JPH1176980A - プリント基板の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】廃プリント基板のリサイクル率の向上を図る。 【解決手段】廃プリント基板を構成する樹脂がガスを発
生して変化し且つ廃プリント基板を構成する金属と非金
属無機物質とが化合物を生成することが実質的にない温
度範囲において、廃プリント基板を加熱し、その後、機
械的に外力を加えて破砕する。 【効果】廃プリント基板から、金属及び非金属を効率よ
く分離，回収できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は廃プリント基板の処
理方法に係り、特に廃プリント基板中の金属及び非金属
を分離，回収する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リサイクル再利用で重要なことは、リサ
イクル対象物の材料別の分離・選別である。ところが、
金属，非金属無機物質及び樹脂により構成されている廃
プリント基板は材料別の選別が難しい。従って、廃プリ
ント基板は、従来は電子部品や有害なはんだがついたま
まシュレッダ処理され、最終処分場に埋立処分されてい
るのが殆どであり、金や銅に代表される金属の回収は僅
かに行われている程度で効果的なリサイクルは殆どされ
ていない。一般的に廃プリント基板のリサイクルとして
は、以下が知られている。

【０００３】その１は、特開平2−88725号公報記載のよ
うに、廃プリント基板を８００℃以上から銅の溶融温度
までの温度で樹脂分が着火してカーボンになる程度の空
気の供給下で焙焼し、ついで粉砕して銅を選別，回収す
る方法である。

【０００４】その２は特開平6−228667 号公報記載のよ
うに、プリント基板を粗粉砕及び微粉砕工程で粉砕し、
得られた粉砕物を比重分離によって金属成分を多く含有
する部分と、樹脂や充填材等からなる部分に分離し、回
収する方法である。

【０００５】その３は特開平6−256863 号公報記載のよ
うに、プリント基板を還元性雰囲気下かつ４５０℃〜１
０００℃の温度雰囲気下で乾留し、残留物を大気に接触
しても急激に酸化されない程度の温度にまで冷却し、そ
の後粉砕し、粉砕物から銅などの金属とガラス等の基材
構成物とを分別する方法である。

【０００６】その４は特開平6−296957 号公報記載のよ
うに、部品搭載の廃プリント基板を酸素を含んだ雰囲気
中で加熱し金属成分を酸化させ、粉砕処理により粉状に
微粉砕し構造材，建材，絶縁材における充填材として利
用する方法である。

【０００７】その５は特開平7−75771号公報記載のよう
に、廃銅張り積層板を切断し、除熱時に樹脂が元の状態
に戻る温度範囲で加熱保持しつつ浮遊状態で相互に衝突
させて、銅とその他の成分とに分離する方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
方法はいずれも以下に示すような課題を含んでいる。

【０００９】その１に示した方法は、８００℃以上の高
温に加熱するためエネルギー消費量が多く、また、この
温度範囲では、金や銅の金属類は基板中のガラス繊維等
の非金属強化材と反応しガラス化する。ガラス化した金
属類を再精錬することはエネルギー消費量が多く回収効
率も低くなる。

【００１０】その２に示した方法は、金属やガラスウー
ルなどの非金属材料などと樹脂が密着している状態であ
るために被粉砕物の強度が強くて、基板を微粉砕するの
が大変難しい。したがって特殊な破砕機を使用する必要
があるため、処理コストが高くなる。また、金や銅等の
金属材料は樹脂やガラス繊維と強固に密着しているた
め、微粉砕しても樹脂と分離しない金属が多いため、回
収率は低く、回収後も金属と樹脂を分離する工程が必要
である。

【００１１】その３に示した方法は、上記その１に示し
た方法と同様にエネルギー消費量が多く、且つ、上記温
度範囲では金属がガラスと反応しガラス化するため、回
収効率は低い。

