焚烧相比节省了大量的能源,同时也减少了温室气体的排放。

记者:什么是资源化呢?

王武生:资源化就是将其中有利用价值的所有资源全部回收利用,包括原来在焚烧中被浪费的:环氧树脂粉、铝合金、锡、铅。并且将铜、金、银等金属的回收率从93%提高到99.5%。

记者:效益化是什么意思?

王武生:现在的“卡尔多”炉焚烧工艺既不环保,同时成本也非常高。我的发明是纯物理方法,由于不添加任何化学药品,成本也远低于现在的焚烧工艺。利润相比可以增加三倍以上。

记者:能具体谈谈你的发明内容吗?

王武生:首先将废旧线路板进行粉碎,这已经是成熟的工艺。将粉碎后风选得的环氧树脂粉进行分离,可将其中残留的铜粉的98%分离出来。一方面可以增加1800元/吨左右的利润,同时还可以将环氧树脂粉的环保指标超过现有的新的树脂粉的标准要求(见附件中检测报告中的分析结果)。

记者:王教授,您提到的环氧树脂粉里面的金属分离技术难题到底难在哪?

王武生:现有的技术粉碎后分离出来的环氧树脂粉里面含有大量的有色金属,一般含有4-7%的铜粉。同时,环氧树脂粉里面含有大量的有毒物质,不能直接利用。

现有的技术由于树脂粉里面的有色金属的颗粒非常细,无法将其中的有色金属从树脂粉中分离出来。所以其采用的处理方法无论是填埋还是焚烧都不环保,同时还造成宝贵的有色金属资源的浪费。

记者:王教授,您们的环氧树脂粉里面的金属分离技术与现有技术相比有什么优势?

王武生:我们的技术与现有的处理方法相比,具有七大优势:

1.分离过程纯物理方法:在整个分离过程中不添加任何化学药品,完全采用物理方法进行分离。

2.环保:与现有处理方法相比,在整个分离过程中没有任何废物排放,无废水、无废渣、无废气,所用的分离介质水是封闭循环使用。

3.分离效率高:可将其中的主要有色金属98%以上分离回收。

4.分离成本低:分离成本(含人工费用)60元/吨。

5.利润高:由于原料来源不同,其中的金属铜的含量会有所差别,以平均计,每吨可获得40-70公斤的铜粉,近950公斤左右的树脂粉。

6.工业化:完全是工业化生产,产量1-5吨/小时,全部是机械化生产。

7.环氧树脂粉环保化:所得到的环氧树脂粉里面的有毒物质完全小于现有的塑料成品里的含量,达到回收利用的标准要求。

记者:然后呢?

王武生:将粉碎得到的金属混合物中的铁质金属通过磁选分离后得到:铜、铝合金、焊锡的混合物。

记者:你如何将这三个金属混合物分离呢?据我们了解当初格林美公司就是因为无法将其分离才采用了焚烧工艺。

王武生:先用比重分离法将其中的铝合金与铜和焊锡分离。具体地说:就是放入到一种特制的液体中,铝合金浮在上面,铜和焊锡的混合物下沉,分离率达到99.9%。当然,这种特制的高比重的液体的配方是保密的。国外采用的色谱法只能分离铜块和铝块,无法分离铜粉和铝粉,目前全世界只有我能分离。

记者:下一步如何将铜和焊锡分离?我们知道铜和焊锡可是焊接在一起的,两者的分离属世界性技术难题。

王武生:是的。因为两个原因:第一、化学性能非常接近:我们从金属活泼顺序表就可以知道铜、锡、铅的化学性质非常相近——铝锌铁锡铅铜。在常温下它们都不与硫酸发生反应,但都与硝酸发生反应,并且生成的盐都是水溶性盐,采用常规方法无法将其盐分开。

第二、物理性能非常接近:二者的比重几乎完全相同,虽然铜与焊锡在熔点上有巨大的区别,但两者无法用过滤的方法进行分离,而且加热将焊锡熔化后粘合得更紧,特别是焊锡与铜是通过焊锡膏连在一起的。

现有的技术无法通过物理将两者分离,只有通过化学方法。但化学方法工艺复杂,步骤多,需要消耗大量的化学药品,从经济上不合算。从社会效益上会产生大量的废水、废气,污染环境。

记者:那你是如何将两者分离的呢?

王武生:我采用的是直接电解分离。

记者:可电解也是化学反应啊?

