电子元器件回收利用和管理平台
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摘要：针对我国电子类高校对电子元器件的使用管理以及回收利用状况，大量的电子元器件被乱丢。对电子元器件的资源化利用以及随意丢弃的危害性没有足够的认知。此外，基于学生经常会用到集成电路、电阻、电容等电子元器件。综合评述了电子元器件回收最新液体加热解锡技术进展和回收利用的价值。提出了对各大高校旧电路板资源化和无害化回收利用。并为了满足学生日常所需，建立了电子元器件的智能管理平台。
关键词：电子元器件;回收利用;智能管理
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）35-0256-02
1 平台建设目标
由于社会对电子类创新人才的需求日益增加，要求学生的动手实践能力不断地加强，高校的实践教学的实验越来越多。然而实验室所用日常耗材电子元器件多且杂，体积较小[2]，价格较低等因素的影响，往往导致学校不够重视，造成严重的浪费损坏，回收利用率低下。以及课程设计、毕业设计完成之后的电路板，大部分的元器件都是好的，这样的电子元器件完全可以回收利用，以達到资源的最大化利用，学生就不会随意丢弃。这些随意丢弃和浪费不仅浪费资源，还会造成金属污染给环境保护造成较大的压力。此外，将满足了在校大学生对于在学习、课程设计、毕业设计电子元件的需求。同时学生可以通过公网访问我们的器件库，直接在网上订购，随后我们便送货上门。改善学生网上购买周期长的不便捷。我们也提供线上一对一答疑，可快速解决学生在专业技术上的疑惑。图1给出了平台的方向及目标。
2 旧电路扳回收利用
电子元器件广泛应用于电子设备中，由于现在电子设备的更新换代速度快，大量的电子元器件造成了极大的浪费，所以对旧电路板回收有非常大的意义以及可观的利润。
电路板上的电子元器件性能不一致，种类繁多，组成的材料也差异大。通常有变压器、二极管、集成电路模块、电阻器、电容器，MOS管等电子元器件。所以在处理旧电路板时，要先将旧电路板的电子元器件拆卸下来单独处理，电子元器件通过焊锡与电路板连接在一起。所以回收电子元器件首先要将元器件和PCB板分离。然后回收有价值的电子元器件，对有价值的元件制定有针对性的回收方案，以及将有效的控制有害、有毒物质的无害化处理，这将最大限度地降低回收成本，获取可观的利润。所以笔者认为最优的回收流程如图2所示。
2.1器件解锡方式
2.1.1手工解锡
手工解锡是比较传统的解锡方式。学生平时基本都是通过电烙铁直接拆卸元器件，或借助热风枪将主控器的贴片元器件拆除。但由于只能将部分比较有价值的元器件拆除，而且极易导致拆卸下来的元器件不能二次利用。此外，这种方式效率极低，而且有害、有毒的电子元器件拆卸过程中稍有不慎将会引起环境污染，甚至对人体健康造成很大的威胁。这不符合利润最大化。
2.1.2化学解锡
化学解锡利用金属能在浓盐酸、硫酸、王水等强酸或强氧化性溶液中溶解的性质，使金属以离子态形式溶解在溶液，再使用电化学的方法从浸提液中回收金属，最后通过金属提炼得到较纯的金属，从而实现金属的回收利用。
中国环境科学研究所刘景洋等[1]研究了废电路板在不同浓度硝酸溶液中焊锡完全溶解的时间，以及Sn，Pb，Zn，Fe和Cu的溶解规律及循环利用浸提液的可行性。研究结果表明：废印制电路板最佳剥离硝酸浓度为2 mol/L左右，该条件下210min内废印制电路板上的焊锡完全溶解，元器件能够全部拆除;稀硝酸作为浸提液，可重复利用4次以上，各次循环对焊锡均具有较好的溶解效果。但是在循环利用过程中，Cu的反应速率不断增加，易造成Cu的流失。而且在这过程中，将会产生大量的废酸，处理废酸也需要大量的工序，处理不当将会造成环境的污染。这不符合电子元器件回收的初衷。
2.1.3加热解锡
加热解锡以不损坏的前提下，将元器件从电路板上拆除。拆卸电路板上元器件所用的加热方法有热风加热、红外线加热、液体加热和激光加热。宋守许等[4]利用TOPSIS法比较几种加热的方法，得出结论液体加热是最有的方法。其中清华大学的Zeng Xian lai等[5]研究了一种环保的拆解方法，透过水溶性离子液体加热，系统地研究了PCB板拆装过程中影响焊接接头开孔的因素、加热机理和优化参数。发现在45 r/min搅拌、250℃加热12 min后，电路板上约90%的电子元器件可拆除。这种新工艺为分离电子元件和回收锡焊料提供了大规模工业操作的可能性，并为PCB板的回收提供了一种更高效、更环保的工艺。这不仅极大的降低成本，而且对环境无二次污染。
