让电子废物资源化,到电脑回收

作者: 新闻中心  发布:2019-10-31

世界制造技术正在朝着高精密、微型化、智能化等方向发展,中国昨日两岸携手,50余位专家在浙大召开第四届海峡两岸制造科技研讨会,交流各研究领域的最新进展。  汽车“减肥”可省油  汽车自身重量越轻油耗就越低。上海交通大学副校长林忠钦有办法让汽车“减肥”,最多可使汽车自身重量减轻一半以上。他说,汽车“轻量化”是21世纪汽车技术的前沿和热点。有数据显示,车身一般占汽车总质量的30%-40%,汽车每减重10%,油耗可降低6%-8%,要减轻汽车重量,关键在造车材料。林忠钦教授设计两种仿真轿车,在车门外板、内板、顶盖、发动机罩内板等11个部位分别用高强度钢和铝合金材料代替普通汽车用钢。结果采用高强度钢汽车要比普通汽车轻9.31公斤,减重效果为11.31%;使用铝合金材料的汽车比一般汽车轻53.10公斤,减重效果高达64.50%。汽车轻了,却不用担心成为不堪一击的“豆腐车”,模拟和真实的撞击实验都表明,用两种新材料做成的车和普通汽车的耐撞性相当。林忠钦教授说,预计21世纪的轿车自身的平均重量将是20世纪80年代初的一半。  中国现在生产的奥迪A8就是“铝合金汽车”。不过由于生产成本和不同材料之间的粘合问题,现在采用高强度钢在中国更具推广价值。  处理21世纪的垃圾  废弃的电脑、电视机往哪里扔?街上经常有人回收拿去换钱。“以后这种垃圾回收都要用法规来管理了。”清华大学精密仪器与机械学系的段广洪教授说。他说,在广东,一些村民低价回收废弃电脑等电子产品,提炼其中的金、铑、铜等贵重金属,仅铜就能卖到30000元/吨。村民们用最原始的方式来处理21世纪的垃圾,把旧电脑拆开,先回收线路板表层的金,用火烧后放入酸溶液池中腐蚀获取铜和其他金属。高额利润的代价是焚烧时空气中弥漫致癌烟尘,随地倾倒的废溶液污染了水源。据悉,中国正在制订《废旧家用电器回收利用管理办法》。段教授这次带来了关于废弃电子产品的再资源化的新技术。他采用物理的方法对废弃电子线路板进行切碎、磨粉,然后利用重力将金属与非金属分离。因为废弃电子产品中的大量非金属材料同样价值非凡,把回收的非金属材料加入到玻璃钢制品中,其机械性能便可大幅度提高。  “半成品”需要转化  “中国制造业在学术研究和产业化之间出现了断层”,本次研讨会组织者、浙江大学教授杨华勇说,很多技术在实验室研究出来了,却缺乏进一步的推动力将它转化为现实的生产力。“我们有很多个第一,都是在实验室做出来的样品。但谁来把这个1变成10、100乃至1000?如果没有人来接手这个工作,再多的研究成果也都是‘半成品’。” (本报记者 俞熙娜 朱杨健) 2004-11-5

轻量化技术是横跨汽车变革发展的一项基础性技术。目前已经成为国内各新能源车企的竞争新热点。

摘要:公开发表的研究文献表明,1吨废弃手机里的黄金含量,要比1吨金矿的黄金含量还要高。

汽车的轻量化,是指在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性。在新能源领域,车身及电池的轻量化,能够有效提升新能源汽车的续航里程及能量利用率。

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相关研究表明,新能源汽车每减少100Kg重量,续航里程可提升10%-11%。还可以减少20%的电池成本以及20%的日常损耗成本。

