專利名稱：一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢棄電子電器產(chǎn)品資源回收與再利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種回收廢 棄印刷電路板焊錫的新工藝。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是針對(duì)目前大量的廢棄印刷電路板(printed circuit board, PCB)研究
開(kāi)發(fā)的回收其中焊錫的工藝。眾所周知，隨著經(jīng)濟(jì)和電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展， 電子電器產(chǎn)品更新?lián)Q代日益加劇，產(chǎn)品使用年限縮短，導(dǎo)致大量的電子產(chǎn)品被廢 棄。廢棄印刷電路板是電子廢棄物的重大組成部分，它的回收處理已成為亟需解 決的全球性問(wèn)題。廢棄印刷電路板上含有大量的焊錫，具有寶貴的回收利用價(jià)值， 焊錫的回收處理已成為廢棄印刷電路板回收中的一個(gè)重要課題。目前，對(duì)廢棄印 刷電路板中焊錫的回收已有一些研究，但至今還沒(méi)有一種合理的方法能夠滿足大 規(guī)模的工業(yè)回收，因此，焊錫的回收是當(dāng)今廢棄印刷電路板回收技術(shù)中的難題之
國(guó)內(nèi)，專利號(hào)為ZL200620070833.6公開(kāi)了一種采用油作為加熱介質(zhì)對(duì)焊錫 進(jìn)行加熱，再通過(guò)超聲波振動(dòng)去除電路板的焊錫，從而把電路板上的元器件拆卸 下來(lái)的方法。此方法使用的裝置是對(duì)電路板逐塊進(jìn)行處理的，通過(guò)超聲波的作用 使焊錫脫落，目的是為了最大限度分離和循環(huán)再利用廢棄印刷電路板上的電子元 器件，這套裝置滿足不了大規(guī)模廢棄印刷電路板的回收利用，因而存在一定的局 限性。專利號(hào)為03157516.1公開(kāi)了一種廢棄印刷電路板的電子元件、焊料的分 拆與回收方法及裝置。該回收方法是通過(guò)熱風(fēng)加熱將電路板的所有焊點(diǎn)至熔融狀 態(tài)后，通過(guò)緊貼著待處理電路板下表面的機(jī)械滾刷沿電路板運(yùn)動(dòng)反方向滾動(dòng)，借 助滾刷上的刷毛的機(jī)械力把電路板上的電子元件掃下，并被滾刷旁邊的強(qiáng)力吸頭 吸入松動(dòng)和散落的電子元件和焊料合金。此方法采用連續(xù)的熱風(fēng)加熱電路板和強(qiáng) 力吸頭的作用會(huì)導(dǎo)致大量能量損耗；采用滾刷去除焊錫的局限性在于待處理的電 路板需將有焊料的一面面向滾刷，回收效率較低，且有的電路板雙面都有焊錫， 很難將焊錫回收完全。
國(guó)外，加拿大研究人員McKesson Jr.等提出了 "通過(guò)加入強(qiáng)堿提高溶液的
pH值以增強(qiáng)溶解錫的能力和加入其它金屬離子的絡(luò)合劑使這些金屬離子在溶液 中處于可溶解狀態(tài)，然后用電鍍方法從上述溶液中回收錫和其它金屬"的工藝技 術(shù)；英國(guó)研究人員Gibson.等提出了 "用含有Ti (IV)的酸液處理廢棄電路板使 錫或含錫和含鉛的合金溶解為Sn (II )和Pb (II )，然后通過(guò)電積的方法把錫離 子和鉛離子還原為金屬錫和鉛而回收。上述用濕法冶金回收焊錫的方法不但能耗 高，而且產(chǎn)生的三廢處理難度大、成本也高。
日本NEC公司開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)拆卸廢棄印刷電路板中電子元器件的裝置， 這種裝置包括兩個(gè)加熱單元和兩個(gè)去除元部件單元，第一個(gè)去除單元裝備由沖擊 推進(jìn)器和PCB回動(dòng)臂，第二個(gè)去除單元裝備剪切推進(jìn)器。PCB板首先在空氣中 以超過(guò)焊料熔點(diǎn)的溫度加熱70秒，主要的部件在第一個(gè)去除單元通過(guò)推進(jìn)器和 機(jī)械臂的沖擊力移除，剩余部分在第二個(gè)加熱單元中在同樣的溫度下再加熱30 秒，所有的剩余部件和焊料被一個(gè)剪切推進(jìn)器去除。這種裝置主要利用紅外加熱 和兩級(jí)去除的方式(分別利用垂直和水平方向的沖擊力作用)使穿孔元件和表面 元件脫落，不會(huì)造成任何損傷。然后再結(jié)合加熱、沖擊力和表面剝蝕技術(shù)，使電 路板上96%的焊料脫焊,用作精煉鉛和錫的原料。此項(xiàng)技術(shù)以空氣作為加熱介質(zhì)， 熱利用率相對(duì)偏低，須提高溫度使電路板受熱均勻從而使得焊錫脫落完全，且在
