一种基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收方法和装置与流程

本发明涉及电子产品回收技术领域，特别涉及一种基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收方法和装置。

背景技术：

脆化是一种低温力学行为，指材料(主要以塑料等有机材质为主)经过低温处理发生物理性质的改变，变脆且容易粉碎。脆化温度是这种低温力学行为的量度，在实验测定中，一般将破坏概率为50％的实验温度规定为脆化温度。

通常屏幕由4层组成，最上面的一层玻璃为盖板玻璃，大多数用的是蓝宝石材料。第二层为触摸感应器层，主要有电阻式和电容式两种。屏幕有触摸感应层功能，主要是在玻璃上应用磁控溅射技术镀上一层ITO(氧化铟锡，或者掺锡氧化铟)，这是一种铟(Ⅲ族)氧化物和锡(IV族)氧化物的混合物。第三层通常为前面板，主要用来安装滤光片，生成图像。最下面一层则为背板，用来处理百万计的薄膜晶体管。其中触摸屏结构粘接和触摸屏与显示屏模组的粘接使用了OCA光学胶，OCA光学胶在室温或中温下固化，且有固化收缩小等特点。通过一定的低温处理可以使得OCA光学胶发生脆化，其脆化温度约为-150℃。

线路板主要组成是印刷PCB板。制造PCB板的材料相当复杂，包括金属以及环氧树脂等有机材料。该有机材料具体脆化温度与多种因素有关，邹亮，白庆中的论文《废弃线路板的低温粉碎试验研究》中提及对PCB板进行细碎处理时，在预冷温度为-120℃，冷冻时间为5min时，可以获得较多细粒级产品、较平滑的颗粒表面和较高的解离度。

对于液晶触摸屏而言，目前常用的返工方式有钼丝切割法、液氮冷冻法、冰箱冷冻法三种，钼丝切割法的效率非常低，且对被切割件的损伤较大，导致返工良品率很低。液氮冷冻法的脱胶效果不错，但液氮消耗量太大，且由于瞬间产生零下196度(理想气化温度)的低温，危险性也较高，若不小心溅到工人皮肤上，会立即导致皮肤坏死，由于喷射在触摸屏表面玻璃的液氮瞬间产生零下196度低温令最外层玻璃急剧收缩而爆裂，并且由于液晶屏内部其它部分尚未感受到低温而不会发生收缩，这样就更增大了玻璃爆裂机率，最终导致返工良品率很低。冰箱冷冻法的温度虽然达不到液氮那么低，但由于它的脱胶原理是箱内冷空气与触摸屏进行冷热交换，该过程平稳且温和，不会发生爆屏现象，从而大大提升了返工良品率，并且它不会像液氮那样存在伤人隐患，安全可靠；还有它只需市电就能运行，使用成本低廉。

《废弃线路板的低温粉碎试验研究》一文中还提及在废电路板回收技术中，机械处理技术以其环境污染小，操作简单，具有较高的处理效率和较好的经济效益而备受关注，并在过去20年中得到广泛的发展。在机械处理技术中最重要的是破碎步骤，因为它直接决定着后续分离步骤的效率、金属的产量和纯度。电路板基板通常带有大量热固性树脂，这些树脂聚合物具有硬而强、耐高温的特性，常温下呈一定的韧性，不能被一般的冲击和直接挤压破碎方式所粉碎。因而常温下粉碎回收存在各种问题，如冲击热解，有害气体产生，干式粉碎中的粉尘污染，产品颗粒形状不均，以及设备长时间运转易产生大量热量，引起设备局部过热，物料粘结、堵塞设备等问题，这些问题会引起环境污染，降低粉碎效率，导致后续分选效率的降低。典型的解决方法是把这些非脆性物质通过冷冻变为脆性物质，再加以粉碎。因此低温粉碎技术在废电路板的处理中具有十分广阔的研究前景。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收方法，回收率高，同时有效提高能源利用率，还降低回收过程中污染物的产生。

