電子垃圾的回收再利用及其成本 - 收益模型研究 - 圖文-

1、電子垃圾的回收再利用及其成本2收益模型研究3尹立孟1,劉亮岐2(1重慶科技學院冶金與材料工程學院,重慶401331;2華南理工大學材料科學與工程學院,廣州510640摘要研究了電子垃圾回收和再利用的技術(shù)、方法和流程工藝,并在此基礎(chǔ)上以臺式電腦這一常用電子產(chǎn)品為例,提出了電子垃圾回收處理的成本2收益模型,同時對該模型進行了分析與總結(jié)。關(guān)鍵詞電子垃圾回收再利用成本2收益模型Study on R ecycle ,R euse and the Cost 2Benef it Model of Electronic W asteYIN Limeng 1,L IU Liangqi 2(1School of

2、Metallurgical and Materials Engineering ,Chongqing University of Science and Technology ,Chongqing 401331;2School of Materials Science and Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640Abstract In this paper ,the technology ,solutions and route of recycle and reuse for electroni

3、c waste are stu 2died.A cost 2benefit model for recycle and reuse of electronic waste is established and analyzed based on desk comput 2er ,which is one of the most common electronic products.K ey w ords electronic 2waste ,recycle and reuse ,cost 2benefit ,model3重慶科技學院引進人才科研啟動基金資助項目(2009尹立孟:男,1976年生

4、,博士,講師,主要從事電子封裝材料與可靠性研究E 2mail :yeenlm 0引言我們曾全面分析和闡述了國內(nèi)外電子垃圾(電子廢棄物回收和處理的相關(guān)情況,并針對國內(nèi)電子垃圾處理的現(xiàn)狀提出了一些建議、對策及方法1,其中最重要的一點就是電子垃圾的回收和再利用。然而,從現(xiàn)有的科學技術(shù)水平來看,電子垃圾回收處理和再生利用大多數(shù)已不存在太大的技術(shù)障礙,故電子垃圾的回收和再利用的成本及效益如何分配(即成本2收益問題就成為大家關(guān)注的另外一個焦點,同時它也是推動中國電子垃圾回收處理進一步向前發(fā)展的一個關(guān)鍵問題。本文將在深入分析和探討電子垃圾回收處理技術(shù)、方法與流程工藝的基礎(chǔ)上提出電子垃圾回收與再利用的成本2收

5、益理論模型,并對該模型進行分析和探討,以期為進一步理解和推進國內(nèi)電子垃圾回收處理的進程提供參考依據(jù)。1電子垃圾回收和再利用技術(shù)及工藝1.1電子垃圾中金屬材料的回收對電子垃圾的回收處理最早可追溯到20世紀60年代,不過當時僅局限于對貴金屬的回收和再利用2,而如今的電子垃圾回收處理已發(fā)展成對各種有用材料(包括金屬和塑料等的全面回收。并且,現(xiàn)有電子垃圾的處理技術(shù)已有了相當大的發(fā)展,回收率也大大增加,同時還出現(xiàn)了很多新興的處理技術(shù)。伴隨電子垃圾處理工藝的日益增多及技術(shù)的不斷改進,目前很多材料的回收率都超過90%,有研究表明,經(jīng)硫酸溶解后再采用電解冶金的工藝處理電子垃圾來回收Cu 和Ni ,其回收率就可

6、達94%99%3。歸納起來,電子垃圾中常見的金屬材料回收處理方法有機械處理法、火法冶金、濕法冶金以及微生物法等,其回收原理、優(yōu)缺點和應(yīng)用情況如表1所示。值得指出的是,金、銀、鈀、鉑等貴金屬是電子垃圾金屬材料回收和再利用的重要部分,也是回收電子垃圾的主要經(jīng)濟推動力4,5。對于貴金屬,常采用濕法冶金進行回收。濕法冶金技術(shù)其實質(zhì)是利用化學藥劑對經(jīng)破碎與分離等預(yù)處理后的電子垃圾浸取貴金屬的一種方法。濕法冶金按浸取工藝中所用藥劑的不同,又可以分為硝酸2王水浸金法、氯化法和氰化法等,其中又以硝酸2王水浸金法最常用。濕法冶金具有工藝簡單、浸取貴金屬速率快和回收率高等特點,但其成本高且二次污染相對嚴重。最近有