空氣中加熱電路板會(huì)使一些有毒元素?fù)]發(fā)，從而造成環(huán)境污染，需要進(jìn)行密閉處 理和有毒物質(zhì)的處理。
德國(guó)FAPS公司一直在研究廢棄印刷電路板的自動(dòng)拆卸方法，采用與電路板
自動(dòng)裝配相反的原則進(jìn)行拆卸，先將廢電路板放入加熱的液體中融化焊料，再用 一種具有傳送手臂的機(jī)械裝置根據(jù)構(gòu)件形狀分揀出有用的構(gòu)件。這種方法的主要
目的是為了自動(dòng)拆卸廢棄印刷電路板中的電子元部件，從而分揀出有價(jià)值的電子 元器件再次循環(huán)利用，但是對(duì)于其中焊錫的回收研究不全面。
奧地利維也納工業(yè)大學(xué)的Zebedin等人提出了半自動(dòng)的拆卸單元。這個(gè)單元 由四個(gè)計(jì)算機(jī)和若干個(gè)可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLq,包括一個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)， 一個(gè)傳輸系統(tǒng)， 一個(gè)去除焊錫系統(tǒng)和一個(gè)機(jī)械人系 統(tǒng)。視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)高質(zhì)量的圖像探測(cè)系統(tǒng)將芯片分為貴重的、環(huán)境有害的、 和其他三大類。前兩種芯片通過(guò)一個(gè)混合去焊錫-機(jī)器人工藝去除。去除焊錫系 統(tǒng)用來(lái)去除表面貼裝部件(Surface Mounted Devices, SMD)，其他復(fù)雜的連接則 由機(jī)器人系統(tǒng)去除。拆卸完后，機(jī)器人系統(tǒng)也可以收集元部件并傳送到后面的處 理系統(tǒng)。這個(gè)拆卸系統(tǒng)采用高科技手段來(lái)拆卸廢棄印刷電路板，目的是使電子元
件和基板分離，從而回收其中有價(jià)值的元部件；其中的去除焊錫系統(tǒng)只是處理一 部分部件，并沒(méi)有全面考慮焊錫的回收問(wèn)題。
此外，還有一種采用顆粒撞擊印刷線路板的顆粒碰撞操作法，以顆粒對(duì)元器 件的碰撞使元器件和線路板分離；還有人提出先用電烙鐵將廢棄印刷電路板上的 焊錫熔化，再用刷子將表面的焊錫清除等。這些方法的局限性均在于不適合投入 大規(guī)模的回收利用，且效率極低。
現(xiàn)在，廢棄印刷電路板焊錫的回收技術(shù)處于可行性研究階段，其發(fā)展受技術(shù) 和經(jīng)濟(jì)等多方面的制約。因此，有必要綜合考慮環(huán)保、節(jié)能、設(shè)備和工藝等方面 的因素，找到一種適合大規(guī)?；厥諒U棄印刷電路板焊錫的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種無(wú)環(huán)境污染、低能耗、高效率回收廢棄印刷電路 板焊錫的方法，并為其它金屬的高效回收創(chuàng)造良好的條件。
本發(fā)明目的還在于提供上述工藝方法所使用的簡(jiǎn)單、方便的裝置。
本發(fā)明的工藝在于，在密封的液體導(dǎo)熱介質(zhì)存在的體系中，將焊有電子元器 件的待處理的廢棄印刷電路板放入設(shè)有多個(gè)濾孔的轉(zhuǎn)體內(nèi)，浸沒(méi)在導(dǎo)熱介質(zhì)中， 升溫至焊錫熔化，待溫度恒定后，使轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)進(jìn)行離心固液分離，焊錫從濾孔中 泄出沉積在底部，冷卻成錠；電子元器件也相應(yīng)的脫離廢棄印刷電路板。
在密封的液體導(dǎo)熱介質(zhì)存在的體系上部設(shè)置有冷卻裝置，對(duì)導(dǎo)熱介質(zhì)的揮發(fā) 物進(jìn)行冷凝和回流。
所述的恒定溫度為220°C 300°C。
旋轉(zhuǎn)速度控制在800rpm 1000rpm。
旋轉(zhuǎn)時(shí)間5-20min，旋轉(zhuǎn)方式為間歇式旋轉(zhuǎn)。
