废旧电路板破碎动力学模型及风力——高压静电复合分选优化设计

摘要

本文在高压静电分选技术研究的基础上，针对静电分选处理废旧电路板过程中遇到的一些问题进行了研究，如过细非金属粉末、大量非金属粉、环境湿度等因素造成的静电分选效率低、分选过程不稳定等问题。首先，为了描述废旧电路板破碎后混合物料的粒度分布，建立了粒度分布模型和一级破碎动力学方程;为了降低非金属粉末等外部因素对静电分选过程稳定性和分选效率的不利影响，依据稳健性设计思想，进行了稳健性设计实验，建立了稳健性设计模型和信噪比函数，得出了外部因素存在情况下静电分选处理废旧电路板的工艺参数组合;为了从根本上解决大量非金属粉和过细非金属粉末对静电分选带来的不利影响，提出了风力-高压静电复合分选工艺，并对复合分选工艺的可行性和优越性进行了研究。
　　 废旧电路板经过破碎后才能进行后续处理，为进一步描述物料破碎后混合颗粒的分布规律，论文对废旧电路板破碎特性、破碎规律进行了研究，建立了颗粒破碎粒度分布模型，W=100-100exp(-c(t) xm(t)），模型中m越大，颗粒越均匀;c越小，颗粒越不均匀、粒级越多。针对不含任何电器元件的电路板，通过实验验证，颗粒破碎粒度分布R-R模型能精确地描述废旧电路板冲击破碎的分布规律;为研究废旧电路板破碎速度，建立了一级破碎动力学方程，R=R0exp（-ktn），k=0.3114x2-0.2074x+0.0433，n=-0.3052x2+0.1761x+1.781。通过实验验证，得出在废旧电路板颗粒冲击破碎R-R模型中，相同质量不同进料粒级电路板颗粒破碎时，c、m值随着进料粒级的减小而增大;相同进料粒级不同进料量的电路板颗粒破碎时，c值随着进料量的增加先减小后增加，而m值随着进料量的增加先增加后减小。这对废旧电路板冲击破碎过程控制、粒度分布规律掌握具有一定的指导意义，对优化静电分选处理工艺具有一定的应用价值。
　　 通过对废旧电路板破碎特性和规律的研究发现，金属和非金属颗粒在完全解离的前提下才能进行电选处理，而当金属和非金属颗粒完全解离时，破碎物料中总会产生大量的过细非金属粉末;同时环境湿度对静电分选也带来一定影响。为了降低过细非金属粉末、环境湿度等因素对静电分选造成的不利影响。本文依据稳健性设计思想，把影响电选处理效果的因素分为可控因素和噪声因素，建立了信噪比函数，Y=-101g(μ2+σ2)。通过稳健性设计实验和信噪比函数等高线和响应曲面得出，在过细非金属粉末、环境湿度的影响下，25kV、80rpm是电选处理的最佳参数组合。
　　 为了解决破碎物料中过细非金属粉末和大量非金属对静电分选过程造成的不利影响，本文提出风选作为静电分选预处理过程，设计了三级风选设备。通过理论推导与实验分析，研究了仅考虑单因素变化时，各影响因素对物料风选处理效果的影响规律，确定了各因素合适的取值范围，分别为蝶阀开口度数为30°-45°;Ⅰ级底部活动开口长度为2cm-3cm;Ⅰ级可调升气管高度为150mm-160mm;风机频率为40Hz-45Hz。
　　 为了研究风选中各影响因素之间的交互作用，利用因子设计及实验设计(DOE)数学模型分析响应曲面图，实现了对风选工艺影响因素的优化，建立了Ⅰ级风机底部出料金属纯度(Wz)、Ⅰ级风机非金属捕集率(Pn)及Ⅰ级风机金属捕集率(Pm)为响应值的二阶非线性数学模型:Wz=36.763+10.358α*+8.750L*+6.113α*L*，Pm=63.078-15.379α*-8.829L*-10.235α*L*，Pn=49.972-23.776α*-14.442L*-5.804α*L*，得到了满足不同生产要求的最优参数设置。并通过实验验证了α=45°，L=3cm，f=40Hz，S=150mm为风选工艺的最优化参数组合，此时蝶阀角度对应的蝶阀进气口风量为(Q0)为0.0131 m3/s，底部开口长度对应的底部入口风量(Q1)为0.0099m3/s。
　　 为提高废旧电路板的处理效果，建立了风力-高压静电复合分选工艺，分别针对不同颗粒尺寸混合物料、不同金属含量混合物料两种情况，传统单辊高压静电分选处理工艺和风力-高压静电复合分选系统工艺处理后的效果进行比较。得出风力-高压静电复合分选系统得到的金属回收率(Ef)可保持在90％以上，金属回收率提高率(G)最高可达70％，风力-高压静电复合分选系统得到的中间产物含量(MPf)小于4wt％。充分论证了风选作为高压静电分选预处理的可行性及优越性。在此论文研究结果的基础上，风力-高压静电复合分选工艺已在厂房建成，初步投入实际使用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 废旧电路板的环境污染及资源化利用