垃圾分类中的“电子垃圾”,让我怎么处理你?明年日本东京奥运会的答案是:回收废旧手机,炼成奥运金牌。

高工电动车(微信号:weixin-gg-ev)获悉,从国际上来看,包括宝马i3、特斯拉Model3等车企的产品都已经开始实现了轻量化材料的规模化应用,而在国内,包括奇瑞、北汽、新特、领途等一大批自主品牌和新势力车企都在轻量化之路上进行了一系列的积极探索。

在东京2020奥委会从全国各地收集的近5吨电子废品中,包括500多万台富含贵金属的废弃手机。按其设定目标,黄金提取计划的完成率目前超过90%,在电子废品收集行动本月底结束前可集齐足够材料。通常,一部智能手机平均含金0.05克,一枚500克重的奥运金牌至少含金6克,那么每120部旧手机就能铸造出一枚东京奥运金牌。

尽管前景光明,但要实现真正的轻量化,道路依然曲折,高工产业研究院分析认为,汽车轻量化要面临标准建立、技术路线选择、成本降低等一系列问题,这需要车企、供应商、政府等多个环节共同来推动协作完成。

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车企可以从哪些途径实现轻量化?轻量化材料市场又呈现什么特点?目前国内新能源企业在轻量化方面有哪些应用及布局?针对上述问题,高工电动车进行了系统的梳理与调研。

上海电子废弃物资源化协同创新中心。

未来新能源汽车用材趋势

在垃圾分类成为新时尚的上海,走进位于上海第二工业大学的上海电子废弃物资源化协同创新中心,科研人员正采用微生物法,研制成套技术与装备,环保而高效地在电子垃圾中回收多种有价金属。

目前从车身材料来看,钢铁约占整车重量的65%-70%,有色金属占据10%-15%、非金属材料占据20%。

1吨废弃手机的含金量比1吨金矿还高

“在未来10-15年之间,汽车的各类材料和用量将会平分秋色,普通钢、高强钢、聚合物、铝合金、镁合金都会达到20%的应用,这是汽车材料工业的大革命。” 北汽股份研究院副院长、总工程师曹渡在一次轻量化高峰论坛上这么指出。

据不完全统计,2017年我国电子垃圾总量已达720万吨,预计2030年将增长到2700万吨,目前可能已超越美国成为世界最大的电子垃圾集散地。当然,电子垃圾回收治理是一个世界难题,专家认为全球只有20%电子垃圾得到合理回收,其余80%电子垃圾去了哪儿基本不清楚。

据了解,这份数据预测来源于一份德国政府委托德国工程师协会做的汽车轻量化盘点报告,其中显示,铝合金应用以及复合材料的应用在2025年将大幅增加,到2035年各类材料将平分秋色。

“电子垃圾,既有大量有价金属,如金、银、铂等,也含重金属铅、汞、镉等有毒有害物质。”二工大电子废弃物研究中心主任、上海电子废弃物资源化协同创新中心执行主任王景伟开门见山,“如果处置得当、变废为宝,可从中提炼一座优质‘城市矿产’;若得不到环保处理,像普通垃圾一样被填埋甚至焚烧,将对土壤、水体、大气等造成严重污染和生态危害。”

而我国也对汽车的轻量化材料已经给出了详细的发展要求与规划:

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协同创新中心团队研发中。

事实上,铝合金和镁合金是目前汽车轻量化最优的选择。据预测,铝合金作为最常见的汽车轻量化材料,在汽车中用量可达540kg,能使汽车减重40%,被广泛运用于车身等结构件。其中奥迪等车企已见全铝车身付诸现实;蔚来也将在今年12月分推出国内第一辆完全自主全铝车身7座大SUV纯电动ES。

很多人还未意识到,上海这样的大都市也有“金山银山”。公开发表的研究文献表明,1吨废弃手机里的黄金含量,要比1吨金矿的黄金含量还要高。对比发现,1吨金矿矿石只能提取出1克黄金,而欧洲某公司从1吨废弃的手机里提取出400克左右的黄金。据此估算,每年全球丢弃着电子垃圾,相当于白白丢弃了300多吨黄金。

