非金屬材料

通常指以無(wú)機(jī)物為主體的玻璃、陶瓷、石墨、巖石以及以有機(jī)物為主體的木材、塑料、橡膠等一類材料。由晶體或非晶體所組成。無(wú)金屬光澤。是熱和電的不良導(dǎo)體(碳除外)。一般非金屬材料的機(jī)械性能較差(玻璃鋼除外)，但某些非金屬材料可代替金屬材料，是化學(xué)工業(yè)不可缺少的材料。

無(wú)機(jī)非金屬材料也和金屬材料以及有機(jī)高分子材料等一樣，是當(dāng)代完整的材料體系中的一個(gè)重要組成部分。

高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料

非金屬材料的密度較鋼、鐵、銅、鉛等金屬材料小得多，有些比鋁、鎂、鈦等還輕。按比強(qiáng)度(強(qiáng)度/比 重)計(jì)算，有的纖維樹(shù)脂復(fù)合材料的常溫比強(qiáng)度超過(guò)高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋁。這些材料被用來(lái)制造手輪、手柄、支架、罩殼、儀表板等一般輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件，也可用來(lái)制造飛機(jī)機(jī)翼和葉片、整體船艇、汽車車身和傳動(dòng)軸、高速紡織綜框、高壓容器等高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，這樣可以減輕自重、增加運(yùn)載能力或提高運(yùn)行速度、節(jié)約能源。

減摩耐磨材料

某些無(wú)機(jī)非金屬材料因硬度高而耐磨，如用金剛石、碳化硅、剛玉等制作的砂輪、砂布(紙)、油石、研磨劑和刀具，可供磨削和切削之用;有些材料因有高彈性而耐磨，如橡膠輪胎和運(yùn)輸皮帶能抵抗泥沙、礦石、煤炭等顆粒的磨損;有些材料借其自身固有的潤(rùn)滑性能和低摩擦系數(shù)而能減少摩擦和磨損，如塑料、石墨、氮化硅等制成的軸承、導(dǎo)軌、活塞環(huán)、密封圈等機(jī)械零件，能在無(wú)油干摩擦或少油潤(rùn)滑條件下安全運(yùn)行，這對(duì)忌油脂或不便供給油潤(rùn)滑的場(chǎng)合特別有利。

耐腐蝕材料

如陶瓷、搪瓷、石墨、鑄石、塑料等的大多數(shù)品種，都能耐酸、堿、鹽、有機(jī)溶劑和很多其他化學(xué)藥品。 如不透性石墨能抵抗?jié)馑岷蜐鈮A，聚四氟乙烯塑料則幾乎能耐所有化學(xué)藥品，甚至在氧化性最強(qiáng)的沸騰王水中也不受侵蝕。這些材料適于制造化工用的容器、塔器、鼓風(fēng)機(jī)、泵、管、閥等機(jī)械設(shè)備和零部件。

密封材料

如橡膠、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和彈性而適于制造動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的密封零件，如壓縮機(jī)的活塞環(huán)、密封填料、O型和V型密封圈等。20世紀(jì)60年代以來(lái)，還出現(xiàn)了一種以樹(shù)脂或橡膠為基體、稱為液體密封膠的密封材料，適用于各種靜態(tài)密封，使用方便。

電絕緣材料

如橡膠、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布層壓板(屬?gòu)?fù)合材料)都是應(yīng)用廣泛的電絕緣材料。

耐高溫保溫材料

如耐火材料、石棉、蛭石、氧化鋁、耐火纖維等具有良好的高溫性能和低的熱導(dǎo)率，適用于高溫窯爐如化 鐵爐、轉(zhuǎn)爐、電爐、熱處理爐、隧道窯等的爐體、內(nèi)襯或保溫層，以防止熱量外流;塑料因傳熱慢，人體與之接觸時(shí)有溫暖感，適用于制造手輪、手柄、方向盤(pán)之類物件。

非金屬材料還有一項(xiàng)特殊用途，就是用作耐燒蝕材料，如酚醛和石棉、石英等纖維復(fù)合制成的用于宇航方面的燒蝕部件，能在2500℃以上較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)燃燒、分解、散熱、碳化，形成隔熱層，有效地保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，一些非金屬材料還有消音、消振、透光、無(wú)磁性等特點(diǎn)，可用于制造如橡膠彈簧、避振墊片、光學(xué)透鏡等零件。

非金屬材料的強(qiáng)度一般不及金屬材料高。其中無(wú)機(jī)非金屬材料的共同缺點(diǎn)是質(zhì)地脆、不耐沖擊;有機(jī)非金屬材料則耐熱性不高，存在老化、尺寸穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。