1．2．1 废旧电路板的环境污染及危害性

1．2．2 废旧电路板的可资源化利用

1．3 废旧电路板的处理技术

1．3．1 电路板的预处理技术

1．3．2 火法处理技术

1．3．3 湿法处理技术

1．3．4 机械物理处理技术

1．4 高压静电分选技术进展

1．4．1 高压静电分选工艺的原理

1．4．2 废旧电路板高压静电分选工艺的进展

1．4．3．高压静电分选处理电路板存在的问题

1．5 论文研究目标与内容

第二章 原料、设备和技术路线

2．1 原料

2．2 实验设备

2．2．1 物料破碎设备

2．2．2 风力分选设备

2．2．3 静电分选设备

2．2．4 辅助设备

2．3 技术路线和研究方法

第三章 物料冲击破碎动力学模型建立及实验研究

3．1 引言

3．2 破碎粒度分布及动力学模型

3．2．1 粒度分布模型

3．2．2 动力学模型

3．3 实验方法

3．3．1 物料和设备

3．4 实验结果分析

3．4．1 粒度分布实验结果

3．4．2 粒度分布模型的比较

3．4．3 R-R分布模型方程建立

3．4．4 一级破碎动力学方程建立

3．5 进料对破碎效果影响分析

3．5．1 进料粒径对破碎效果影响

3．5．2 不同进料量对破碎效果影响

3．6 本章小结

第四章 基于物料组成、环境湿度因素的稳健性设计模型及实验研究

4．1 引言

4．2 稳健性设计

4．2．1 稳健性设计模型

4．2．2 影响静电分选效果的因素

4．2．3 信噪比

4．2．4 实验设计方案

4．2．5 实验方法

4．2．6 结果与讨论

4．3 外部影响因素解决措施

4．4 本章小结

第五章 物料风力分选预处理流程的建立及工艺参数研究

5．1 引言

5．2 风力分选设备

5．2．1 风力分选的基本原理

5．2．2 风力分选设备性能模型

5．3 风力分选器的设计

5．4 风力分选设备影响因素研究

5．4．1 蝶阀角度的影响

5．4．2 Ⅰ级底部活动开口的影响

5．4．3 Ⅰ级可调升气管高度的影响

5．4．4 风机频率的影响

5．5 本章小结

第六章 风选系统影响因素的因子设计及优化

6．1 引言

6．2 实验设计

6．2．1 响应和因素

6．2．2 因子设计法

6．3 实验方法

6．4 因子设计和二阶非线性模型建立

6．4．1 响应曲面回归

6．5 实验验证

6．6 本章小结

第七章 物料特性对风力-静电复合分选系统的实验研究

7．1 引言

7．2 不同颗粒尺寸混合物料在风选中的特性研究

7．2．1 实验设计

7．2．2 实验结果与讨论

7．3 复合分选工艺处理不同尺寸混合物料的实验研究

7．3．1 实验设计

7．3．2 实验结果与讨论

7．4 不同金属含量混合物料在风选设备中的特性研究

7．4．1 实验设计

7．4．2 实验结果与讨论

7．5 复合分选工艺处理不同金属含量混合物料的实验研究

7．5．1 实验设计

7．5．2 实验结果与讨论

7．6 复合分选处理工艺及经济分析

7．7 本章小结

第八章 结论与展望

结论

展望

创新点

参考文献

研究成果

致谢