7、報道稱采用生物法回收貴金屬二次污染小、成本低且回收率高達99%5,因此該法值得推廣應(yīng)用。1.2電子垃圾中非金屬材料的回收除了金屬材料,制造電子產(chǎn)品過程中還使用了大量非金屬材料,特別是工程塑料。塑料普遍具有良好的絕熱和絕緣特性,并具有強度較高、耐壓和韌性良好等特點。電子產(chǎn)品常用的塑料主要包括ABS 、HIPS 和PC/ABS 等。電子垃圾中的大件純塑料一般采用機械法直接回收,而混合塑料的回收主要有機械法、化學法和熱回收法,各種方法的特點比較如圖1所示。其中熱回收法被認為是回收塑料最環(huán)保的方法,瑞士和丹麥早在2002年就有70%的塑料是通過該法處理的;2003年西歐也有23%的塑料通過該方法回收處

8、理6。表1常見電子垃圾回收方法及其特點Table1Recycling met hods of electronic waste and t heir characteristics處理方法原理優(yōu)點缺點應(yīng)用情況機械處理法對電子垃圾進行破碎使各種成分單體解離,再利用破碎后顆粒物理性質(zhì)的差異(如密度、電性、磁性和形狀等進行分離污染小、操作簡單、不需要對電子垃圾做預(yù)處理,易實現(xiàn)規(guī)?；幚砗笠话悴皇亲罱K產(chǎn)品綜合回收有用材料,同時可作為其它回收方法的預(yù)處理火法冶金利用冶金爐高溫加熱剝離非金屬物質(zhì),貴金屬熔融于其他金屬熔煉物料或熔鹽中,隨后再加以分離操作簡單方便,能得到較純的產(chǎn)品,回收率較高焚燒時會產(chǎn)生有害

9、氣體,二次污染嚴重,金屬回收率低,能耗大,設(shè)備一般較昂貴主要用于回收貴金屬,逐漸淘汰中濕法冶金利用貴金屬能溶解在硝酸、王水等強酸的特點,將其從電子廢物中脫除并從液相中回收能得到較純的產(chǎn)品,回收率高,廢氣排放少,提取貴金屬后的殘留物易于處理,工藝流程簡單二次污染較嚴重主要用于回收貴金屬微生物法利用細菌浸取電子垃圾中的貴金屬對環(huán)境危害小,投資少,能耗少,藥劑消耗少,對低品位的資源也能很好地回收生產(chǎn)周期長,溫度要求嚴格主要用于回收 貴金屬圖1回收混合塑料的3種方法Fig.1R ecycling options for m anaging plasticsfrom end2of2life electr

10、onics1.3電子垃圾回收處理流程工藝電子垃圾回收處理的工藝流程非常重要,工藝流程設(shè)計直接關(guān)系到回收的效率與效益問題。到目前為止,已經(jīng)有許多企業(yè)對電子垃圾處理的工藝流程展開了深入的研究,并提出了有各自特色的處理工藝路線。通過比較研究,得到了電子垃圾回收處理的最佳工藝流程圖,如圖2 所示。圖2電子垃圾回收處理流程Fig.2R ecycling route for electronic w aste2電子垃圾回收的成本2收益理論模型從以上的研究與分析可以看出,電子垃圾回收處理和再生利用的科學技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟,大多數(shù)不存在太大的技術(shù)障礙,只需解決回收的成本和效益問題。下面以回收目前最為普遍的電

11、子垃圾廢舊臺式電腦為例,從經(jīng)濟學的角度探討其回收的成本2效益理論模型。在構(gòu)建電子垃圾回收的成本2效益理論模型時,首先作如下3種假設(shè)。(1電子垃圾的處理應(yīng)建立在規(guī)模化處理的基礎(chǔ)上。(2回收的電子垃圾將進行以下3種處理:通過二手市場循環(huán)再利用(包括整機和一些可再用的零部件;對不能再使用的廢棄電腦進行回收處理;對最終處理廢棄物進行填埋或焚燒處理。(3對電子垃圾回收以機械處理法為主,并且對電腦的各種材質(zhì)進行全面回收。2.1成本2收益理論模型一般而言,對于電子垃圾處理廠,其成本構(gòu)成還是非常復(fù)雜的7。為了更好地分析,本文只考慮企業(yè)在運行中涉及的成本,主要包括電子垃圾回收成本、電子垃圾運輸成本、電子垃圾拆解

12、費用、破碎成本、材料的再生成本以及最終廢棄電子垃圾處理費用,所以其成本模型可以表示為:C0=n(C uc+C ut+n(1-C ud+n(1-(C us+C ur+D uc(1式中:C0為電子垃圾回收處理的總成本,C uc為回收單位電子垃圾費用,C ut為單位電子垃圾的運輸費用,C ud為拆解單位電子垃圾成本,C us為單位電子垃圾破碎成本,C ur為單位電子垃圾材質(zhì)的再生成本,D uc為單位電子垃圾最終廢棄物處理成本,n代表電子垃圾的總質(zhì)量,代表可再用零部件的質(zhì)量分數(shù),代表可再利用整機的質(zhì)量分數(shù)。另一方面,回收電子垃圾的收益主要來源于整機及零部件的再利用、材料再生所產(chǎn)生的收益以及環(huán)保帶來的社