我國(guó)廢舊線路板處置現(xiàn)狀及非金屬材料利用設(shè)想

摘要:本文在分析廢線路板產(chǎn)生現(xiàn)狀及成分組成的基礎(chǔ)上，介紹了我國(guó)廢線路板的主要處置工藝和回收利用現(xiàn)狀，特別針對(duì)廢舊線路板資源回收過(guò)程中對(duì)非金屬材料重視不夠的問(wèn)題，提出了非金屬材料回收利用的工藝設(shè)想，并對(duì)廢線路板中非金屬材料的利用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞:廢舊線路板;非金屬材料;回收利用

隨著電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用及其相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，廢舊電子產(chǎn)品包括廢舊電腦、通信設(shè)備、家用電器、其它被淘汰的各種電子儀器儀表以及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料、廢品，已成為新的環(huán)境隱患。目前我國(guó)電子產(chǎn)品的消費(fèi)與生產(chǎn)量均處于世界前列，電子廢棄物污染環(huán)境的問(wèn)題也日趨突出。

作為電子工業(yè)基礎(chǔ)的印刷線路板(PCB)可稱為"電子系統(tǒng)產(chǎn)品之母"，是各類電子產(chǎn)品中不可缺少的關(guān)鍵電子互聯(lián)件，廣泛應(yīng)用于大型計(jì)算機(jī)、辦公和個(gè)人電腦、家用電器、娛樂(lè)電器及其輔助性產(chǎn)品等各種電子設(shè)備中。目前國(guó)內(nèi)PCB的年銷售額已占到世界電子產(chǎn)品總銷售額的19%，年產(chǎn)值現(xiàn)已達(dá)到500億元，僅次于日本和美國(guó)，位居世界第三位。

PCB隨電子產(chǎn)品的淘汰而淘汰，其廢棄量也隨電子廢棄物總量的增加而高速增長(zhǎng)(以電腦為例，PCB占電腦總重量的8%左右)，而且電子產(chǎn)品在加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢料、廢邊角料中也含有大量廢PCB，因此廢棄PCB所形成的電子污染已成為嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。

1廢PCB的組成

廢PCB的來(lái)源主要為PCB制造過(guò)程中產(chǎn)生的次品、邊角料和廢棄電子產(chǎn)品拆除組裝元件的PCB基板。

PCB基板一般由高分子聚合物(樹(shù)脂)、玻璃纖維或牛皮紙及高純度銅皮(也含有少量其它金屬)三種材料構(gòu)成，這三種材料也是廢PCB的主要成分。

廢PCB料中除含有C、H、O等元素外，Br元素的含量約達(dá)9%。熱值顯示在適宜的燃燒條件下，廢PCB能夠維持燃燒，但其燃燒會(huì)放出含溴的有害氣體。同時(shí)，由于廢PCB料含有氯及有機(jī)物，燃燒不當(dāng)易產(chǎn)生二惡英，造成極為嚴(yán)重的大氣污染。PCB基板有多種類型，不同類型所含材料成分也不相同，表2所列為廢PCB中金屬和非金屬材料的組成。

廣泛用于PCB基板中的金屬含量為6%~24%，非金屬材料(樹(shù)脂和玻璃纖維等)含量為76%~94%，非金屬材料的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬材料的含量。

2廢PCB的處理技術(shù)

2.1填埋法

廢PCB如果直接填埋，則有價(jià)金屬無(wú)法回收，且有害金屬可能會(huì)溶出對(duì)環(huán)境造成污染。若采用填埋法，則建議采用安全填埋方式(專門設(shè)計(jì)安全填埋場(chǎng)且填埋前對(duì)廢PCB進(jìn)行固化處理)，但填埋費(fèi)用會(huì)大幅增加。

2.2焚燒法

焚燒法的處理流程一般是先將廢板、邊料粉碎至1~5cm，然后送入焚燒爐進(jìn)行焚燒，得到含有金屬成分和非金屬焚燒灰分的固體渣，對(duì)該渣進(jìn)行二次處理可較易回收到其中的金屬資源。但廢PCB中含較大量溴和少量的氯，焚燒會(huì)造成空氣污染，特別是二惡英污染。

2.3熱裂解法

熱裂解法是將廢板、邊料粉碎后，置于密閉容器內(nèi)，在一定的溫度和壓力下，一部分非金屬材料轉(zhuǎn)換為油氣，金屬剝落得以回收。因回收油中仍含有溴及少量金屬，因此，回收油若作為燃料使用仍會(huì)造成空氣污染。

2.4機(jī)械破碎-物理分離法

機(jī)械破碎-物理分離法分為干法和濕法兩種。

干法:首先將廢板邊料粉碎成100~300μm的粒子，再以旋風(fēng)分離將金屬及非金屬分開(kāi)。金屬可直接進(jìn)行利用，非金屬多采用填埋或堆集暫存的方式處置。但該方法產(chǎn)生的非金屬材料體積要比原廢物體積大數(shù)倍，如不能將其作為資源進(jìn)行利用，其填埋和堆集都需占用較大土地面積，流失則會(huì)造成環(huán)境污染。

