电子垃圾的回收再利用及其成本 - 收益模型研究 - 图文-

1、电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,刘亮岐2(1重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆401331;2华南理工大学材料科学与工程学院,广州510640摘要研究了电子垃圾回收和再利用的技术、方法和流程工艺,并在此基础上以台式电脑这一常用电子产品为例,提出了电子垃圾回收处理的成本2收益模型,同时对该模型进行了分析与总结。关键词电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重庆科技学院引进人才科研启动基金资助项目(2009尹立孟:男,1976年生

4、,博士,讲师,主要从事电子封装材料与可靠性研究E 2mail :yeenlm 0引言我们曾全面分析和阐述了国内外电子垃圾(电子废弃物回收和处理的相关情况,并针对国内电子垃圾处理的现状提出了一些建议、对策及方法1,其中最重要的一点就是电子垃圾的回收和再利用。然而,从现有的科学技术水平来看,电子垃圾回收处理和再生利用大多数已不存在太大的技术障碍,故电子垃圾的回收和再利用的成本及效益如何分配(即成本2收益问题就成为大家关注的另外一个焦点,同时它也是推动中国电子垃圾回收处理进一步向前发展的一个关键问题。本文将在深入分析和探讨电子垃圾回收处理技术、方法与流程工艺的基础上提出电子垃圾回收与再利用的成本2收

5、益理论模型,并对该模型进行分析和探讨,以期为进一步理解和推进国内电子垃圾回收处理的进程提供参考依据。1电子垃圾回收和再利用技术及工艺1.1电子垃圾中金属材料的回收对电子垃圾的回收处理最早可追溯到20世纪60年代,不过当时仅局限于对贵金属的回收和再利用2,而如今的电子垃圾回收处理已发展成对各种有用材料(包括金属和塑料等的全面回收。并且,现有电子垃圾的处理技术已有了相当大的发展,回收率也大大增加,同时还出现了很多新兴的处理技术。伴随电子垃圾处理工艺的日益增多及技术的不断改进,目前很多材料的回收率都超过90%,有研究表明,经硫酸溶解后再采用电解冶金的工艺处理电子垃圾来回收Cu 和Ni ,其回收率就可

6、达94%99%3。归纳起来,电子垃圾中常见的金属材料回收处理方法有机械处理法、火法冶金、湿法冶金以及微生物法等,其回收原理、优缺点和应用情况如表1所示。值得指出的是,金、银、钯、铂等贵金属是电子垃圾金属材料回收和再利用的重要部分,也是回收电子垃圾的主要经济推动力4,5。对于贵金属,常采用湿法冶金进行回收。湿法冶金技术其实质是利用化学药剂对经破碎与分离等预处理后的电子垃圾浸取贵金属的一种方法。湿法冶金按浸取工艺中所用药剂的不同,又可以分为硝酸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。湿法冶金具有工艺简单、浸取贵金属速率快和回收率高等特点,但其成本高且二次污染相对严重。最近有

7、报道称采用生物法回收贵金属二次污染小、成本低且回收率高达99%5,因此该法值得推广应用。1.2电子垃圾中非金属材料的回收除了金属材料,制造电子产品过程中还使用了大量非金属材料,特别是工程塑料。塑料普遍具有良好的绝热和绝缘特性,并具有强度较高、耐压和韧性良好等特点。电子产品常用的塑料主要包括ABS 、HIPS 和PC/ABS 等。电子垃圾中的大件纯塑料一般采用机械法直接回收,而混合塑料的回收主要有机械法、化学法和热回收法,各种方法的特点比较如图1所示。其中热回收法被认为是回收塑料最环保的方法,瑞士和丹麦早在2002年就有70%的塑料是通过该法处理的;2003年西欧也有23%的塑料通过该方法回收处

8、理6。表1常见电子垃圾回收方法及其特点Table1Recycling met hods of electronic waste and t heir characteristics处理方法原理优点缺点应用情况机械处理法对电子垃圾进行破碎使各种成分单体解离,再利用破碎后颗粒物理性质的差异(如密度、电性、磁性和形状等进行分离污染小、操作简单、不需要对电子垃圾做预处理,易实现规模化处理后一般不是最终产品综合回收有用材料,同时可作为其它回收方法的预处理火法冶金利用冶金炉高温加热剥离非金属物质,贵金属熔融于其他金属熔炼物料或熔盐中,随后再加以分离操作简单方便,能得到较纯的产品,回收率较高焚烧时会产生有害