再以新能源汽车的动力电池托盘为例,以前多采用钢材制造动力电池托盘,如今多以铝合金型材为主。铝合金型材的密度为2.7g/cm,无论在紧缩还是焊接等方面,铝合金材质优势明显。而镁合金的密度为1.8g/cm,碳纤维是1.5g/cm,用这些材料制造电池托盘可实现大幅减重。

从贵重金属清洁分离与提取、非金属材料高值化利用,到二次污染控制等,电子废弃物资源化面临关键技术与装备需求,行业准入门槛相对较高。上海第二工业大学是国内较早开展电子废弃物管理与资源化处理研发的单位之一,十余年来见证了我国电子废弃物处理行业从小到大、从零散到正规化处理的发展历程,正与行业共建“上海电子废弃物资源化协同创新中心”,提供共性解决方案。

“镁或镁合金在不可视的部分结构件,如转向支撑、座椅骨架等方面也会有所应用;在变速器外壳、车身结构等方面逐步将在高端车上使用。新能源车身也将加大碳纤维材料的应用,会首先应用于车身、覆盖加强件及刚性结构件等方面。”曹渡表示。

特殊菌种“吃掉”板子里的有价金属

此外,在钢材的应用上,有专业人士预测,到2025年,钢材在汽车中的应用比例会达到在50%以上,但同样行业人士预测,将来汽车用材增量上非金属将会占到很大部分。

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一汽高工田洪福在一次轻量化论坛上曾表示,“除了有色金属要替代一些钢铁,剩下一部分就是重点非金属。”但他同时也指出,现在有很多好的轻量化技术应用并不快,也没有普及,最大原因还是由于成本,再好的技术如果成本太高,也会影响整个产品。

对外合作交流。

目前新能源汽车动力电池外壳用材种类众多,既有钢、铁、铝合金等金属材料也有塑料、碳纤维等非金属材料。田洪福指出,这一块现在并没有完全成熟,但未来这部分以及充电桩、插座等都是新能源汽车重要的零部件,而且用量会非常大,非金属材料在这个领域具有非常好的应用优势。

无论手机还是电脑,线路板是所有电子产品中的核心零部件。报废线路板里含有的铜、金、银、铅等,远远超过矿石中的天然含量,但其处理技术要求也高。

除了电池外,非金属材料在电机上也有广泛的应用,比如聚苯硫醚具有强度高、耐高温、高阻燃、耐腐蚀的性能,可以代替部分金属来制造新能源车关键的零部件。

目前,行业内正规处理企业采用机械粉碎结合金属分选工艺,该技术最大缺陷是金属回收率低,且获得的是金属与非金属混合物,金属纯度不高。而非正规的小作坊直接以焚烧结合酸洗的方式获得金、银等,但容易造成环境“次生灾害”问题。

什么才是真正的轻量化?

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那么如何在实现轻量化的同时保证车身强度,以符合严苛的车辆碰撞测试和安全的要求?这成为主机厂考虑的重中之重。

上海电子废弃物资源化协同创新中心部分流水线。

通常,大家认为实现车身轻量化主要有三种途径:结构、材料和工艺。轻量化车身结构的优化设计是前提,高强度轻质材料的应用是手段,先进轻量化成形和连接技术是保障。

在协同创新中心,传输带上大量废旧电路板成了生产资料。在国家863计划等项目支持下,二工大电子废弃物资源化研究团队开发了微生物法回收电路板有价金属工艺,通过特殊的菌种将板子里的金属“吃掉”;同时,建立处理废弃线路板的微生物法清洁技术与装备,好比再从微生物体内提取“食物”。历经近10年研发,团队已完全掌握自主知识产权的成套技术与装备,相关技术申请专利11项,授权发明专利和实用新型专利分别为5项和1项。

比如动力电池,可以用增加动力电池正极活性物质来提升动力电池能量密度,从而减轻电池重量;减少电池组配件重量;电池箱体以及结构件选用当下先进轻质材料,这三种方式实现轻量化。