一种基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收方法，包括以下步骤：

(1)对废旧屏幕和线路板进行拆卸处理，得到带有OCA光学胶的废旧屏幕以及电路板光板；

(2)对所述废旧屏幕进行多级冷却至OCA光学胶脆化，所述多级冷却采用开启式空气制冷循环制冷，各级低温气体直接与负荷接触；负荷指通过开启式空气制冷循环制冷的物体。

(3)冷冻得到的电路板光板，然后进行低温细碎处理；

(4)将经过步骤(2)处理的废旧屏幕对步骤(2)中的多级冷却装置以及步骤(3)中的对所述电路板光板进行冷却的装置进行冷能回馈，最后废旧屏幕返回室温条件。

对废旧屏幕进行拆解，可以得到的初步产物；塑料外壳以及电池则直接分类回收，以待进一步处理；对线路板进行仔细拆解处理，得到芯片等电子元器件和电路板光板，元器件进行翻新处理，进一步回收。

电路板光板冷冻后进行低温细碎处理，得到的产物在室温下进行静电分离处理，将金属和塑料进行初分分离后，可用筛分器进一步分离。

本发明方法的废旧屏幕进行降温，并将已经脆化的低温屏幕在输出的过程中反馈冷能给输送进来的屏幕以及电路板光板进行换热，减少了这部分能量的损失，减轻较高温度的冷却单元的负担。

冷能反馈主要是在各级冷却空间(预冷室或冷冻室)中进行的，以相邻的三级冷却空间(低温预冷室、中温预冷室和高温预冷室)为例，从低温预冷室返回的废旧屏幕和从高温预冷室(高温预冷室比低温预冷室高两级温度)出来的废旧屏幕在中温预冷室(中温预冷室比低温预冷室高一级温度)中进行换热，具体的，两块温度相差60℃左右(即多级冷却单元间隔一级的温差，高温预冷室与低温预冷室之间的温差，可以根据需要进行设定)的屏幕相隔3～5cm，利用风机进行强迫对流传热，如此实现冷量的传递与利用。

常规的空气制冷系统在制取-50℃～-100℃的制冷温度时具有较好的经济性能。开启式空气制冷循环，膨胀之后的低温气体直接与负荷接触，省去一个换热器，减少了换热损失。但是低温空气经过负荷部分并与其接触之后，需要对其进行净化和干燥过程才能进入下一次循环。

本发明利用OCA光学胶在低温下失去粘性的性质和电路板光板上在低温下将会脆化易破碎的性质，将二者的冷冻进行有机结合并加以利用。实现了流水线处理，可以大大增加处理效率。

多级冷却是指将废旧屏幕从高温至低温进行逐级的冷却，防止屏幕瞬间冷却而碎裂。

所述的开启式空气制冷循环直接从外界引入新鲜空气，先经过净化和干燥后压缩到设计压力，高压的干燥净化的空气先预冷再通过膨胀机做功并且输出冷量，膨胀之后的低温气体直接与负荷接触。通过控制压缩的次数，进行多级膨胀来达到不同的温度范围，-150℃～-145℃、-95℃～-85℃、-35℃～-25℃、-125℃～-115℃、65℃～-55℃、-5℃～5℃作为冷源，优选的，所述开启式空气制冷循环制冷的温度梯度为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃、-125℃～-115℃和-150℃～-145℃。

采用非稳态传热估算物料达到和环境温度一致时所需的时间，公式如下：

式中ρ为物体的密度，c为比热容，h为物体表面与气流间的对流换热系数，V/A为物体厚度，T0为物体的初始温度，T为物体最终温度，(允许传热结束后，物体与环境温度的误差为1℃)，Tt为物体所处的环境温度。

为了更好地实现脆化，优选的，步骤(2)中，所述废旧屏幕在各温度梯度中分别冷却2min～6.2min。

进一步优选的，在温度梯度分别为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃、-125℃～-115℃和-150℃～-145℃中所需冷却的时间分别为5～7min、5～7min、4～6min、3～5min、2～4min、2～3min。