9、气体,二次污染严重,金属回收率低,能耗大,设备一般较昂贵主要用于回收贵金属,逐渐淘汰中湿法冶金利用贵金属能溶解在硝酸、王水等强酸的特点,将其从电子废物中脱除并从液相中回收能得到较纯的产品,回收率高,废气排放少,提取贵金属后的残留物易于处理,工艺流程简单二次污染较严重主要用于回收贵金属微生物法利用细菌浸取电子垃圾中的贵金属对环境危害小,投资少,能耗少,药剂消耗少,对低品位的资源也能很好地回收生产周期长,温度要求严格主要用于回收 贵金属图1回收混合塑料的3种方法Fig.1R ecycling options for m anaging plasticsfrom end2of2life electr

10、onics1.3电子垃圾回收处理流程工艺电子垃圾回收处理的工艺流程非常重要,工艺流程设计直接关系到回收的效率与效益问题。到目前为止,已经有许多企业对电子垃圾处理的工艺流程展开了深入的研究,并提出了有各自特色的处理工艺路线。通过比较研究,得到了电子垃圾回收处理的最佳工艺流程图,如图2 所示。图2电子垃圾回收处理流程Fig.2R ecycling route for electronic w aste2电子垃圾回收的成本2收益理论模型从以上的研究与分析可以看出,电子垃圾回收处理和再生利用的科学技术水平已经比较成熟,大多数不存在太大的技术障碍,只需解决回收的成本和效益问题。下面以回收目前最为普遍的电

11、子垃圾废旧台式电脑为例,从经济学的角度探讨其回收的成本2效益理论模型。在构建电子垃圾回收的成本2效益理论模型时,首先作如下3种假设。(1电子垃圾的处理应建立在规模化处理的基础上。(2回收的电子垃圾将进行以下3种处理:通过二手市场循环再利用(包括整机和一些可再用的零部件;对不能再使用的废弃电脑进行回收处理;对最终处理废弃物进行填埋或焚烧处理。(3对电子垃圾回收以机械处理法为主,并且对电脑的各种材质进行全面回收。2.1成本2收益理论模型一般而言,对于电子垃圾处理厂,其成本构成还是非常复杂的7。为了更好地分析,本文只考虑企业在运行中涉及的成本,主要包括电子垃圾回收成本、电子垃圾运输成本、电子垃圾拆解

12、费用、破碎成本、材料的再生成本以及最终废弃电子垃圾处理费用,所以其成本模型可以表示为:C0=n(C uc+C ut+n(1-C ud+n(1-(C us+C ur+D uc(1式中:C0为电子垃圾回收处理的总成本,C uc为回收单位电子垃圾费用,C ut为单位电子垃圾的运输费用,C ud为拆解单位电子垃圾成本,C us为单位电子垃圾破碎成本,C ur为单位电子垃圾材质的再生成本,D uc为单位电子垃圾最终废弃物处理成本,n代表电子垃圾的总质量,代表可再用零部件的质量分数,代表可再利用整机的质量分数。另一方面,回收电子垃圾的收益主要来源于整机及零部件的再利用、材料再生所产生的收益以及环保带来的社

13、会效益,其收益模型可以表示为: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为电子垃圾回收总收益,R ur 为可再利用的整机平均价值,R um 为处理单位电子垃圾所产生的再生材料的价值,R p 为可再用零部件的价值,R E 为废弃物回收导致环境处理费下降所获得的收益,G 1为整机的质量,为电子垃圾的再生率,G 2为可再用零部件的平均质量,R up 为可再用零部件的单位价值,C ul 为填埋单位废弃物的成本,W P 为电子垃圾的质量

