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改善PCB贵金属回收技术 兼顾环保及收益

  • 魏淑芳
全球PCB废弃物增加快速。来源:worldbid.com

DIGITIMES企划

手机、平板、个人计算机、电视机等3C电子产品推陈出新的速度越来越快。以手机为例,根据国际绿色和平组织的「智能型手机十年盛世」报告指出,智能型手机问世至2017年满10年,这10年间,全球已制造71亿支智能型手机。

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Barrel One机台单日可处理多达两千片废PCB。(来源:uwin-nano.com)

手机加上其它各种各样的电子产品所产生的电子废弃物数量十分惊人,估计2017年全球电子废弃物量将超过4,800万吨,至2020年全球则将有超过1,200多万吨的电子废弃物。

城市矿山  有利可图

这些废弃物若不能妥善处理,将会为地球环境带来大灾难。从另一个角度来看,若能有效回收其中的贵金属并加以利用,则电子废弃物无疑是宝贵的矿藏来源,能满足制造商对贵重金属有增无减的需求,并且纾解天然矿藏日益稀缺的隐忧。

而在各项电子部件中,印刷电路板(PCB)含有众多贵金属,印刷电路板上的连接器、基板线路、电子元件焊接处、制程废料及边角下脚料等,无一处不是富含金、银、铜、锡等高价金属。

目前全球年回收稀有金属约70万吨,预期2026年达到110万吨。韩国三星电子(Samsung)日前发布的一则消息,适足以说明回收贵金属的双重好处:环保且创造收益。

大家应该都还记得2016年搞得三星焦头烂额的Galaxy Note 7自燃事件,当时情势所逼,三星全球召回约306万支Note 7。针对这些召回的手机,三星拆解出仍可利用的零件,并于不可再利用的部分提炼出总计高达157吨的贵金属,这些贵金属成分包括钴、铜、金和银等,其中,「钴」更是稀有金属,价值极高。

如此一来,不仅可减轻手机回收对于环境污染影响的可能性,三星也能从贵金属回收中得到收益。另一个大家熟知的例子,就是日本预计从废弃手机中回收42公斤的黄金,用以制作东京奥运的金牌。

传统回收方法  耗能庞大

电子废弃物有一别称为「城市矿山」,吸引许多业者积极挖矿。然而,挖矿方法却可能对环境造成巨大伤害。例如传统贵金属回收业者所使用的强酸王水法、剧毒氰化物法,或者是焚烧法,这些方法的共同缺点就是耗能且会产生严重污染,包括水污染、载奥辛,以及PM2.5悬浮微粒等空污问题。

例如,若是采用焚烧的方式来提炼贵金属,一般是将废弃PCB先进行分解和破碎,接著再将这些碎料送入焚化炉中,以高达近摄氏1600度的温度烧去不具价值的物质后,再以化学的方式提炼出金、银等贵金属。这样的方法会产生大量的废气,若处理不当,会大幅增加碳排放量。更不用说是使用含有剧毒的氰化物与王水来分解电子废弃物和提炼贵金属,伤害的不只是环境,还有人体健康。

相对于上述方法,湿式(Hydrometallurgy)环保剥金技术则是诉求低碳排放的贵金属回收解决方法。不同于使用电力或燃料来产生高温的燃烧方式,湿式剥金方法可在室温下进行,主要是透过浸泡方式回收废弃PCB上的贵金属。此一方法由于过程安全、环保、不会产生大量碳排放,因此愈来愈受到瞩目。

不过,全世界最大的贵金属精炼厂 – 比利时的优美科(Umicore),目前仍是使用焚烧方式来回收各种贵金属及其它有色金属,以及某些非金属,如硒的精炼等。

从电子废料如PCB中回收有价金属,Umicore是采用顶吹旋转炉,将PCB熔炼成富含贵金属的粗铜,然后采用椭圆形炉或反射炉进一步精炼。该厂的总投资额超过33亿美元,虽说废气与废水处理设施的建置十分完善,但焚烧方式无可避免就是会消耗大量能源并产生大量碳排放。该厂每年约能回收超过100吨的黄金,规模十分庞大。

日本业者DOWA也是采用焚烧冶炼方式处理PCB废弃物及回收贵金属,利用金属和蒸汽回收焚烧炉等设备,将贵金属从被处理废弃物中提炼出来。

其实,日本的业者近来愈来愈积极投资电子废弃物回收。毕竟天然矿藏只会越来愈稀缺,且传统采矿成本愈来愈高,所以能在PCB中「挖矿」,回收金、铂、钯等稀有金属,是门好生意。

例如,三菱综合材料株式会社已计划投资120亿日圆,预期至 2021年,每年可回收的电子废弃物会从现在的14万吨增加至20万吨。三菱并计划在2018年于荷兰建置该公司首个海外基地,评估二手计算机、智能手机和其它电子设备中的金属质量,预期将大幅减少在欧洲收集含稀土金属装置的时间。

湿式剥金技术  诉求环保

在台湾也已有多家业者投入废弃PCB处理及贵金属回收,其中,优胜纳米科技主要投入的就是低碳排放量的湿式(Hydrometallurgy)剥金技术。此技术突破传统高温及强酸溶解方式,利用环保剥锡剂,以不伤物料的方式将元件与芯片从PCB上剥离,再以浸泡或电解的方式将其中的贵金属个别提炼出来。

详细回收流程为:首先利用环保剥锡药剂(SnST-550A Tin stripper)剥除锡金属,透过浸泡的方式,直接剥除废PCB上的镀锡,让机板上的金属器件与芯片可以快速拆卸下来,进行进一步的分类,而分类后的废料再依据各自原料特性使用不同的剥金剂(例如UW-860剥除黄金;UW-602剥除银)来回收不同的金属。

此种方式能从溶液中有效回收锡,又不伤电子零件,因此贵金属的回收纯化更有效率。依据优胜纳米的计算,一年处理300吨,约可回收黄金58公斤、锡8.7吨与铜13吨。

目前优胜纳米的SnST-550A剥锡产品已取得台湾与新加坡的发明专利,美国、中国、瑞士、德国等国也在公开申请中。同时已外销至全世界五大洲约26个国家,做为处理电子废弃物的绿色回收制程之用。

对于需处理大量废弃物的回收业者,优胜纳米也提供可批次处理物料的自动化机台Barrel One,搭配SnST-550A环保剥锡剂的自动化废PCB机板剥锡的处理方案,能让金属零件得以完整分类,得到更好的回收价值与纯度,同时将其中的锡与铝留存下来。该机台单日的处理量可达两千片的废机板。

全世界的贵金属矿产分布在少数几个国家,而台湾极度缺乏天然矿产资源,对于台湾而言,PCB的贵金属回收更显重要。将3C电子垃圾转化为城市矿山,有利于降低台湾对于外来资源的依赖,然而在积极追求回收效益的同时,如何藉由技术的精进来减轻对环保的冲击,是必须思考及兼顾的重要面向。