廢舊印刷電路板的破碎和高壓靜電分離研究.pdf

1、目前，我國的家電及電子產(chǎn)品已達到淘汰報廢的高峰期，報廢量每年達100多萬噸，而且國外又有大量的電子垃圾流向國內(nèi)。但國內(nèi)缺少無污染和全部資源化處理電子垃圾的技術和裝備，落后的處理方法造成嚴重的環(huán)境污染和大量的資源浪費。印刷電路板是電子工業(yè)的基礎，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，具有很高的回收價值。電路板是玻璃纖維強化樹脂和多種金屬的混合物，其中金屬和非金屬緊密結合，分離難，是電子垃圾中最復雜、最難處理的，處理時要求技

2、術含量高。目前國內(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選和水選進行金屬與非金屬的分離，存在效率低和二次污染等問題。因此，急需研究對廢舊印刷電路板無害化處理和資源化利用的技術與裝備。 本研究通過理論分析，自主研發(fā)破碎機與高壓靜電分選機并對廢舊印刷電路板進行無害化、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分布，并通過MATLAB編程模擬金屬顆粒的運動軌跡；由非金屬顆粒的動力學分析

3、得到電選機轉(zhuǎn)輥的臨界轉(zhuǎn)速模型；對電選機應用于分離混合金屬顆粒領域進行了探索；最終實現(xiàn)可工業(yè)應用的處理廢電路板的成套生產(chǎn)線，為廢舊印刷電路板無害化處理與資源化技術的開發(fā)提供理論依據(jù)，并為推動該技術走向工業(yè)應用奠定了基礎。 自行研制破碎機與高壓靜電分選機，確定剪切式旋轉(zhuǎn)破碎機和沖擊式旋轉(zhuǎn)破碎機相結合的兩級破碎方式對廢舊印刷電路板進行破碎，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)破碎機的工作轉(zhuǎn)速為1440rpm，轉(zhuǎn)子半徑為

4、0.25m，沖擊式破碎機工作轉(zhuǎn)速為2000rpm，轉(zhuǎn)子半徑為0.2m。高壓靜電分選機的供電系統(tǒng)最高電壓達30kV；電極結構為絲狀電暈極與柱狀靜電極相結合的復合電極結構；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(來自廢舊電器)物料破碎后顆粒尺寸在1.2mm以下達到完全解離，Type-B(來自電路板廠廢料)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強度分布，發(fā)現(xiàn)電場強度最大值位置偏向于靜電極方向。不同工藝參數(shù)下電場強度分布表明，加大電壓、采用復合電極結構、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)變化可以提高電場強度，改善分選效果。當電選機工藝參數(shù)為以下范圍時，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°。 建立了金屬顆粒運動軌跡模型。該模型適用于多組電選機工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，為提高高壓靜電分選機的金屬回收效率及擴展分選機的應用領域提供理論依據(jù)。應用模型對顆粒尺寸與受力關系的分析得到：小尺寸顆粒(r0＜0.1mm)受到外界因素影響更大，易出現(xiàn)特殊運動軌跡，破壞分選過程，在分選前應調(diào)整電選機的工藝參數(shù)，避免碰撞現(xiàn)象發(fā)生。 在非金屬顆粒的帶電過程與受力模型基礎上，建立高壓靜電分選機轉(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)寬度和電暈電場強度，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，以提高電暈電場強度及顆粒的荷電量；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)速可同時提高非金屬回收率與金屬純度，對高壓靜電分選機參數(shù)設置

8、具有重要的指導意義。 計算機模擬混合金屬顆粒的運動軌跡，拓展了高壓靜電分選機的應用領域。通過分析高壓靜電因素，機械因素，物料因素對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。 在對廢舊印刷電路板的破碎及高壓靜電分選的理論研究基礎上，設計制造了一套處理廢舊印刷電路