導(dǎo)熱介質(zhì)采用柴油、煤油、石蠟油、甲基硅油中一種。
本發(fā)明的裝置，包括密封容器、旋轉(zhuǎn)軸，容器內(nèi)設(shè)有可旋轉(zhuǎn)的空心轉(zhuǎn)體，空 心轉(zhuǎn)體上設(shè)置了濾孔，空心轉(zhuǎn)體與伸出容器外的旋轉(zhuǎn)軸相連，容器上部設(shè)置有冷 卻裝置。
所述的冷卻裝置為一冷卻水套，設(shè)置于容器的頂部，套裝在旋轉(zhuǎn)軸上，并帶
有一進(jìn)水管，出水管。
所述的空心轉(zhuǎn)體為空心圓柱體，在它側(cè)面和底面設(shè)有均勻的濾孔。
因目前，無(wú)論是采用高溫熔煉方法還是濕法冶金流程回收廢棄電路板中的金
屬，焊錫的回收都十分困難，焊錫的存在都會(huì)對(duì)其它金屬回收的過(guò)程不利。因此，
現(xiàn)有的廢棄電路板中的焊錫回收技術(shù)的研究也沒(méi)有突破。而本發(fā)明采用油作為加 熱介質(zhì)將焊錫熔化后，利用固液離心分離的方式將焊錫從廢棄印刷電路板中分離 出來(lái),且離心是利用離心力使液體和固體分離的最有效方法之一。根據(jù)這一思路， 我們?cè)O(shè)計(jì)了一套無(wú)環(huán)境污染、低能耗、高效率回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝及 裝置。
本發(fā)明的處理方式是將焊有電子元器件的待處理的廢棄印刷電路板裝入空 心轉(zhuǎn)體中，然后使空心轉(zhuǎn)體完全浸沒(méi)在液體導(dǎo)熱介質(zhì)中，升溫至焊錫熔化，廢棄 印刷電路板上的焊錫此時(shí)已經(jīng)成為液態(tài)，待溫度恒定后使空心轉(zhuǎn)體快速旋轉(zhuǎn)數(shù)分 鐘，焊錫由于離心作用從廢棄印刷電路板基板上脫離，并從濾孔中迅速泄出；因 為離心導(dǎo)致導(dǎo)熱介質(zhì)在不銹鋼容器中產(chǎn)生一個(gè)漩渦，分離出的焊錫隨著這個(gè)漩渦 聚集在一起，沉積在容器底部，冷卻后成錠；隨著焊錫的去除，電子元器件也相 應(yīng)的脫離廢棄印刷電路板。這樣，既簡(jiǎn)單又高效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢棄印刷電路板焊錫 的分離回收。
本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于-
為了防止在分離過(guò)程中導(dǎo)熱介質(zhì)的揮發(fā)以及對(duì)環(huán)境造成污染，在介質(zhì)液面上 部設(shè)置了一個(gè)冷卻水套和密封套，冷卻水套的存在使得導(dǎo)熱介質(zhì)揮發(fā)物升至冷卻 水套部位時(shí)被冷凝液化并且回流，此外還降低了體系的蒸汽壓，保證體系的安全 操作；密封套是采用動(dòng)密封的機(jī)械原理使得體系與外部隔離，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)密封套 正常工作。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)輕型的轉(zhuǎn)體。轉(zhuǎn)體為空心圓柱體，在它的側(cè)面和底 面設(shè)計(jì)了均勻的濾孔，其目的是當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，鼓內(nèi)熔化的焊錫依 賴離心力的作用，由濾孔迅速泄出，電路板基板和電子元件則留在轉(zhuǎn)體內(nèi)。
本發(fā)明與已有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 整個(gè)回收過(guò)程在密封體系中進(jìn)行，沒(méi)有二次污染。
2. 工藝簡(jiǎn)單、易于控制條件、適合廢棄印刷電路板大規(guī)模的回收。
3. 回收效率高。將廢棄印刷電路板置入轉(zhuǎn)鼓后，溫度控制在220'C 30(TC之間 的某一個(gè)溫度，旋轉(zhuǎn)速度控制在800rpm 1000rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間只需10rain左 右，采取間歇式旋轉(zhuǎn)，廢棄印刷電路板上的焊錫能夠脫落完全。