这一“微生物炼金术”相对于传统冶金工艺,具有成本低、能耗低、工艺流程简单、污染小等优点。目前完成了中试级试验,工艺投产后的生产过程可实现无人值守。同时,该方法已延伸用于线路板生产源头的龙门挂架脱铜,以及生产废水处理后污泥中铜的回收。

比如,结构件比如支架、框架、端板等通过材料改进来减轻重量;导热垫片这样的小零部件上,替换成导热胶;等等。

“挖矿”后的非金属材料也不可遗弃

对此,曹渡指出,“汽车轻量化现在仅仅停留在零部件减重低级的水平,这是不对的,太肤浅。”他认为,轻量化就是把最轻的材料以最少的成本用在最合适的地方。

试验生产线上,对废弃线路板的“挖矿”过程中,若仅注重回收其中的有价金属,而将回收金属后残留的废树脂粉弃之,就会成为二次污染物。

他表示,对于做目标设计的技术人员而言,由此定义出发才能明确轻量化的具体内容,这通常包括了材料轻量化、结构优化、工艺轻量化,而大部分人都只是注意到轻量化的这点。

王景伟教授介绍,废树脂粉中主要含有热固性的环氧树脂、玻璃纤维以及溴化阻燃剂和少量金属。比如溴化阻燃剂,焚烧时如果温度控制不当就易产生“世纪之毒”二恶英。因此,废树脂粉已被列入国家危险废物名录2016年版。但由于缺少相应的处理技术,大量废树脂粉成为“死垃圾”,业内估计仅沪宁一带每年产生这种废料达三五万吨。

但实际上,按照轻量化的定义是不够的。模块化设计也是轻量化的一种,是符合轻量化定义的。还有装配轻量化设计,比如激光拼焊,把不同密度钢度聚集后做轻量化设计,都属于轻量化。

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10bet十博官网,综合起来看,整车的轻量化是一发而动全身的正向设计,是各系统整体的减重而不是某个零部件的减重。

协同创新中心部分生产试验设备。

而当前,我国制定的轻量化技术路线仍然停滞在零部件轻量化技术路线的水平,并没有一个完整的轻量化技术路线来谈整车的轻量化。

针对环氧树脂的三维网状结构,以及包裹在这些网状结构中的玻璃纤维,研究团队通过自主开发的绿色化学技术进行回收,将网状结构的热固性环氧树脂分解,释放出玻璃纤维,同时回收环氧树脂,不产生二次污染。目前已申请相关发明专利5项,在电器生产企业进行试生产,实现了废树脂粉再生利用。

轻量化材料及市场空间

解放日报·上观新闻记者了解到,目前,从格力电器-湖南绿色再生资源有限公司,到四川长虹格润再生资源有限责任公司,再到中国再生资源开发有限公司等,一批产学研协同企业正在加紧产业化实践。

目前,应用于新能源汽车的轻量化材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等几种。

其中高强度钢在行业供应商方面,掌握第三代高强度钢技术的宝钢股份、抚顺特钢等钢企巨头将占据市场先机。我国是高强度钢应用最普遍的国家,车身使用比例接近50%,预计未来可高达60-65%。

铝合金,众所周知,铝代钢的结构设计优化可以实现二次减重,效果可直接减重50%-100%。随着汽车轻量化成趋势,近年来,车用铝合金项目多起来。

镁合金,镁密度小,甚至比铝轻 1/3,其比强度较铝合金高,导热性好;另外,镁合金具有尺寸稳定性好,易于回收等特点。预计在未来10年左右,镁应用在高端车上能突破100公斤/每辆,在普通车上面能够突破20公斤/每辆。目前各大汽车零部件制造商积极把握发展时机,纷纷投入到镁合金汽车压铸件的生产研发中来。