13、會效益,其收益模型可以表示為:R 0=(nG 1R ur +n (1-R um +R p +R E (2R p =(nG 2R up(3R E =C u1×(W P -W L =C u1×n1-(1-(1-(4式中:R 0為電子垃圾回收總收益,R ur 為可再利用的整機平均價值,R um 為處理單位電子垃圾所產(chǎn)生的再生材料的價值,R p 為可再用零部件的價值,R E 為廢棄物回收導(dǎo)致環(huán)境處理費下降所獲得的收益,G 1為整機的質(zhì)量,為電子垃圾的再生率,G 2為可再用零部件的平均質(zhì)量,R up 為可再用零部件的單位價值,C ul 為填埋單位廢棄物的成本,W P 為電子垃圾的質(zhì)量

14、,W L 為最終處理后填埋廢棄物的質(zhì)量,其它同式(1。因此,根據(jù)上述成本模型和收益模型,電子垃圾回收處理的成本2收益模型可以表示為:I 0=R 0-C 0=(n G 1R ur +n (1-R um +(nG 2R up +C u1×n1-(1-(1-n (C uc -C ut +n (1-C ud +n (1-(C us +C ur +D ur (5式中:I 0表示電子垃圾回收處理利潤?？稍儆玫牧悴考?shù)量一般不是很大(即很小,可以忽略不計;由于電子垃圾廢棄物回收導(dǎo)致環(huán)境處理費下降所獲得的收益R E 不計算在企業(yè)的收益中,因此,式(5可以進一步簡化為:I 0=(nG 1R ur +n

15、 (1-R um -n (C uc -C ut +n (1-(C ud +C us +C ur +D uc (62.2成本2收益模型分析有研究者通過調(diào)查美國15個電子垃圾回收處理企業(yè),得出單件臺式PC 電腦的回收成本如表2所示。表2單件臺式電腦的回收成本8Table 2Cost for collection and processingof personal computer (per unit 8成本構(gòu)成回收及運輸成本3拆解成本再生成本(含破碎成本最終廢棄物處理成本總計金額美元23.93 6.257.875.8343.883其中回收即購買廢棄電腦的費用為23.5美元,該數(shù)據(jù)來源于調(diào)查的美國1

16、5個電子回收處理公司的回收成本(1334美元并取平均值每臺電腦(主機加CR T 顯示器的質(zhì)量約26kg (即G 1=26kg ,對于比較專業(yè)的企業(yè)再生率都超過90%,在此取=90%,因此根據(jù)成本模型(式(1可以得到:C 0=n (C uc +C ut +n (1-(C ud +C us +C ur +D uc =n ×(23.9326+n (1-×(6.2526+7.8726+5.8326=n26×(43.88-19.95參考表3所示的電腦各成分比及價值,再根據(jù)1臺二手電腦的價值一般為80240美元,以二手電腦的平均銷價R ur =120美元進行估算。根據(jù)表3所列

17、數(shù)據(jù)以及式(2所示收益模型可計算n 噸廢棄電腦的回收收益R 0(可再使用零部件的收益及廢棄物回收導(dǎo)致環(huán)境處理費下降所獲得的收益忽略:R 0=(nG 1R ur +n (1-R um=(n 26×120+n (1-×90%×34.2626=n26×(30.83+89.166因此,回收n 噸廢棄電腦的總收益I 0為:I 0=R 0-C 0=n26×(30.83+89.166-n26×(43.88-19.95可見,要使回收處理n 噸廢棄電腦有利可圖,則必須使I 0>0(即企業(yè)的利潤大于0,即可得到>11.96%。表3臺式電腦再生

18、材料的成分及其價值8Table 3Recoverable component s in a desktop comp uter 8材料含量/%價值/美元塑料23.0011.73鋁 6.309.11鐵20.5 4.18金0.001 6.27銀0.02 1.03鉛 6.30 1.93鎘0.010.01汞0.00220.00總計56.1334.26許多發(fā)達國家廢舊電腦的可再使用率通常都很高,如美國可達50%。相對而言,目前中國的廢棄電腦可再使用率比較低,只能勉強達到11.96%,基本無收益(利潤可言。并且,如果再考慮企業(yè)人工成本、電子垃圾管理等成本,回收處理電子垃圾更加無利可圖。考慮中國當前電子垃圾

