廢舊印刷電路板的破碎和高壓靜電分離研究.pdf

1、目前，我國(guó)的家電及電子產(chǎn)品已達(dá)到淘汰報(bào)廢的高峰期，報(bào)廢量每年達(dá)100多萬(wàn)噸，而且國(guó)外又有大量的電子垃圾流向國(guó)內(nèi)。但國(guó)內(nèi)缺少無(wú)污染和全部資源化處理電子垃圾的技術(shù)和裝備，落后的處理方法造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和大量的資源浪費(fèi)。印刷電路板是電子工業(yè)的基礎(chǔ)，其中部分貴金屬的含量是天然礦藏品位的幾十倍甚至幾百倍，具有很高的回收價(jià)值。電路板是玻璃纖維強(qiáng)化樹(shù)脂和多種金屬的混合物，其中金屬和非金屬緊密結(jié)合，分離難，是電子垃圾中最復(fù)雜、最難處理的，處理時(shí)要求技

2、術(shù)含量高。目前國(guó)內(nèi)處理廢舊印刷電路板主要采用破碎后利用密度差的氣流風(fēng)選和水選進(jìn)行金屬與非金屬的分離，存在效率低和二次污染等問(wèn)題。因此，急需研究對(duì)廢舊印刷電路板無(wú)害化處理和資源化利用的技術(shù)與裝備。 本研究通過(guò)理論分析，自主研發(fā)破碎機(jī)與高壓靜電分選機(jī)并對(duì)廢舊印刷電路板進(jìn)行無(wú)害化、資源化處理。首先研究電路板的破碎特性，利用MATLAB模擬分選空間的高壓靜電場(chǎng)分布，并通過(guò)MATLAB編程模擬金屬顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡；由非金屬顆粒的動(dòng)力學(xué)分析

3、得到電選機(jī)轉(zhuǎn)輥的臨界轉(zhuǎn)速模型；對(duì)電選機(jī)應(yīng)用于分離混合金屬顆粒領(lǐng)域進(jìn)行了探索；最終實(shí)現(xiàn)可工業(yè)應(yīng)用的處理廢電路板的成套生產(chǎn)線，為廢舊印刷電路板無(wú)害化處理與資源化技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)，并為推動(dòng)該技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 自行研制破碎機(jī)與高壓靜電分選機(jī)，確定剪切式旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)和沖擊式旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)相結(jié)合的兩級(jí)破碎方式對(duì)廢舊印刷電路板進(jìn)行破碎，使電路板中金屬成分和非金屬基板有效解離。剪切式旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為1440rpm，轉(zhuǎn)子半徑為

4、0.25m，沖擊式破碎機(jī)工作轉(zhuǎn)速為2000rpm，轉(zhuǎn)子半徑為0.2m。高壓靜電分選機(jī)的供電系統(tǒng)最高電壓達(dá)30kV；電極結(jié)構(gòu)為絲狀電暈極與柱狀靜電極相結(jié)合的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)；電極位置可調(diào)；接地轉(zhuǎn)輥表面鍍鉻處理，轉(zhuǎn)速可調(diào)(10rpm-1000rpm)。 Type-A(來(lái)自廢舊電器)物料破碎后顆粒尺寸在1.2mm以下達(dá)到完全解離，Type-B(來(lái)自電路板廠廢料)物料破碎后顆粒尺寸在0.6mm以下完全解離。破碎后電路板物料顆粒形狀以球狀和

5、片狀及多棱角狀為主。 MATLAB模擬高壓靜電分選空間電場(chǎng)強(qiáng)度分布，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度最大值位置偏向于靜電極方向。不同工藝參數(shù)下電場(chǎng)強(qiáng)度分布表明，加大電壓、采用復(fù)合電極結(jié)構(gòu)、減小電極與接地轉(zhuǎn)輥間的距離、增加靜電極半徑、減小靜電極角度、加大電暈電極角度等參數(shù)變化可以提高電場(chǎng)強(qiáng)度，改善分選效果。當(dāng)電選機(jī)工藝參數(shù)為以下范圍時(shí)，可以得到較好的分選效果：U=20kV-30kV,L=L1=L2=0.21m，R1=0.114m，R2=0.019m

6、，θ1=20°，θ2=60°。 建立了金屬顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡模型。該模型適用于多組電選機(jī)工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，為提高高壓靜電分選機(jī)的金屬回收效率及擴(kuò)展分選機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域提供理論依據(jù)。應(yīng)用模型對(duì)顆粒尺寸與受力關(guān)系的分析得到：小尺寸顆粒(r0＜0.1mm)受到外界因素影響更大，易出現(xiàn)特殊運(yùn)動(dòng)軌跡，破壞分選過(guò)程，在分選前應(yīng)調(diào)整電選機(jī)的工藝參數(shù)，避免碰撞現(xiàn)象發(fā)生。 在非金屬顆粒的帶電過(guò)程與受力模型基礎(chǔ)上，建立高壓靜電分選機(jī)轉(zhuǎn)輥的臨界轉(zhuǎn)

7、速模型，得到顆粒飽和荷電判定方程。同時(shí)提出了“臨界荷電轉(zhuǎn)速n*”、“臨界脫離轉(zhuǎn)速n”與“臨界轉(zhuǎn)速N”的概念。并得到提高臨界脫離轉(zhuǎn)速的方法：1)增加電暈極數(shù)量可增大電暈區(qū)寬度和電暈電場(chǎng)強(qiáng)度，從而提高臨界荷電轉(zhuǎn)速(n*)；2)避免火花放電的前提下，提高電壓并減小電極之間的距離，以提高電暈電場(chǎng)強(qiáng)度及顆粒的荷電量；3)改變轉(zhuǎn)輥的曲率和電暈極位置，以減少顆粒在轉(zhuǎn)輥表面的電荷損失。高脫離轉(zhuǎn)速可同時(shí)提高非金屬回收率與金屬純度，對(duì)高壓靜電分選機(jī)參數(shù)設(shè)置

8、具有重要的指導(dǎo)意義。 計(jì)算機(jī)模擬混合金屬顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，拓展了高壓靜電分選機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)分析高壓靜電因素，機(jī)械因素，物料因素對(duì)混合金屬顆粒分選的影響效果，得到一組優(yōu)化工藝參數(shù)用于分選銅鋁混合顆粒：U=30kV,R2=0.025m，a=30°，L=0.07m，H=0.28m，R1=0.125m，n=60rpm，r0=0.2mm。 在對(duì)廢舊印刷電路板的破碎及高壓靜電分選的理論研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造了一套處理廢舊印刷電路