【００１２】その４に示した方法は、金属を回収せず微
粉砕物をそのまま充填材として利用するものであり利用
分野が限られる。

【００１３】その５に示した方法は、無処理のままなの
で切断が難しく、且つ浮遊状態で相互に衝突させるには
特殊なサイクロンを使用する必要がある。また、本方法
は機械的な外力を加えずに切断した基板同士の衝突のエ
ネルギーにより金属を分離しようというものである。切
断した基板は軽く、風力のみでは、切断された基板をサ
イクロン中で相互に衝突させても基板から金属を分離す
るだけのエネルギーの付与は疑問である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による廃プリント
基板処理方法は、樹脂と金属及び非金属無機物質とで形
成された廃プリント基板を対象とする。廃棄物をリサイ
クル再利用するためには、構成材料それぞれを分離する
ことが好都合であるが、プリント基板では、金属をはじ
めとする各種無機物質と樹脂が物理的・化学的結合によ
り一体化されており、通常の方法では分離できない。

【００１５】本発明では、このようなプリント基板にお
いて最も確実で効率的な構成材料の分離は、金属と非金
属に分離することであることを見出し、さらにこの考え
を実現させうる方法を見出した。

【００１６】廃プリント基板分離のポイントは樹脂にあ
る。樹脂はプリント基板全体を一体化させている。とこ
ろが、本発明による適切な温度の加熱により、樹脂自信
がガスを発生し不可逆的に変化する。このように樹脂が
変化した場合、樹脂の一体化作用を低減でき廃プリント
基板の分離が容易になる。同時に、樹脂中に含まれてい
る樹脂強度強化成分がガス化することにより樹脂強度も
大きく低減する。樹脂のガス化は、大気中雰囲気でも窒
素等の不活性雰囲気でも良い。加熱温度は重要である。
本発明による加熱温度は２７０〜４５０℃が好適であ
る。加熱温度が最適温度より低ければ、樹脂からガスが
発生しないため、好適でない。４５０℃以上ではプリン
ト基板中の銅とガラスウール等の非金属無機物質が反応
して化合物を形成し、金属と非金属無機物質の分離が極
めて難しくなるため好適ではない。なお、プリント基板
を構成している金属同志の反応及び化合物化は金属の回
収に悪い影響を与えない。

【００１７】上記に説明した最適な加熱により、一体化
作用の低下した廃プリント基板に機械的に外力を加えて
破砕すると、廃プリント基板中の金属及び非金属無機物
質を効率よく分離，回収することが可能となる。プリン
ト基板内部では、スルーホールを構成する多数の小型銅
製パイプや銅細線，銅箔が存在し、それらがガラスウー
ル等の非金属無機物質と異種材料の組み合わせとして幾
何学的に複雑に絡み合っている。金属の分離には、これ
らを切断しときほぐす力が必要であり、機械的に外力を
加えた破砕がこの力となる。例えば、カッターによる破
砕をすれば大量処理もできる。加熱処理で廃プリント基
板の一体化力と強度が低減されているため、通常では大
きな動力や低い生産性を示すカッターによる破砕も本発
明ではきわめて円滑な破砕が可能である。廃プリント基
板の外から機械的な外力をあたえて破砕をしない場合に
は、分離する力が低いため、分離率が低下して好適でな
い。機械的に外力を与えて破砕するには、２５０℃以下
にする必要がある。２５０℃以上では、外力を与える破
砕機の破砕能力が十分に発揮されないため分離性能が劣
る。

【００１８】廃プリント基板に機械的に外力を加えて破
砕された分離物の選別には、各種方法が採用できるが、
特に、篩い分け法及び風力選別法及び渦電流選別法の三
種類の選別法の中で少なくとも一つ以上の方法を用いる
ことが好適である。本発明による加熱処理，外力付与に
よる破砕では、金属及び非金属は、材質の延性に基づい
て延性に劣るものほど小さくなるという、破砕寸法に差
異の生じることを見出した。よって、篩い分け法は有効
な方法になる。また、本発明では、廃プリント基板の金
属と非金属が分離されているため、金属は非金属より比
重が大きいこと、金属は渦電流で選択的に分離されるこ
との性質が応用でき、風力選別法及び渦電流選別法によ
る選別が可能である。これは、金属と非金属の分離を狙
った本発明の効果である。従って、比重差を利用する風
力選別法及び渦電流選別法は本発明における重要部分で
ある。

