（机械设计及理论专业论文）废旧印刷线路板颗粒的高压静电分选研究.pdfVIP

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席： 委员： 导师 司罐 庙，； 、 乡群 私专 合肥= f ：业火学教授 合肥i 桥有限责任公r 司教授级离工 r | 1 电三“l 所教授级高工 会肥工业大学剐教授 合肥工业大学鬲0 教授 合肥! i 【：业人学教授 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 金目巴王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：席爱虎签字日期：2 0 1 1 年乎月26 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆兰业太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金胆些太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：犀爱彪 签字日期：z ，f f 年十月z 6 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 日 本论文得到以下项目资助 “十一五 国家科技支撑计划项目“家电产品绿色回收处理关键技术研究 及示范 ( 2 0 0 6 b a f 0 2 a 1 7 ) 在此表示感谢! 废旧印刷线路板颗粒的高压静电分选研究 摘要 作为典型的电子垃圾，废旧印刷线路板同时具有环境危害性和资源性。本 文针对废旧印刷线路板颗粒的高压静电分选展开研究，以辊式高压静电分选机 为研究对象，系统地分析了整个分选过程。 对高压静电分选的进料系统进行了改进设计，提出了使用电磁振动给料机 的给料方式，建立了进料系统的物理模型和数学模型，确定了实现均匀送料的 条件。 建立了高压静电分选机的数学模型，利用c o m s o lm u l t i p h y s i c s 软件对辊式 高压静电分选机内部的电场强度进行了数值模拟，综合考虑了电势和表面电荷 强度对电场强度分布的影响，提出了改善电场强度的具体方法。 分别对金属颗粒和非金属颗粒的受力情况进行了分析，得到确保金属颗粒 顺利脱离接地圆辊表面和非金属颗粒可靠吸附在接地圆辊电极表面的条件。 从颗粒之间的受力情况入手，分析了废旧印刷线路板颗粒在高压静电分选 中产生团聚的机理。提出了“颗粒团聚极限半径 的概念，即待分选的颗粒半 径只有大于相应条件下的颗粒团聚极限半径时，颗粒才不会发生团聚现象。 通过上述理论分析，对辊式高压静电分选机的工作参数进行了优化，最后 进行了实际的分选操作。实际分选结果表明，经过参数优化的辊式高压静电分 选机，能够实现金属和非金属的有效分离。 关键词：印刷线路板；回收；高压静电分选；参数优化；c o m s o lm u l t i p h y s i c s a b s t r a c t t a t i cs e p a r a t i o nf o r s p a r t i c l e s a st y p i c a le l e c t r o n i cr u b b i s h ，t h ew a s t e dp r i n t e dc i r c u i tb o a r d sd oh a mt o e n v i r o n m e n ta n da r er e s o u r c e f u lt or e c y c l e t h i sp a p e rs t u d i e st h eh i g h v o l t a g e c o r o n ae l e c t r o s t a t i c s e p a r a t i o n f o rw a s t e d p r i n t e d c i r c u i t b o a r d s p a r t i c l e s 。 r e g a r d i n gt h er o l l t y p eh i g h v o l t a g ec o r o n ae l e c t r o s t a t i cs e p a r a t o ra ss t u d y i n g o b je c t ，t h ew h o l es e p a r a t i n gp r o c e s sh a sb e e na n a l y z e d t h ee l e c t r o m a g n e t i cv i b r a t i o nm o d ei su s e df o ri m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo f t h ef e e d i n gs y s t e mo ft h eh i g h - v o l t a g ec o r o n ae l e c t r o s t a t i cs e p a r a t o r t h ep h y s i c a l a n dm a t h e m a t i c a lm o d e l so ft h ef e e d i n gs y s t e ma r ee s t a b l i s h e da n dt h ec o n d i t i o n s a r ed e t e r m i n e dt h a te n s u r eh o m o g e n e o u sf e e d i n g t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h er o l l - t y p eh i g h - v o l t a g ec o r o n ae l e c t r o s t a t i c s e p a r a t o ri ss e t w i t ht h ea i do fc o m s o lm u l t i p h y s i c ss i m u l a t i n gs o f t w a r e ，t h ei n n e r e l e c