4. 在本回收工藝中，電路板基本沒(méi)有裂解，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)參與，沒(méi)有 有害物質(zhì)產(chǎn)生。
5. 導(dǎo)熱介質(zhì)采用柴油、煤油、石蠟油、甲基硅油等其中之一。由于受熱均勻， 廢棄印刷電路板的焊錫容易在短時(shí)間內(nèi)去除；去除的焊錫由于處于油介質(zhì)中， 不會(huì)與廢棄印刷電路板或者電子元器件粘附在一起。
6. 能量利用率高。由于采用加熱液體的方式，熱傳導(dǎo)效率高，能量損耗相對(duì)較 小。
7. 采用帶篩孔的圓柱形轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行離心處理廢棄印刷電路板，易于過(guò)濾，作業(yè)時(shí) 間短。


圖1為回收廢棄印刷電路板焊錫裝置設(shè)備示意圖。 圖標(biāo)號(hào)l.電機(jī) 2.密封套3.冷卻裝置 4.旋轉(zhuǎn)軸
5.導(dǎo)熱介質(zhì) 6.不銹鋼密封容器 7空心.轉(zhuǎn)體8-濾孔
圖2為實(shí)施例1廢電路板脫錫實(shí)驗(yàn) 圖3為實(shí)施例2廢電路板脫錫實(shí)驗(yàn) 圖4為實(shí)施例3廢電路板脫錫實(shí)驗(yàn) 圖5為實(shí)施例4廢電路板脫錫實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施方式
本發(fā)明具體的實(shí)施過(guò)程為
1. 將帶有電子元器件的廢棄印刷電路板裝入帶有濾孔8的空心轉(zhuǎn)體7中，使 空心轉(zhuǎn)體7內(nèi)裝滿廢棄印刷電路板。
2. 將下部不銹鋼密封容器6與上部冷卻裝置3的冷卻水套3用法蘭盤(pán)連接， 使得連接面密封。
3. 裝好裝置后，通冷卻水，升溫至焊錫熔點(diǎn)以上，然后開(kāi)動(dòng)電機(jī)l，使電機(jī)
1帶動(dòng)空心轉(zhuǎn)體7快速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后停止實(shí)驗(yàn)。旋轉(zhuǎn)方式可為一次 性旋轉(zhuǎn)、間歇式旋轉(zhuǎn)(即在總旋轉(zhuǎn)時(shí)間一定的條件下，采取均勻分次旋 轉(zhuǎn))。
4. 待體系冷卻后，在容器底部取出成塊焊錫，從空心轉(zhuǎn)體7中取出去除焊錫 的廢棄印刷電路板基板和脫落下來(lái)的電子元器件。
由以下實(shí)施例實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)體系溫度升至220。C以上(優(yōu)選為220°C 30(TC)時(shí)，電路板上焊錫即可熔化，通過(guò)離心作用能將其分離開(kāi)來(lái)。
考慮到使電路板基板裂解前將焊錫去除，以及能量利用等多方面的因素，我 們做了多因素的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出以下優(yōu)選條件在轉(zhuǎn)速約為800 1000rpm的條 件下，溫度控制在240。C 260'C，旋轉(zhuǎn)時(shí)間5-20min (最優(yōu)選為10min)，旋轉(zhuǎn) 方式為間歇式旋轉(zhuǎn)(分2-4次均勻旋轉(zhuǎn))，即可將廢棄印刷電路板上的焊錫基本
去除完全。發(fā)明人還做了多次的定量實(shí)驗(yàn)，即用新的有焊孔的電路板基板焊上一 定量的焊錫，在上述條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)的焊錫回收率將近 100%。
實(shí)施例1
裝入廢電路板，油溫為235'C，旋轉(zhuǎn)5分鐘，結(jié)果如圖2所示
實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分電子元件脫落，但有大量電子元件附在電路板上；部分錫脫落，
但焊孔中仍有部分錫殘留。
實(shí)施例2
裝入樣品后，油溫為240'C，旋轉(zhuǎn)兩次共10分鐘，結(jié)果如圖3所示 實(shí)驗(yàn)結(jié)果大部分電子元件脫落，但仍有電子元件附在電路板上；大量錫脫落， 但焊孔中仍有少量錫殘留。 實(shí)施例3
裝入樣品后，油溫為24(TC，旋轉(zhuǎn)三次共15分鐘，每次旋轉(zhuǎn)前加熱至24(TC穩(wěn)定， 結(jié)果如圖4所示
