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废弃电器电子产品中的稀贵金属回收利用

2021-06-24 05:24:17

废弃电器电子产品中含有大量的稀贵金属。由于稀贵金属资源化价值高、回收利用过程中的潜在环境风险大,因此稀贵金属的回收利用是实现废弃电器电子产品环境无害化和高值化利用的核心和关键。本文在对我国废弃电器电子产品中的稀贵金属资源化潜力进行估算的基础上,针对目前我国废弃电器电子产品回收利用企业在稀贵金属回收利用上存在的问题进行了分析,并从政策管理、产业发展以及技术研发等角度给出了相应的建议。


一、  前言


稀贵金属是稀有金属和贵金属的统称。贵金属一般包括金、银及铂族金属(包括铂、钯、锶、锇、铑和钌等)。稀有金属则指在自然界中含量较少或分布稀散的金属,包括稀有轻金属(锂、铷、铯、铍)、稀有难熔金属(钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨)、稀有分散金属(镓、铟、铊、锗、铼、硒、碲)和稀有稀土金属(钪、钇及镧系元素)等。


稀贵金属元素由于有优良的物理化学性能(如:高温抗氧化性和抗腐蚀性)、电学性能(优良的导电性、高温热电性能和稳定的电阻温度系数等)、高的催化活性、强配位能力等,在现代工业中用途非常广泛,其应用有“少、小、精、广”的特点,因而被称为现代“工业的维他命”。


目前,稀贵金属主要应用于日用品制造如首饰、银镜、镀金瓷器以及电子电器产品元器件制造如各种含金、银、铂、钽等的无线电元件等,此外在工业生产中使用的催化剂、电极、热电偶、电镀液等也含有不同种类和数量的稀贵金属。


随着经济的发展,世界各国对稀贵金属材料的需求不断扩大,现有稀贵金属材料供给无法满足日益增长的需求。有数据显示,全世界稀贵金属已探明的静态可采储量可开采年限分别是:金18年、银16年、铟10年、钛95年、钨64年、钼42年、锗40年、锑24年。以金属铟为例,目前全球每年铟的消费量超过了1400吨,而已探明铟的全球总储量不足16000吨,难以支撑未来不断扩大的铟需求,单靠开采原矿是不可持续的,而对稀贵金属材料的循环利用是突破稀有资源瓶颈的途径。


电器电子产品制造是稀贵金属最重要的用途之一。由于稀贵金属及其合金具有优良的导电性、柔韧性和高强度性,被广泛应用于家电、手机、智能设备等的制造中,电器电子产品中含有稀贵金属的部件总结如下表1所示。


表1 电器电子产品中含有稀贵金属的部件


发达国家中,日本对废弃电器电子中稀贵金属的回收利用方面十分重视,具有较高的水平。2008年,日本国家材料研究院Kohmei Harada博士的研究表明,日本已使用的电子产品中包含6800吨的金(占全球总储量的16%),银占总储量的22%,铟占61%,锡11%,其他材料占5%。如果有企业可以研制出低成本的可行提取技术,那么通过“城市矿产”开发,日本完全可以成为贵金属及稀土供应国。日本政府由此提出,日本将通过“城市矿山”开发战略,建设“资源型大国”,并提出“每年回收3亿部旧手机”等措施,促进实施此项战略。


2009年初,日本政府出资7000亿日元支持“城市矿山”开发,选定秋田县大绾市、福冈县大牟田市、茨城县日立市作为小型消费家电、电器电子回收再利用和稀有(贵)金属可再生资源提炼循环再利用试点地区。日本于2013年4月1日开始施行《废旧小型电子产品等再资源化促进法》,对废旧小型电子产品中使用的金属等有用资源进行回收利用。


横滨金属公司是一家重金属冶炼企业,应用熔炼、电解及化学提取等金属冶炼技术,7年来处理了大约900吨报废手机,从中回收了金、银、铜、钯等多种贵重金属,获得相当可观的经济效益;同时,日本在产品设计和制造阶段就考虑如何进行资源回收,使稀贵金属材料回收成本大幅降低,回收再利用率显著提高。


二、  废弃电器电子产品中的稀贵金属回收利用潜力估算


随着我国国民经济发展和生活水平的提高,各类仪器仪表、电子设备、电子元器件和家用电器等淘汰率迅速提高,特别是废弃电器电子产品产生量逐年增加,其中的稀贵金属回收利用资源化潜力巨大。


不同废弃电器电子产品中的稀贵金属含量差别很大,如在大型报废家电中,电视机及计算机主机中的贵金属含量较高,而冰箱及空调器中的含量较低;报废手机中的贵金属含量较高,而锂电池中的钴和锂分布较为集中,典型废弃电器电子产品中的部分稀贵金属的含量如下表所示。