濕法:采用濕法破碎將廢板邊料粉碎至小于3mm，再以水洗搖床的方式將金屬和非金屬分離。該方法在粉碎過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生粉塵污染，較干法的投資少，但獲得的非金屬成分含有水分，填埋或再利用都需要進(jìn)行后續(xù)處理。

2.5濕法化學(xué)回收金屬

該方法以回收廢板邊料中的貴金屬為主，將含貴金屬的廢板、邊料以強(qiáng)酸處理，取得含貴金屬和非貴金屬的溶解物，再用化學(xué)方法將其還原成金、銀、鈀等金屬產(chǎn)品，含有高濃度銅離子的廢酸則可回收硫酸銅或電解銅。但該方法處理費(fèi)用較高，產(chǎn)生的非金屬?gòu)U料無(wú)法再利用，必須進(jìn)行安全填埋。

3廢PCB處理現(xiàn)狀

廢PCB基板材料中金屬材料和非金屬材料都具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，特別是金屬材料的利用一直是熱點(diǎn)，而非金屬材料(如玻璃纖維強(qiáng)化酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂)則大部分以無(wú)價(jià)值廢物形式進(jìn)行處置。

3.1PCB生產(chǎn)加工廢棄邊角料處理方式

深圳市和整個(gè)珠江三角洲是目前國(guó)內(nèi)PCB生產(chǎn)商的集中地，該地區(qū)PCB基板的產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的2/3，約3200萬(wàn)m2/a。每年產(chǎn)生的廢棄PCB約32~64萬(wàn)m2。廢邊角料產(chǎn)生率按照1%~2%計(jì)算，僅深圳市的PCB生產(chǎn)加工廠家每年產(chǎn)生的廢邊角料就可達(dá)數(shù)千噸。

無(wú)機(jī)非金屬材料也和金屬材料以及有機(jī)高分子材料等一樣，是當(dāng)代完整的材料體系中的一個(gè)重要組成部 分。以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無(wú)機(jī)材料的泛稱。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型無(wú)機(jī)材料等。其中陶瓷一詞，隨著與陶瓷工藝相近的無(wú)機(jī)材料的不斷出現(xiàn)，其概念的外延也不斷擴(kuò)大。最廣義的陶瓷概念幾乎與無(wú)機(jī)非金屬材料的含意相同。

生產(chǎn)工藝分類

分為陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、碳素材料等類，同時(shí)新型材料按其生產(chǎn)工藝、用途和發(fā)展?fàn)顩r，又逐步形成一些新的材料類別，例如無(wú)機(jī)復(fù)合材料、無(wú)機(jī)多孔材料等。有些品種按習(xí)慣并入傳統(tǒng)分類中，例如:鐵電、壓電陶瓷并入陶瓷;微晶玻璃、光導(dǎo)纖維等并入玻璃等。

主要成分分類

有的還可按照材料中的主要成分分類，有硅酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽、磷酸鹽、氧化物、氮化物、碳化物材料等;根據(jù)材料的用途分，有日用、建筑、化工、電子、航天、通信、生物、醫(yī)學(xué)材料等。

材料性質(zhì)分類

根據(jù)材料的性質(zhì)分，有膠凝、耐火、隔熱、耐磨、導(dǎo)電、絕緣、耐腐蝕、半導(dǎo)體材料等;根據(jù)材料的物質(zhì)狀態(tài)分，有晶體(單晶體、多晶體、微晶體)、非晶體及復(fù)合材料等,還可以從材料的外觀形態(tài)分,有塊狀、多孔、纖維、晶須、薄膜材料等。

非金屬材料可分為無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料兩大類。在機(jī)械工程中較常使用的有許多品種。

①屬于無(wú)機(jī)材料的有耐火材料、陶瓷、磨料、碳和石墨材料、石棉等;

②屬于有機(jī)材料的有木材、皮革、膠粘劑和高分子合成材料──合成橡膠、合成樹(shù)脂、合成纖維等;

③以非金屬纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基所構(gòu)成的復(fù)合材料。

耐壓強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學(xué)性能上,陶瓷在耐蝕、介電 性能上,耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與金屬材料相比，它抗斷強(qiáng)度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復(fù)雜。特種無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是:

①各具特色,例如:高溫氧化物等的高溫抗氧化特性;氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性;鐵氧體的磁學(xué)性質(zhì);光導(dǎo)纖維的光傳輸性質(zhì);金剛石、立方氮化硼的TodayHot}超硬性質(zhì);導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性質(zhì);快硬早強(qiáng)水泥的快凝、快硬性質(zhì)等。

②各種物理效應(yīng)和微觀現(xiàn)象,例如:光敏材料的光-電、熱敏材料的熱-電、壓電材料的力-電、氣敏材料的氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對(duì)物理和化學(xué)參數(shù)間的功能轉(zhuǎn)換特性。

③不同性質(zhì)的材料經(jīng)復(fù)合而構(gòu)成復(fù)合材料，例如:金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層，以及用無(wú)機(jī)纖維、晶須等增強(qiáng)的材料。