进一步优选的，在温度梯度分别为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃、-125℃～-115℃和-150℃～-145℃中所需时间分别为6～6.2min、5.9～6.1min、4.9～5.1min、4～4.1min、3～3.2min、2～2.2min。

为了进一步结合电路板光板和屏幕的回收，减少能耗，优选的，所述电路板光板通过开启式空气制冷循环制冷中温度梯度为-125℃～-115℃段进行冷却。

为了达到较好的冷冻效果，优选的，步骤(3)中，所述电路板光板的冷却时间为1.5min～3.1min。

本发明总体设计将低温回收分为两部分：屏幕冷冻回收和线路板低温粉碎回收贵金属。我们回收的主要是触摸感应器层，该层中各物质主要是用OCA光学胶粘合。因此，屏幕冷冻回收根据OCA光学胶在低温下会失去活性的特性，将它冷冻到-150℃左右，再取出手工拆解。为了减少冷能消耗我们设计了多个温度梯度的预冷室和冷冻室，进行冷能回馈(已经冷却完成的屏幕给还未冷却好的屏幕预冷)，实现冷量的二次利用。PCB印刷电路板，利用它在低温下表现出的脆性，使其在外力作用下破碎成粒径较小的颗粒或粉体，接着使用静电分离金属与碎塑料，以达到回收贵金属的目标。为了减少冷量损耗，方便回收，在冷却前需要先将屏幕拆分，另外线路板冷冻前必须拆解下芯片回收利用，只将PCB板和屏幕进行冷冻处理。

结合电路板光板和屏幕冷却过程，采用自动化生产的理念来设计整个流程，大大提高了生产效率。使得整个技术的可移植性高，易于扩大生产规模。

本发明还提供了一种基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收装置，包括：

多级冷却单元，采用开启式空气制冷循环制冷，设有多个不同冷却温度的冷却腔；

逐级冷却输送单元，运送废旧屏幕由高温到低温逐级通过多级冷却单元的各个冷却腔；

低温细碎单元，包括冷冻室和粉碎室；

冷能回馈输送单元，对接逐级冷却输送单元，并将脆化后的废旧屏幕由低温到高温逐级通过多级冷却单元的冷却腔和低温细碎单元的冷冻室进行冷能反馈。

为了合理布置能量梯度，保证废旧屏幕有效脆化，优选的，所述多级冷却单元设有温度梯度为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃、-125℃～-115℃和-150℃～-145℃的冷却腔；

为了更好地对OCA光学胶进行脆化，并结合电路板光板的冷冻，优选的，所述低温细碎单元的冷冻室为所述开启式空气制冷循环中-125℃～-115℃段的冷却腔。

为了确保粉碎过程中电路板光板不会因升温而恢复韧性，优选的，所述的粉碎室设有将其温控在-40℃～-60℃之间的冷却模块。将粉碎室与冷凝温度为65℃～-55℃的预冷室想通，利用风机吹出的冷风制冷。或是在粉碎室内通过定时充入液氮和氮气的混合物维持低温。

本发明的有益效果：

(1)将OCA光学胶的脆化和电路板光板的脆化过程中的冷却过程相结合，实现了流水线处理，可以大大增加处理效率。

(2)将已经脆化的低温屏幕在输出的过程中反馈冷能给输送进来的屏幕以及电路板光板进行换热，减少了这部分能量的损失，减轻较高温度的冷却单元的预热负担，减少能源的消耗。

(3)采用开启式空气制冷循环，膨胀之后的低温气体直接与负荷接触，省去换热器，减少了换热损失。

附图说明

图1为本发明方法的废旧屏幕和线路板回收方法的流程线框图。

图2为本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收方法，包括以下步骤：

(1)对废旧手机进行拆解，可以得到的初步产物有：锂离子电池、手机屏(本实施例中为废旧屏幕)、线路板、手机外壳等；

(2)塑料外壳以及锂离子电池则直接分类回收，以待进一步处理；

(3)利用开启式空气制冷循环分级制冷，设置预冷室和冷冻室，设置的温度梯度为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃和-95℃～-85℃作为预冷室，温度梯度为-125℃～-115℃和-150℃～-145℃作为冷冻室，废旧屏幕依次经过这六个温度梯度的预冷室和冷冻室进行冷冻处理；