以2014年为例,我国废弃电器电子产品回收处理企业共处理CRT电视机121.7万吨,微型计算机12.14万吨,其中计算机主机约占7.28万吨,CRT显示器4.86万吨。在废手机、废锂电池和液晶显示器产生量方面,目前缺乏较为准确的数据。据清华大学估算,我国2014年产生的报废手机可达2.98亿部,约合3.1万吨;近年来我国每年大约产生8万吨左右的废锂离子电池;而上海第二工业大学等进行的估算表明,我国2014年LCD废弃量达2749.1万台,约合13.8万吨。


据此估算,2014年我国废弃电器电子产品中可回收利用的稀贵金属含量如下表3所示。






注:锂的价格是根据碳酸锂价格进行估算得出。


由上表可知,仅在2014年,我国废弃电器电子产品中可回收利用的稀贵金属可达3708.26吨,价值约为37.84亿元。


三、  我国废弃电器电子产品中稀贵金属回收利用存在的问题


为促进废弃电器电子产品的有序回收、清洁处理和高效利用,2009年3月我国正式颁布了《废弃电器电子产品回收处理管理条例》(简称《条例》),并自2011年施行。此后,一系列目录及配套政策的陆续出台,有效地建立了我国电器电子产品生产、消费、回收及处理体系,提高了我国废弃电器电子产品的回收处理效率,涌现了一批废弃电器电子产品回收处理骨干企业。截至2015年,我国共有109家企业进入废弃电器电子产品回收处理基金补贴名单,2014年回收处理“四机一脑”等共约7046万台,折合145.8万吨。


处理企业数量及处理量的大幅增长,有力推动了我国废弃电器电子产品回收处理的进步,取得了显著的经济、社会和环境效益,但是在稀贵金属回收方面,仍然存在明显的短板。


一方面,目前的回收处理企业同质化严重,绝大多数企业均只是对报废家电等进行拆解,而对于稀贵金属回收而言,由于稀贵金属在废弃电器电子产品中的相对含量低、难以分离、回收成本高,技术门槛较高,目前仅有格林美、上海伟翔等少数企业可以对废弃电器电子产品中的稀贵金属进行回收,大部分企业并不具备此能力,对于拆解后产生的含有稀贵金属的废电路板及元器件等,一般是交由其它企业进行处理,无法进一步实现废弃电器电子产品的高值化和精深化利用。


另一方面,由于拆解与稀贵金属回收利用脱轨,深加工环节的资源利用效率及环境保护难以保障。由于目前国家对于废弃电器电子产品回收处理企业的监管集中在拆解环节,而对于后续的拆解中间产物的去向并不十分清晰,这就造成了稀贵金属在拆解与回收利用两个环节的脱轨,许多含有稀贵金属的部件可能再次流入到了一些不规范的企业进行回收利用,其资源利用效率及环境保护水平均难以保障。


《废弃电器电子产品处理目录(2014年版)》于2015年颁布,并于2016年起开始实施,新版目录将手机包含了进来,由于手机中含有的稀贵金属含量较高,且回收利用技术门槛也较高,因此,稀贵金属的回收利用问题更为紧迫。


四、  结论与建议


废弃电器电子产品中含有大量的稀贵金属,其回收利用是实现废弃电器电子产品高值化和精深化利用的关键,特别是随着《废弃电器电子产品处理目录(2014年版)》的实施,促进稀贵金属的回收利用更为关键。


1、建议加强全过程管理,将稀贵金属的回收利用纳入监管体系


建议国家有关管理部门进一步完善目前有关废弃电器电子产品的管理体系,摸清目前废弃电器电子产品中含有稀贵金属的元器件流向,并争取将其最终的回收利用过程纳入到监管体系中,进一步加强废弃电器电子产品回收利用的全过程管理。


2、鼓励企业发展深度加工,完善废弃电器电子产品回收利用产业链条


针对目前废弃电器电子产品中稀贵金属回收利用能力不足的问题,应鼓励目前有实力的企业(包括但不限于资质企业)研发、引入稀贵金属专业化回收利用生产线,从而完善废弃电器电子产品回收利用产业链条,引导企业投资方向多元化,避免同质化竞争。


3、探索手工拆解与湿法回收相结合的高效回收利用技术


由于废弃电器电子产品中的稀贵金属大多存在于电路板上的元器件、显示屏或者电池中,且质量百分比相对于钢铁、塑料等来说较低,因此,采取整体化破碎的方式不利于稀贵金属的高效回收利用,因此,建议企业及相关科研单位应探索手工拆解预处理的方式,先将含有稀贵金属的元器件分离出来。


对于贵金属的提取技术,目前主要有湿法、火法和生物冶金等三大类别,由于生物冶金技术尚未成熟,还不能大规模推广应用,而火法冶金能耗较大、有毒有害气体控制难度高,且容易造成非金属原材料的浪费。因此,建议企业及相关科研单位应大力探索或引进针对废弃电器电子产品中稀贵金属的湿法冶金技术,以实现稀贵金属的高效回收利用。


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