2.2旧PCB板的结构和组成
旧PCB板的种类繁多，使用FR-4（玻纤布基）、CEM-1/3（玻纤和纸的复合基板）、FR-1（纸基覆铜板）、金属基覆铜板（主要是铝基，少数是铁基）是目前最常见的材料类型。按结构分，又分为单面板、双面板、多面板以及软印刷板等。由于电路板上有大量的金属，随意丢弃将会造成资源的浪费以及环境污染。因此，通过与负责回收的公司合作，将实现资源化利用。
2.3元件检测
元器件检测电路由单片机电路、液晶屏显示电路、矩阵按键电路组成。由于回收的有价值的芯片有可能会有损坏，所以要对芯片进行检测，然后对坏的元件进行专门的维修。
芯片测量的原理框图如图3所示。
3 智能管理平台
该智能管理平台由六部分组成，分别是数据服务器、远端PC机、管理员PC机、信息打印、主控系统和库存计数[6]。平台系统框图如图4所示。
数据服务器主要用来与记录库存的电子器件数量以及与主控系统通信，读取电子元器件的库存，如果元器件的库存不足服务器将向管理员PC机传递预警信息。此外远端PC机可以通过公网可以查询电子器件库的库存信息，可以直接订单，服务器并对订单信息进行打印。管理员PC机可与远端PC机相互通信，实现线上技术交流、资源共享。 主控系统主要是记录电子元器件出库和进库，计算电子元器件的库存，并将库存信息发送给数据服务器。
电子器件进库之前建立条形码标签，标签包含器件的名称、数量、标签的序列号。器件入库时，扫描条形码标签将信息录进入库信息库中。器件出库时，将出库条形码标签扫描进出库信息库中。这就实现了电子器件的自动增减。
条形码扫描的原理是扫描器利用光电器件将光信号转化为电信号，由于电信号的信号非常微弱，因此要将电信号进行放大，在通过整形电路将模拟的电信号转化为数字信号，以便给单片机采集信號。
4 结束语
我国加大对电子人才的培养。校园里的创客和电子爱好者也不断地增加。对电子元器件的需求日益增加。建立电子元器件智能管理满足了学生课程设计、毕业设计的电子元器件日常需求。以及使学生购买元器件更加的便捷。然而元器件的数量日益增加，导致元器件随意丢弃，造成资源的浪费以及幻境对污染。需将元器件的资源化利用和无毒无害化处理。且在回收中，要摒弃“先污染后治理”的想法。采用了无二次污染的，更加高效的方法回收元器件。同时在检测元器件好坏过程中，调动了同学的积极性，增强了对电子元器件的节约意识。
参考文献：
[1]刘景洋，段宁，杨海玉，等.硝酸浸提拆解废印制电路板元器件技术[J].环境科学研究，2010（10）：1291.
[2]Stobbe I，Griese H，Petter H，et al.Quality assured disassemblyof electronic components for reuse[C]//Conference Record ofthe 2002 IEEE International Symposium on Electrnic&the En-vironment.San Francisco，2002：299.
[3]易荣华，陈晓勇，沈玲珑，等.自动拆卸废弃电路板上电器元件装置研究[J].农业装备与车辆工程，2017（9）：46.
[4]宋守许，刘伟国，刘光复，等.基于TOPSIS法的电路板拆卸元器件加热方法评价[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2009，32（7）：950.
[5]Xianlai Zeng，Jinhui Li，Henghua Xie，et al.A novel dismantlingprocess of waste printed circuit boards using water-solubleionic liquid[J]. Chemosphere，2013（93）：1288-1294.
[6]杨振雷，毛福新，张洪彬.电子元器件管理系统设[J].电子世界，2018（1）：1003-0522.
【通联编辑：梁书】
收稿日期：2019-10-16
基金项目：本文系国家大学生创业训练“基于互联网的通信服务平台”（项目编号：201710595056）项目成果
作者简介：王柱颖，男，桂林电子科技大学本科生在读学生。
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