而在碳纤维方面,碳纤维力学性能优异,密度不到钢的1/4,抗拉强度却是钢的7-9倍。预计到2020年国内碳纤维的需求将25,000吨,年均增长速率约15.5%。国内目前的碳纤维供应商主要是中复神鹰、江苏恒神、威海拓展等。但产能都在5000吨级别以下,没有形成行业集中度,缺乏与国外巨头竞争的优势。

轻量化在我国需求充足,决定轻量化材料提升空间较大。但就现状来看,与国外企业相比,还存在不少差距。“我国材料品种、数量、性能与国外还有很大差距”,工业和信息化部原材料工业司副司长潘爱华指出。

汽车轻量化的拦路虎

即便存在这样的问题,新能源企业对此的探索一直在进行:

沃尔沃于2016年就宣布电动汽车、电池轻量化进入了实用化测试阶段;去年12月中旬,北汽新能源与世界的轻量化技术团队合资共建北汽新能源德累斯顿轻量化技术中心;

吉利集团则在铝合金、塑料运用和轻量化结构设计上已达到或接近欧美等汽车企业水平;奇瑞汽车也在大量应用轻量化材料和轻量化技术的结构优化,其车身骨架的四分之三材料皆应用了多种高强度钢;前途K50,采用了大量碳纤维、铝合金等轻量化材料。

长安汽车目前已经进入轻量化技术转化应用阶段,预计到2020年主力车型平均减重50kg;领途将推出的AOO级小型纯电动车业也大量使用了轻量化材料;等等。

越来越多的企业把“轻量化”纳入提升竞争力的考量,但是,这不意味着这条路就好走。

由于电池承重达数百公斤,新能源汽车需要针对车身的耐久性能做特殊设计;由于使用了额外的高压电,对其安全性要求更高、更苛刻,包括整车的密封、车身的结构、更苛刻的防水要求等。所有这些要求都对新能源汽车的轻量化开发提出了巨大的挑战。

潘爱华也认为我国在轻量化研究上除了轻量化材料品种、种类、性能与发达国家存在一定距离外,还有4个差距不容忽视:

1、国内汽车行业。特别是合资品牌有自成体系的供应商链,国产材料企业进入非常困难,导致国内材料企业明显滞后于汽车产业发展。

2、材料和加工成本控制难度大。碳纤维这样的复合材料,本身成本可能不是贵得多么离谱,但是由于加工效率低,导致了对汽车部件和汽车厂来说成本增加很大。

3、标准缺失。我国还没有完整的汽车塑料零部件技术和产品标准,包括技术方面的测试标准,还存在缺失。

4、国内汽车企业和材料企业的融合不够。

其中价格是汽车轻量化实现上的最大拦路虎。

比如,宝马i3的总重是1224kg,比亚迪E6的总重是2295kg,整整多出一吨。两者的差别是宝马车身采用碳纤维,车架采用铝合金,车身外覆盖件基本采用工程塑料。i3的电池组总重量是233kg,E6配备96组200AH电池,总重超过500kg。

再如常用的轻量化材料,铝合金制备工艺复杂,成本相对较高,较多使用铝合金的车型往往是中高档汽车;另外,使用更轻的配件来轻量化,如大单胎、空气悬挂等相比传统的要轻不少,不过价格高昂。

换一个角度看,高昂价格在让企业难企及的同时,对消费者也意味着,后期维修换件更难、成本更高。

即便价格是一道坎,但在新能源和轻量化浪潮的推动下,各类材料不断推陈出新,质优量轻的非金属取代传统金属显然将成为未来的一大趋势。

但值得一提的是,要实现真正轻量化,是需要企业有技术、资金等做后盾支持,是各个系统的整体减重;企业要避免走入为了实现“轻”而盲目追求“覆盖件的能薄就薄”、“零部件能轻就轻”的误区,不然得不偿失。

有专业人士提出,希望相关部门能在新能源企业的轻量化研究与探索上,出台相应的轻量化技术路线,帮助企业应对挑战。

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