开启式空气制冷循环直接从外界引入新鲜空气，先经过净化和干燥后压缩到设计压力，高压的干燥净化的空气先预冷再通过膨胀机做功并且输出冷量，膨胀之后的低温气体直接与负荷接触。通过控制压缩的次数，进行多级膨胀来达到不同的温度范围；

(4)废旧屏幕在-150℃左右的温度下进行处理之后，按照-150℃、-125℃～-115℃、-95℃～-85℃、-65℃～-55℃、-35℃～-25℃、-5℃～5℃的温度梯度路线返回，实现冷能回馈，将已经脆化处理的废旧屏幕的冷能回馈给未经处理的废旧屏幕，最后返回室温条件下；

在温度梯度分别为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃、-125℃～-115℃和-150℃～-145℃中所需时间分别为6.1min、6min、5min、4.01min、3.1min、2.12min；

(5)在室温条件下对脆化并回馈冷能后的废旧屏幕进行分离操作；

(7)对PCB线路板进行仔细拆解处理，得到芯片等电子元器件和电路板光板，元器件进行翻新处理，进一步回收；

(8)将电路板光板在温度梯度为-125℃～-115℃的冷冻室内冷却到-120℃左右，电路板光板冷却到-120℃大约耗时3.1min再进行低温细碎处理，得到的产物在室温下进行静电分离处理，将金属和塑料进行初分分离，后可用筛分器进一步分离。

如图2所示，本实施例的基于空气制冷的废旧屏幕和线路板回收装置包括：

多级冷却单元，设有多个不同冷却温度的冷却腔；多级冷却单元为开启式空气制冷循环，设有温度梯度为-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃、-125℃～-115℃和-150℃～-145℃的冷却腔；其中-5℃～5℃、-35℃～-25℃、-65℃～-55℃、-95℃～-85℃作为预冷室1，-125℃～-115℃和-150℃～-145℃作为冷冻室2和冷冻室3。

逐级冷却输送单元4，运送废旧屏幕7由高温到低温逐级通过多级冷却单元的各个冷却腔；

低温细碎单元5，用于冷冻粉碎电路板光板8，包括冷冻室2和粉碎室51，低温细碎单元的冷冻室1即开启式空气制冷循环中作为冷冻室的-125℃～-115℃段的冷却腔；粉碎室51设有将其温控在-40℃～-60℃之间的冷却模块。还设置了在常温下对粉碎后的电路板光板81进行静电分离处理的静电分离仪器52，将金属和塑料进行初分分离，还设置了进一步分离的筛分器53。

冷能回馈输送单元6，对接逐级冷却输送单元5，并将脆化后的废旧屏幕71由低温到高温逐级通过多级冷却单元的冷却腔和低温细碎单元的冷冻室进行冷能反馈。

经过测试使用本实施例的方法和装置，回收过程冷能利用率大大提升，以屏幕密度取4000kg/m³，c为-60℃时0.5356J/g/K，从-150℃到0℃，可计算得节能80.34KJ/kg。

由于线路板低温粉碎，使破碎更为彻底，有利于随后静电分离金属与碎塑料，还可以降低粉碎应力，减少粉碎机的功耗，节约能量。从常温冷却到-40℃，不同转速的单位粉碎功耗都有所降低，单位粉碎功耗比常温低30％左右；从常温冷却到-40℃，由于冲击热解产生的有害气体气体有所降低，约20％～30％。与常规的焚烧PCB板的方法相比，我们设计的将PCB板冷冻后回到常温下粉碎的方法，更加环保节能，不产生有害有毒气体。