废弃电路板中非金属粉再利用的环境风险评价

废弃电路板(WPCBs)是电子垃圾的重要组成部分,具有良好的回收利用价值。面对资源日益短缺的现状,如何积极有效地回收利用WPCBs中的有用物质已成为一大热点课题而受到越来越广泛的关注。受到经济利益的驱动,目前对WPCBs的回收利用主要集中在金属部分,而对回收困难且经济效益较低的非金属材料则主要采用露天堆放或焚烧等处置方式,不仅造成资源浪费也增加了环境负担。本课题组采用物理填充再利用的方法,用非金属粉代替木粉等其它有价材料作填料成功地制备了再生板材、酚醛模塑料、木塑复合材料这三种再生材料。但由于非金属材料中含有多种有毒有害物质,其资源化过程中存在的潜在危害不容忽略。因此,本文从非金属粉回收再利用过程到再生材料最终处置对其潜在的环境风险进行研究分析。 1.非金属粉的特性及潜在危害性 粒径<0.07mm的非金属粉中基体树脂和玻璃纤维基本剥离,玻璃纤维比较干净,上面较残留少量的树脂。非金属粉中树脂与玻璃纤维解离越大,基体树脂破碎得越分散,对有害物质如重金属的包裹越小,其浸出程度也会越大。用能量散射型X射线荧光法对非金属粉末中的元素进行测定发现,除C、H和O元素外,非金属粉中主要还包括Ca、Br、Si、Cu、Pb和Hg等元素,其中存在潜在危害的有Cu,Pb,Hg和Br。按照欧盟的RoHS指令及我国《电子信息产品中有毒有害物质的限量要求》等相关标准,非金属粉末属于低风险材料,但其潜在的环境风险和人体危害不可忽视。 2.非金属粉及再生材料的挥发性 将经破碎、分选所得的粒径<0.07mm的玻璃纤维布基板非金属粉代替碳酸钙、玻璃纤维和木粉分别按20wt%,20wt%和15wt%的填加量填充到再生板材、酚醛模塑料和木塑复合材料中制备得到三种再生板材。对这三种再生材料在使用过程中的挥发性进行检测,发现非金属粉中的挥发份中主要包括苯乙烯、柠檬烯、苯甲醛等,其中以苯乙烯的含量最高,达到1.1544μg/ml。再生板材的挥发物主要包括苯乙烯、苯酚、苯甲醛等。这些物质主要来自树脂、交联剂和固化剂等粘结剂组分,其中苯乙烯的含量最高,为1.2673μg/ml,比未填加的板材中高出1.1895μg/ml。非金属粉的填加导致了苯乙烯挥发浓度的大大提高。酚醛模塑料的挥发份中主要检测到苯酚、苯乙烯、苯甲醛、甲酚,其中苯酚的浓度最高,为0.3795μg/ml,其主要来自原料酚醛树脂。非金属粉的填加可导致苯乙烯和苯酚挥发浓度的升高,分别为0.0355和0.3715μg/ml,非金属粉的填加对于酚醛模塑料的挥发性具有一定的影响。而木塑复合材料的挥发份中则主要包括酚类、醛类和烷烃类物质,其中醛类物质主要来自木粉,包括苯甲醛、辛醛、壬醛和癸醛等。木塑复合材料的挥发性有机物浓度很小,浓度最大的苯乙烯的顶空浓度也只有0.0355μg/ml。总的来说,除再生板材中的苯乙烯外,各种再生材料挥发份中的主要物质均来自于制备材料所用的粘合剂及添加剂,非金属粉的填加对其挥发性影响较小。 3.非金属粉及再生材料的浸出毒性及浸出规律 参照我国HJ/T298和美国EPA的TCLP方法,分别用硫酸/硝酸法和醋酸法对非金属粉及再生材料的浸出毒性进行检测分析。结果发现,根据《危险废物鉴别标准》,三种再生材料浸出液的各种重金属离子浓度都远低于标准限值浓度,不属于危险固体废物,因此不需要特别处置。而用醋酸法测得非金属粉中Cu浸出浓度为893.3 mg/L,是毒性物质鉴定限值八倍多。可以通过优化破碎及分选工艺,对非金属粉进行再次分选,降低非金属粉中的残余Cu含量,从而实现Cu资源的回收和减小其对环境的影响。对浸出规律分析发现,非金属粉及再生材料的浸出液的pH值随着浸出时间不断增加,其中非金属粉在pH=6趋于平衡,而再生板材、酚醛模树脂和木塑复合材料这三种再生材料最后的浸出液的pH值达到了8.6,10.0和8.2。浸取液pH值的升高导致了重金属浸出程度的大大降低。受到浸取液pH值和非金属粉吸附作用的双重影响,非金属粉中金属的浸出浓度随着浸出时间先增加后下降,在浸出末期几乎为零。 综上可知,物理填充法以实现非金属粉的资源化是安全环保的处理处置方法。