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綠化成本與環境的廢PCB板錫回收技術
 

【作者: 籃貫銘】   2014年10月02日 星期四

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貴金屬,是電子產品與零組件製造不可或缺的生產材料,包含晶片、電阻、電容、連接器,以及PCB板的生產與焊接都必須使用貴金屬,而隨著貴金屬的需求與價格日漸提高,電子科技業者的生產成本也隨之增加,如何找出降低貴金屬成本的方案,是未來產業發展的重要關鍵。


另一方面,在廢棄的電子零組件與PCB板中,也含有許多貴金屬,若是任意丟棄將會造成嚴重的水源、空氣、土壤等汙染,沒有妥善的處理或回收,將對環境與人類的生活產生難以挽救的衝擊。


電子產品倍數成長 電子垃圾成全球問題

而隨著全球4G網路的陸續啟用,再加上物聯網應用的普及,預料將會有越來越多的智慧型電子裝置問世,可預見的,各式電子零組件與PCB板的使用量也將水漲船高,並推升對貴金屬的需求量。


但同時間,現今電子產品的生命週期大幅縮短,造成人們大量丟棄電子產品,因而衍生了電子垃圾的問題。


根據聯合國的報告,包括行動電話和電腦在內,全球每年大約產生5,000萬噸的電子垃圾,並可能會以500%的速率增長,尤其是在一些發展中國家,例如印度和中國。



圖一 :   焚燒法焚燒PCB板後,會產生大量的戴奧辛及懸浮微粒,對空氣會有嚴重的汙染
圖一 : 焚燒法焚燒PCB板後,會產生大量的戴奧辛及懸浮微粒,對空氣會有嚴重的汙染

目前美國是世界製造電子垃圾最多的國家,每年拋棄大約300萬噸的電子垃圾。其次是中國,製造了大約230萬噸的電子垃圾。


電子垃圾含有大量有害化學元素,例如鉛、鎘、鈹、汞等成分,若任意廢棄會對人體和環境產生為害。此外,目前處理和回收廢棄電子產品的方式並不夠安全,且效益不高。即使在已開發國家,處理廢棄電子設備的工業過程可能對工人和附近社區造成巨大安全威脅。


之所以會造成人員與環境的危害,最主要的原因,就是目前回收電子設備的方式仍是以碎化、分解和燃燒為主,不僅效益低,同時還會產生戴奧辛等汙染物質。


雖然電子垃圾含有毒害成分,但是其中也包含一些有價值的、稀有的材料,某些複雜的電子設備裡可以含有高達60種的化學與金屬元素,若能妥善、有效的回將之回收,將是環境與科技發展雙贏的局面。


錫價高漲 回收技術是產業升級亮點

特別是PCB板中含有許多金屬材料,包含金、銀、銅、錫等貴金屬,若是能夠選擇性的將金屬的部分剝除並回收,不僅可以提升再利用的效率,也能改善整體的生產成本,更有助於產業進一步提升自身的生產力。


而在廢棄的PCB硬板上,其中銲接電子元件所使用的錫膏,含有大量的金屬錫,只要將這些金屬錫回收並重複再利用,就可以降低業者的生產成本。



圖二 :   2003~2013錫價曲線圖
圖二 : 2003~2013錫價曲線圖

此外,將錫剝去之後,電路板上的IC、電容、電晶體、連接器等電子元件也能輕易取下,不僅提升回收的速度與品質,同時還可從這些零組件中再收集含有金、銀、鈀等貴金屬。


對此,優勝奈米科技便研發出一種新的環保錫回收技術,能選擇性的將金屬錫剝除。


優勝奈米科技總經理許景翔說:「目前廢棄PCB板的回收方式大都是以焚燒法或是強酸剝離法來收集其中的貴金屬,但前者會產生戴奧辛,後者則會對汙染土地。」


許景翔進一步解釋,採用焚燒法焚燒PCB板後,會產生大量的戴奧辛及懸浮微粒,對空氣會有嚴重的汙染;而後者因採用硝酸、王水等強酸來剝離貴重金屬,不僅過程對工作人員有健康風險,處理後剩餘含錫的廢液任意傾倒,則可會引發更嚴重的土地與水源汙染。


環保剝錫 回收純度達99.96%

為了改良傳統的濃硝酸剝除法,優勝奈米便開始著手研究環保剝錫添加劑,並成功實驗出中性的環保剝錫劑-SnST-550A


許景翔指出,此剝錫添加劑是一種添加鎳緩蝕劑與銅緩蝕劑的中性水溶液,可以選擇性的將錫鍍層剝除,並從主機板上取得較完整的電子元件,以利後續各類金屬的回收及處理。



圖三 :   剝除鍍錫之後的電子元件仍能妥善,甚至針腳與線路依舊完整,能增加後續的再利用或回收效益
圖三 : 剝除鍍錫之後的電子元件仍能妥善,甚至針腳與線路依舊完整,能增加後續的再利用或回收效益

至於其環保剝錫溶液的基礎原理,則是利用硝基與錫所產生的化學反應,形成硝酸亞錫化合物,之後再藉由酸鹼滴定沉澱的方式,來取得氫氧化錫固體。


「藉由剝錫溶液,可以輕易取得電路板上銲錫的電子元件,接著再對含錫溶液進行純化,就能取得高純度的錫。」許景翔說。


而這種環保剝錫溶液除了安全無害之外,採用上也十分簡便,同時剝除的效率也很高。許景翔表示,以一片電路複雜且積材大的伺服器PCB板來說,只要浸泡約40分鐘,就能完全剝除其上的鍍錫。


更重要的是,剝除鍍錫之後的電子元件仍能維持妥善,甚至針腳與線路依舊完整,能增加後續的再利用或回收效益。


而酸鹼滴定後取得的氫氧化錫固體的純化方式,優勢奈米的方案也非常簡易和安全。由於硝酸鈉易溶於水,所以只要將含錫產物以純水清洗、過濾、再烘乾,就能夠純化大部分的錫。


而根據優勝奈米的EDX測試,水洗之後的固體含錫量,從44.92%提高到85.58 %。最後再利用800℃高溫鍛燒純化的方式,還原金屬錫,最後取得純度99.96%的高純度錫。



圖四 :   利用800℃高溫鍛燒的方式還原錫,取得純度99.96%的高純度錫
圖四 : 利用800℃高溫鍛燒的方式還原錫,取得純度99.96%的高純度錫

綠化環境 也綠化成本

使用SnST-550A剝錫添加劑,不僅可完全改善傳統焚燒與強酸製程的處理模式,為廢電子回收產業帶來更好的處理技術,提供良好、人道的工作環境,同時可以大幅減少空氣與廢水處理可能產生的污染問題,對環境保護有極正向的助益。


更重要的是,此剝錫劑大幅提升了錫回收的效益,同時也提升了其他貴金屬(金、銀等)再利用與回收的含量,對於相關產業的經營與發展,都是一大利多。


而依據優勝奈米的評估,廢電腦主機板若是完全的回收錫、金、銅、銀,每公噸價值約為新台幣45萬元;廢手機板每公噸之回收價值約為60萬元,實際的經濟效益相當明顯。


因此,對於當前成本錙銖必較台灣的電子產業來說,若能夠在目前的生產流程中,加入回收再利用的程序,將能改善其成本結構,降低整體成本;而對回收業者而言,更高的回收效益與更佳的工作環境,已是刻不容緩的最佳方案。


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