王武生:是的。但任何电子电器用的电解铜都必须进行电解,即使你采用物理分离后仍然要进行电解,这是目前世界上唯一的方法!具体地说分离出来的铜也必须进行电解后才能用于电子电器行业。我直接电解既解决了铜的电解,同时也将铜和焊锡进行了分离,一举两得。焊锡的损耗小于0.1%,铜的回收率大于99.5%。

记者:可是据我们所知,在全世界进行铜的电解都必须先将铜熔铸成阳极板后才能电解,而熔铸过程可是在1200多度的高温下才能进行,你不将铜熔铸成阳极板如何进行电解?而且熔铸同样是会造成铅污染和大量的能源消耗?

王武生:这就是我们发明的关键:不用在一千多度的高温下进行熔铸,直接在常温下通过机械压块的方法将铜粉压成铜阳极板进行电解,这是铜电解技术发明二百年来的重大突破。这种方法不仅避免了熔铸过程中的铅污染,而且生产成本只有熔铸方法的十分之一,可以大幅度地提高生产利润。

记者:你是说你现在的发明方法比焚烧方法的经济效益更好?

王武生:是的。从利润角度而言,对整个行业来说这是一个非常惊人的提升。并且设备的成本也从原来的几个亿降低为几千万元,就是我所说的效益化。

如我根据我所得到的湖南万容公司所提供的原料,进行化学分析,其主要成分:铜55%、锡21%、铅11%、铝合金13%,其中金、银等贵金属不作分析,因为贵金属会随着铜回收。以此为下面进行经济分析的依据:

记者:王教授,您的废旧线路板环保回收技术发明成果产品有通过相关机构检验吗?

王武生:化验是必须的,我们通过合作单位荆州市友大金属制品有限公司委托北京矿冶研究总院测试研究所对环氧树脂粉分离前后的有色金属对比做了分析报告。

我们还委托荆州市金科环保科技有限公司检测分离后的环氧树脂粉做了环保指标检验。

王武生教授首创废旧线路板的资源化环保回收技术,直接采用低成本的纯物理方法就解决了现在废旧线路板回收过程中所存在的技术难题,并且是工业规模化而不是实验室的。分离率高达99%,铝合金、铜、焊锡、树脂粉等都可以单独分离出来回收再利用。在实现最大经济价值的同时,不产生二次污染,真正做到了资源化、环保化、规模化、效益化!

▲上图为发明家王武生教授就环保发明接受媒体专访

连线人物:

王武生,华东理工大学机械与动力工程学院教授;2005年《汽车制造与修理》教授级高级工程师;国家汽车标准委员会车身分标委员会委员;上海奇谋能源技术有限公司总经理;上海市第四届创造发明奖;松江区第二届拔尖人才;上海市领军后备人才;上海市松江区市民最喜爱的“我们松江人”获奖人。

王武生在长期的创造过程中取得了丰富的科技创新成果,共取得了几百项发明,获得了国家知识产权局颁发的四十多项发明专利证书和四项美国专利。其中,发明的《WFY-1汽车碰撞模拟台车》,改变了利用线性变量叠加合成非线性曲线的传统方式,采用直接利用金属管的变形吸能的原理,实现了波形再现,真正实现了自主开发, 打破了德国、美国在此技术领域的垄断,被中国汽车认证中心、国家汽车监督检验中心(上海)等采用,列为上海市高新技术成果转化项目,获上海市第四届创造发明专利三等奖。《限荷预紧式安全带》的发明,打破了美国专利技术垄断,填补国内空白,它采用限力式安全带大幅度提高了乘员的安全性,被中国奇瑞汽车公司、江淮汽车公司等采用,被列为上海专利二次开发项目。作为全国汽车标准化技术委员会会员,参与了多项国家标准的制定,如《汽车安全带标准》、《汽车安全气囊标准》并且主持起草《车辆前下部防护装置》的国家标准,是上海市第一次自主负责起草和制定的汽车行业的国家标准。针对高原战士缺氧及部分边远地区的小型医院缺少医用氧气的状况,开发了《家庭实用、车用小型电解制氧机》,获得第十届全国发明银奖,据此发明制造的产品获第十届全国发明新技术产品金奖。《安全带紧急锁止试验台》试验装置原来一直依赖进口,每台进口需19万马克,经过对比试验,该产品完全达到国外同类产品的性能,操作更为简单,填补了国内空白,价格仅需人民币20万元,已被中国汽车产品认证、解放军总装备部定远试验场、602直升机研究所采用。 除了在发明中取得了丰富的成果外还发表论文十多篇,其中在国家一级期刊共发表了具有创新理念和独特见解的论文6篇。(颜辉)

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