【００１９】加熱処理では、プリント基板を構成する樹
脂が変化してガスを発生する。ガス化成分の中には樹脂
強化成分が含まれているため樹脂は同時に軟化して以後
の破砕処理を容易にする。ガス化成分の中の臭素などを
含むハロゲン化合物系ガスは、ガス中の炭化水素成分が
殆ど分解する温度まで加熱すると、アルカリ性溶液と中
和することが可能である。

【００２０】上記発明をシステム化すれば、廃プリント
基板を効率よく処理することが可能となる。また、多く
の製品・部品の処理において、プリント基板のような処
理困難物を含む場合、その存在により製品・部品の処理
自体が困難になる。ところが、本発明によるシステムを
多くの製品・部品を処理する中に設ければ、多くの製品
・部品処理を効果的に実施できる。これは本発明が意図
する解決課題である。したがって、本発明によるシステ
ムが含まれる当該廃プリント基板を含む製品あるいは部
品全体を処理する処理システムも本発明に該当する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づき説
明する。

【００２２】図１は、本発明の一実施例である廃プリン
ト基板処理システムプロセスである。図１に示したプロ
セスの構成は、廃プリント基板１，基板加熱装置２，破
砕機３，破砕機３に併設する風力選別装置４，風力選別
装置１１，ブロワー１１ａ，回収ポット５，回収された
銅箔類５ａ，回収された金メッキ部５ｂ，非金属無機物
質中心の回収ポット６，回収されたガラスウール材６
ａ，回収された樹脂残渣６ｂ，排気ガス７，排気ガス加
熱装置８，中和処理装置９，中和処理槽９ａ，中和液回
収槽９ｂ，中和液９ｃ，中和液循環ポンプ９ｄ，シャワ
ーノズル９ｅ，排気ポンプ９ｆ，無害排気ガス１０，排
気口１２より成る。

【００２３】プリント基板は、図３に示すようにガラス
ウール等の非金属無機物質と、エポキシ樹脂，導体回路
となる銅箔などが複雑にからみ合って構成されており、
またスルーホールを構成する多数の銅製パイプを有す
る。

【００２４】廃プリント基板１は基板加熱装置２に投入
される。ここで、基板加熱温度は基板の種類にもよる
が、２７０℃以上４５０℃以下であれば良い。２７０℃
より低いと、基板中の樹脂の反応，変化速度が著しく遅
く実用に供せず、また、４５０℃を越えると基板中の金
属とガラスウール材が反応し始め金属がガラス化し、こ
のため、金属の回収率は著しく下がるため適当でない。
この基板加熱装置２で廃プリント基板１中の樹脂分は変
化しその時にガスを発生する。これらは、排気ガス７と
して排出され、廃プリント基板１は金メッキや銅箔及び
銅線などの金属部分とガラスウールなどの非金属無機物
質の一体化は低下している。ところが、メッキ等で形成
された銅スルーホールや銅細線はこれら異種材質を結合
している場合がある。ここで廃プリント基板１を破砕機
３にかけると金属や非金属無機物質は容易に分離する。
ここで破砕機３としては、例えば図２に示すようなもの
が好適である。スルーホールが多い場合には、カッター
を用いた破砕機が便利である。基板上に電子部品が多数
搭載されている場合には、前段に粗破砕機の使用も好適
である。非金属無機物質はガラスウールが大半をしめ
る。金属部分は、金メッキされた銅線及び銅箔と、銅
箔，銅細線，銅スルーホールパイプが大半を占める。ガ
ラスウールの多くは、破砕時に発生する風力を利用した
風力選別装置４により回収ポット６に回収される。回収
ポット６で回収されない分離物を風力選別装置１１にか
けることによりブロワー１１ａの風力により、回収ポッ
ト５に主に金属が回収され、回収ポット６に主に非金属
無機物質が回収される。また、基板加熱装置２で廃プリ
ント基板１中の樹脂分が反応，変化して生じた排気ガス
７は少なくとも炭化水素系ガスであるが、廃プリント基
板１中の難燃剤が反応してできた臭化メチル，臭化エチ
ルに代表されるハロゲン化炭化水素を含んでいるため、
これを排気ガス加熱装置８に於いて酸素を含んだ雰囲気
中で加熱して、未燃炭化水素を全て反応させ、その後中
和処理槽９ａに導入する。中和処理槽９ａでは中和液回
収槽９ｂ内の中和液９ｃが中和液循環ポンプ９ｄにより
吸引され、シャワーノズル９ｅより噴射される。ここ
に、排気ガス加熱装置８より導入された排気ガスはシャ
ワーノズル９ｅから噴射された中和液により中和され、
排気ポンプ９ｆにより吸引され、排気口１２より排出さ
れる。尚、中和液９ｃの種類としては、例えば水酸化ナ
トリウム，水酸化カルシウム等のアルカリ水溶液があ
る。このようにすることによりハロゲン化炭化水素はハ
ロゲン，ハロゲン化水素，二酸化炭素及び水分になる。
排気ガスの加熱には加熱炉，アフターバーナー等の使用
が考えられる。排気ガス加熱装置８からの排気ガスを中
和処理装置９に於いてハロゲンを回収しガスを無害化
し、無害排気ガス１０を放出する。このようなプロセス
によりプリント基板を処理し、金属を効率よく分離，回
収できる。