14、,W L 为最终处理后填埋废弃物的质量,其它同式(1。因此,根据上述成本模型和收益模型,电子垃圾回收处理的成本2收益模型可以表示为: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表示电子垃圾回收处理利润。可再用的零部件数量一般不是很大(即很小,可以忽略不计;由于电子垃圾废弃物回收导致环境处理费下降所获得的收益R E 不计算在企业的收益中,因此,式(5可以进一步简化为: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过调查美国15个电子垃圾回收处理企业,得出单件台式PC 电脑的回收成本如表2所示。表2单件台式电脑的回收成本8Table 2Cost for collection and processingof personal computer (per unit 8成本构成回收及运输成本3拆解成本再生成本(含破碎成本最终废弃物处理成本总计金额美元23.93 6.257.875.8343.883其中回收即购买废弃电脑的费用为23.5美元,该数据来源于调查的美国1

16、5个电子回收处理公司的回收成本(1334美元并取平均值每台电脑(主机加CR T 显示器的质量约26kg (即G 1=26kg ,对于比较专业的企业再生率都超过90%,在此取=90%,因此根据成本模型(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×(43.88-19.95参考表3所示的电脑各成分比及价值,再根据1台二手电脑的价值一般为80240美元,以二手电脑的平均销价R ur =120美元进行估算。根据表3所列

17、数据以及式(2所示收益模型可计算n 吨废弃电脑的回收收益R 0(可再使用零部件的收益及废弃物回收导致环境处理费下降所获得的收益忽略: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 吨废弃电脑的总收益I 0为:I 0=R 0-C 0=n26×(30.83+89.166-n26×(43.88-19.95可见,要使回收处理n 吨废弃电脑有利可图,则必须使I 0>0(即企业的利润大于0,即可得到>11.96%。表3台式电脑再生

18、材料的成分及其价值8Table 3Recoverable component s in a desktop comp uter 8材料含量/%价值/美元56.1334.26许多发达国家废旧电脑的可再使用率通常都很高,如美国可达50%。相对而言,目前中国的废弃电脑可再使用率比较低,只能勉强达到11.96%,基本无收益(利润可言。并且,如果再考虑企业人工成本、电子垃圾管理等成本,回收处理电子垃圾更加无利可图。考虑中国当前电子垃圾回收处理的现状,虽然很多非专业性的作坊式电子垃圾处理厂能获取高额的利润,但是这些工厂通常只针对价值高的部分,处理技术非常低,也没有考虑所带来的环境成本,其获利以牺牲环境为代

19、价,而专业处理厂对电子垃圾必须进行全面的回收和处理,尤其需要考虑环境成本,因此建议政府应给予其更多政策上的倾斜和经济上的优惠与支持。(下转第112页19梁基照,刘冠生.无机粒子填充聚合物复合材料传热模型及有限元模拟J.特种橡胶制品,2006,27(5:3520Liang J Z,Li F H.Simulation of heat transfer in hollow2 glass2bead2filled polypropylene composites by finite element methodJ.Polym Test,2007,26(3:11921Liang J Z,Li F H.He

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25、n nanotube compositesJ.Appl Phys Lett,2004,85(16:354936吕瑞涛,黄正宏,康飞宇.高导热炭基功能材料研究进展J.材料导报,2005,19(11:69(责任编辑曾文婷(上接第107页3结语本文全面分析和概括了回收处理电子垃圾中的金属材料、非金属材料(特别是工程塑料的方法和流程工艺,同时基于废旧台式电脑建立了电子垃圾回收处理的成本2效益模型,并对该模型进行了深入分析,得到的主要结论如下。(1基于经济学提出的成本2收益模型可为国内电子垃圾专业处理厂的建设提供相对可靠的参考依据。(2政府对电子垃圾回收处理的政策倾斜和经济扶持也可参考本文成本2收益模型进行。(3仅从电子垃圾的成本2收益模型来看,中国也可借鉴国外普遍实施的电子垃圾报废收费制,即政府机关、行政事业单位和个人在报废电子产品时需要支付适当的处理费。参考文献1刘亮岐,尹立孟,张新平.电子垃圾问题面临的挑战与解决途径J.材料导报,2008,22(9:12魏金秀,汪永辉,等.国内外电子废弃物现状及其资源化技术J.东华大学学报(自然科学版,2005,31(3:1333Veglio F,Quaresima R,et al.Recovery of valuable metalsf rom electronic