實(shí)驗(yàn)結(jié)果大部分電子元件脫落，但還有極少電子元件附在電路板上；大量錫脫 落，但焊孔中仍有極少量錫殘留。 實(shí)施例4
裝入樣品后，油溫控制為240°C，旋轉(zhuǎn)四次共10分鐘，每次旋轉(zhuǎn)前加熱至240 'C穩(wěn)定，結(jié)果如圖5所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果電子元件全部脫落；錫完全脫落，焊孔中
無(wú)焊錫殘留。
權(quán)利要求
1、一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝，其特征在于，在密封的液體導(dǎo)熱介質(zhì)存在的體系中，將焊有電子元器件的待處理的廢棄印刷電路放入設(shè)有多個(gè)濾孔的轉(zhuǎn)體內(nèi)，浸沒(méi)在導(dǎo)熱介質(zhì)中，升溫至焊錫熔化，待溫度恒定后，使轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)進(jìn)行離心固液分離，焊錫從濾孔中泄出沉積在底部，冷卻成錠，電子元器件也相應(yīng)的脫離廢棄印刷電路板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝，其特 征在于，在密封的液體導(dǎo)熱介質(zhì)存在的體系上部設(shè)置有冷卻裝置，對(duì)導(dǎo)熱介質(zhì)的 揮發(fā)物進(jìn)行冷凝和回流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝， 其特征在于，所述的恒定溫度為22(TC 30(TC。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝，其特 征在于，旋轉(zhuǎn)速度控制在800rpm 1000rpm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝，其特 征在于，旋轉(zhuǎn)時(shí)間5-20min，旋轉(zhuǎn)方式為間歇式旋轉(zhuǎn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝，其特 征在于，導(dǎo)熱介質(zhì)采用柴油、煤油、石蠟油、甲基硅油中一種。
7、 一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的裝置，其特征在于，包括密封容器 (6)、旋轉(zhuǎn)軸(4)，容器(6)內(nèi)設(shè)有可旋轉(zhuǎn)的空心轉(zhuǎn)體(7)，空心轉(zhuǎn)體(7)上設(shè)置了濾孔 (8)，空心轉(zhuǎn)體(7)與伸出容器外的旋轉(zhuǎn)軸(4)相連，容器上部設(shè)置有冷卻裝置(3)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的裝置，其特 征在于，所述的冷卻裝置(3)為一冷卻水套，設(shè)置于容器的頂部，套裝在旋轉(zhuǎn)軸 上，并帶有一進(jìn)水管，出水管。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的裝置，其特 征在于，空心轉(zhuǎn)體(7)為空心圓柱體，在它側(cè)面和底面設(shè)有均勻的濾孔(8)。
全文摘要
一種高效回收廢棄印刷電路板焊錫的工藝及裝置，在密封的液體導(dǎo)熱介質(zhì)存在的體系中，將焊有電子元器件的待處理的廢棄印刷電路放入設(shè)有多個(gè)濾孔的轉(zhuǎn)體內(nèi)，浸沒(méi)在導(dǎo)熱介質(zhì)中，升溫至焊錫熔化，待溫度恒定后，使轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)進(jìn)行離心固液分離，焊錫從濾孔中泄出沉積在底部，冷卻成錠，電子元器件也相應(yīng)的脫離廢棄印刷電路板。一種無(wú)環(huán)境污染、低能耗、高效率回收廢棄印刷電路板焊錫的方法，并為其它金屬的高效回收創(chuàng)造良好的條件。
文檔編號(hào)B23K3/00GK101362143SQ200810143250
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者丘克強(qiáng), 周益輝 申請(qǐng)人:中南大學(xué)