【００２５】次に、実験結果について説明する。

【００２６】（１）実験１ ガラス布エポキシ樹脂プリント基板の廃材から予めはん
だ，電子部品を除去した試料を、示差熱分析で室温から
５５０℃まで加熱し、重量減少の割合を調べた。結果を
図４に示す。ここで重量減少は、樹脂がガス化する樹脂
量に相当する。２６０℃までは重量減少は認められな
い。２７０℃からガスが発生し、重量減少する。５００
℃以上ではガスが殆ど発生しなくなり、重量減少もとま
った。

【００２７】（２）実験２ ３cm×３cmの大きさのガラス布エポキシ樹脂プリント基
板の廃材から予めはんだ，電子部品を除去したものを試
料として、電気炉を用いて試料を大気雰囲気中で４００
℃から５００℃まで１０℃間隔で３０分加熱し、加熱後
の各試料を注意深く分解し、金属がガラスウールと反応
している量を測定した。結果を図５に示す。４５０℃ま
では反応は確認できなかったが、４６０℃以上では金属
とガラスウールの反応が認められ、その量は温度上昇と
ともに増加していった。

【００２８】（３）実験３ ２３cm×１９cmの大きさのガラス布エポキシ樹脂プリン
ト基板の廃材から予めはんだ，電子部品を除去した後、
電気炉を用い基板を大気雰囲気中で各温度で３０分間加
熱した。その後、カッター式破砕機により基板に機械的
に外力を加え、その後風力選別を実施し、基板を構成す
る金属が、回収ポット５に回収された割合を求めた。そ
の結果を表１に示す。加熱温度２６０℃では３０分間加
熱しても基板中の樹脂は殆ど変化せず、カッター式破砕
機にかけても基板は切断されたが、金属と非金属無機物
質は分離しなかった。しかしながら、加熱温度を２７０
℃とすると樹脂は多量のガスが発生し、大きく変化し
た。加熱後にカッター式破砕機で破砕すると、一部、銅
の細線やスルーホール部とガラスウールが分離できず
に、一部の非金属無機物質が回収ポット５に回収された
が、殆どの金属は回収ポット５に回収することができ
た。３００℃，４００℃では、回収ポット５に回収され
る非金属無機物質の混入率が低下した。４５０℃では、
回収ポット５に回収される金属量がやや低下するが９０
％以上の金属回収が可能である。ここで、メッキされた
金は、４５０℃の加熱により一部剥離してしまったため
回収率が低下した。