19、回收處理的現(xiàn)狀,雖然很多非專業(yè)性的作坊式電子垃圾處理廠能獲取高額的利潤,但是這些工廠通常只針對價值高的部分,處理技術(shù)非常低,也沒有考慮所帶來的環(huán)境成本,其獲利以犧牲環(huán)境為代價,而專業(yè)處理廠對電子垃圾必須進行全面的回收和處理,尤其需要考慮環(huán)境成本,因此建議政府應(yīng)給予其更多政策上的傾斜和經(jīng)濟上的優(yōu)惠與支持。(下轉(zhuǎn)第112頁19梁基照,劉冠生.無機粒子填充聚合物復(fù)合材料傳熱模型及有限元模擬J.特種橡膠制品,2006,27(5:3520Liang J Z,Li F H.Simulation of heat transfer in hollow2 glass2bead2filled polypropyl

20、ene composites by finite element methodJ.Polym Test,2007,26(3:11921Liang J Z,Li F H.Hear transfer in polymer composites filled with inorganic hollow micro spheres:A theoretical modelJ.Polym Test,2007,26(8:102522Rajinder Pal.New models for thermal conductivity of parti2 culate compositesJ.J Reinf Pla

21、st Compos,2007,26(7: 64323Rajinder Pal.On the Lewis2Nielsen model for thermal/elec2 trical conductivity of compositesJ.Composites,2008,39: 71824何燕,馬連湘,黃素逸.炭黑/橡膠體系的導(dǎo)熱模型及應(yīng)用研究J.工程熱物理學報,2009,30(4:67125Carson J K.Thermal conductivity bounds for isotropic,po2 rous materialsJ.Int J Heat Mass Transf,2005,48

22、:2150 26Wang J,Carson J K,North M F.A new approach to mo2 deling the effective thermal conductivity of heterogeneous materialsJ.Int J Heat Mass Trans,2006,49(17:307527Porfiri M,Nguyen N Q,Gupta N.Thermal conductivity of multiphase particulate composite materialsJ.J Mater Sci,2009,44(6:154028G oyh

23、33;nèche J M,Cosculluela A.A multiscale model for the effective thermal conductivity tensor of a stratified composite materialJ.Int J Thermophys,2005,26(1:19129曾群鋒,李紀云,彭旭東.聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的預(yù)測模型J.潤滑與密封,2006,176(4:7030Yang X S.Modelling heat transfer of carbon nanotubesJ.Mod Simul Mater Sci Eng,2005,

24、13(6:89331劉金世,薛慶忠.碳納米管復(fù)合材料的有效熱導(dǎo)率J.石油大學學報,2004,28(5:14232Xue Q Z.Model for thermal conductivity of carbon nanotube based compositesJ.Physica B,2005,368:30233Xue Q Z.Model for the effective thermal conductivity of carbon nanotube compositesJ.Nanotechnology,2006,17: 165534祝春華,王端陽.碳納米管材料導(dǎo)熱性能的實驗研究J.廣東化工,

25、2007,34(8:535Nan C W,Liu G,Lin Y H.Interface effect on thermal con2 ductivity of carbon nanotube compositesJ.Appl Phys Lett,2004,85(16:354936呂瑞濤,黃正宏,康飛宇.高導(dǎo)熱炭基功能材料研究進展J.材料導(dǎo)報,2005,19(11:69(責任編輯曾文婷(上接第107頁3結(jié)語本文全面分析和概括了回收處理電子垃圾中的金屬材料、非金屬材料(特別是工程塑料的方法和流程工藝,同時基于廢舊臺式電腦建立了電子垃圾回收處理的成本2效益模型,并對該模型進行了深入分析,得到的主要

26、結(jié)論如下。(1基于經(jīng)濟學提出的成本2收益模型可為國內(nèi)電子垃圾專業(yè)處理廠的建設(shè)提供相對可靠的參考依據(jù)。(2政府對電子垃圾回收處理的政策傾斜和經(jīng)濟扶持也可參考本文成本2收益模型進行。(3僅從電子垃圾的成本2收益模型來看,中國也可借鑒國外普遍實施的電子垃圾報廢收費制,即政府機關(guān)、行政事業(yè)單位和個人在報廢電子產(chǎn)品時需要支付適當?shù)奶幚碣M。參考文獻1劉亮岐,尹立孟,張新平.電子垃圾問題面臨的挑戰(zhàn)與解決途徑J.材料導(dǎo)報,2008,22(9:12魏金秀,汪永輝,等.國內(nèi)外電子廢棄物現(xiàn)狀及其資源化技術(shù)J.東華大學學報(自然科學版,2005,31(3:1333Veglio F,Quaresima R,et al.Recovery of valuable metalsf rom electronic and galvanic industrial wastes by leachingand electrowinningJ.Waste Manage,2003,23(3:2454Cui J,Forssberg E.Mechanical recycling of wast