【００２９】加熱温度がさらに高い４６０℃になると、
金属のガラスウールとの反応がはじまり、その反応によ
り金属がガラス化しはじめる。そのため、回収ポット６
にも金属が混入しはじめる。結果として回収ポット５に
回収される金属量が低下する。また、回収ポット５への
非金属混入率も増加する。特に金メッキ部分は剥離して
ガラスウールと一緒になり回収ポット６で回収される量
が増加する。

【００３０】

【表１】

【００３１】（４）実験４ 次に、基板加熱時に発生する排気ガスの中和に関する実
験を行った。２０cm×２０cmの大きさのガラス布エポキ
シ樹脂プリント基板の廃材から予めはんだ，電子部品を
除去した後、電気炉を用い大気雰囲気中で室温から３５
０℃に加熱した。この加熱過程に於いて発生したガスに
大気を加えた後、種々の温度に保持した排気ガス加熱炉
に導入，加熱し、加熱後、０.１ 規定の水酸化ナトリウ
ム水溶液の入った５連のガス洗浄瓶に導入し中和した。
排気ガス加熱後のガスと中和後のガス中の臭化メチル，
臭化エチル等の臭化炭化水素、及び臭素，臭化水素を定
量分析した。その結果を表２に示す。基板加熱後の排気
ガスの主成分は炭化水素系ガスであり、基板樹脂に難燃
剤として添加されている臭素も臭化メチル，臭化エチル
という臭化炭化水素として排出される。この臭化炭化水
素はアルカリ溶液中に通しても殆ど中和されることはな
い。この臭化炭化水素は完全燃焼させて、臭素，臭化水
素とすれば、アルカリ溶液により中和可能である。しか
しながら、排気ガス加熱温度が７５０℃，８００℃では
中和前のガス中に臭化メチル，臭化エチルが残っており
これは中和されなかった。しかしながら、排気ガス加熱
温度が８５０℃以上では臭化メチル，臭化エチルはほぼ
完全に臭素，臭化水素となり水酸化ナトリウム水溶液に
より中和できた。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
も金属と樹脂及び非金属無機物質で形成される廃プリン
ト基板から金属及び非金属を効率よく分離，回収できる
廃プリント基板処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である廃プリント基板処理シ
ステムプロセスを示す図。

【図２】本発明の処理方法に用いる破砕機の一例を示す
概略構成図。

【図３】プリント基板の一例を示す断面図。

【図４】廃プリント基板の加熱温度と重量減少の関係を
示す図。

【図５】廃プリント基板の金属とガラスウール反応量を
示す図。

【符号の説明】

１…廃プリント基板、２…基板加熱装置、３…破砕機、
４…風力選別装置、５，６…回収ポット、７…排気ガ
ス、８…排気ガス加熱装置、９…中和処理装置、１１…
風力選別装置、１１ａ…ブロワー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 寿生 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小豆畑 茂 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂と金属と非金属無機物質とからなるプ
   リント基板の廃品を加熱処理したのち粉砕して金属と非
   金属無機物質とを分離回収する方法において、前記プリ
   ント基板の加熱処理を樹脂がガスを発生し且つ金属と非
   金属無機物質とが化合物を形成しない温度で行って樹脂
   からガスを発生させ、その後破砕機により破砕すること
   を特徴とするプリント基板の処理方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記プリ
   ント基板の加熱温度を２７０℃以上，４５０℃以下とす
   ることを特徴とするプリント基板の処理方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、前記破砕
   時に該プリント基板の温度を２５０℃以下まで下げてお
   くことを特徴とするプリント基板の処理方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の方法において、前記プリ
   ント基板の加熱により樹脂から発生したガスを回収し、
   該ガスを酸素含有雰囲気中で加熱して該ガスに含まれて
   いる炭化水素分を分解し、その後該ガス中に残留するハ
   ロゲン化合物をアルカリ水溶液により中和することを特
   徴とするプリント基板の処理方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の方法において、前記破砕
   機によりプリント基板を破砕したのち、篩い分け法，風
   力選別法及び渦電流選別法の内の少なくとも１つを用い
   て、金属と非金属無機物質とを分離することを特徴とす
   るプリント基板の処理方法。