t r i c f i e l di n t e n s i t yv a l u ei sc a l c u l a t e d i n t e g r a t i n gt h ei n f l u e n c e so fv o l t a g ea n d s u r f a c ec h a r g e ，t h ec o n c r e t em e t h o d sa r ep r e s e n t e dt or a i s et h ee l e c t r i c - f i e l d i n t e n s i t y t h r o u g hm e c h a n i c a la n a l y s i s f o rm e t a l l i ca n dn o n m e t a l l i c p a r t i c l e s ，t h e c o r r e s p o n d i n gm e a s u r e sa r eg i v e n t oe n s u r et h em e t a l l i c p a r t i c l e sl e a v et h e g r o u n d i n gr o l lw e l la n dt h en o n m e t a l l i cp a r t i c l e sa d h e r et ot h eg r o u n d i n gr o l l r e l i a b l y t h ef o r c e sb e t w e e np a r t i c l e sa r ea n a l y z e dt oe x p l a i nt h ec a u s eo ft h ew a s t e d p c b p a r t i c l e s c o a c e r v a t i n gi nh i g h v o l t a g ee l e c t r i cf i e l d t h ec o n c e p to f “e x t r e m e r a d i u so fp a r t i c l e s c o a c e r v a t i n g i si n t r o d u c e dw h i c hm e a n st h a tt h ep a r t i c l e sw i l l n o tc a u s ee o a c e r v a t i o ni fp a r t i c l er a d i u si sb i g g e rt h a nt h ee x t r e m er a d i u s t h r o u g ha b o v et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h ew o r k i n gp a r a m e t e r s o fr o l l - t y p e h i g h - v o l t a g e c o r o n ae l e c t r o s t a t i c s e p a r a t o r a r e o p t i m i z e d a n dt h e p r a c t i c a l s e p a r a t i n go p e r a t i o n h a sb e e nm a d e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r o l l t y p e h i g h - v o l t a g ec o r o n ae l e c t r o s t a t i cs e p a r a t o rc a ns e p a r a t et h em e t a l l i cp a r t i c l e sf r o m n o n m e t a l l i cp a r t i c l e se f f e c t i v e l ya f t e rp a r a m e t e r sb e i n go p t i m i z e d k e yw o r d s ：p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) ；r e c y c l e ；c o r o n ae l e c t r o s t a t i c s e p a r a t i o n ；p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n ；c o m s o lm u l t i p h y s i c s 致谢 三年光阴，转瞬即逝。回想当日入学报道场景，仍历历在目。承蒙导师刘 光复教授的点拨引导，才使本论文得以完成。刘老师对于科学研究一丝不苟， 对待学生热诚和蔼，给学生树立了做人的榜样，学生终生受用。 感谢研究所负责人刘志峰教授在硕士研究生阶段的指导，刘老师治学严 谨、待人热诚、工作勤勉，在研究生期间给予我很大的帮助和关心，学生受益 颇深。 感谢宋守许老师在平时的工作、学习及生活方面的指导与照顾，宋老师严 谨的科研态度也为学生树立了楷模。 特别感谢王玉琳老师，在硕士研究生阶段对我的悉心指导。在科学研究方 法的具体学习过程中，幸得王老师耳提面命，循循善诱，使我渐有所悟，收获 颇丰。王老师对本人大、小论文的撰写都提出了宝贵的建议和直接的指导，对 于王老师的辛勤教诲，在此表达学生最诚挚的谢意。 感谢黄海鸿老师、张雷老师对我学习和生活上的精心指导和帮助。 感谢李新宇、刘涛、高洋、胡迪、朱一、赵子文、阳斌、黄娇红、袁小鹤、 毕道坤、魏培、赵流现、王运、曾志敏等同学在学习和生活上的支持和帮助。 感谢我的父母在我读研期间给予的全力支持，让我可以顺利的完成学业。 感谢对本论文提供帮助的所有单位和个人，没有大家的帮助，我将很难完 成此文。愿你们健康、快乐! 作者：席寅虎 2 0 1 1 年4 月 日习 第一章绪论。1 1 1 课题研究的背景及意义1 1 1 1 废旧印刷线路板的危害性2 1 1 2 废旧印刷线路板的资源性2 1 2 废旧印刷线路板回收处理技术j 3 1 2 1 火法冶金回收处理技术3 1 2 2 湿法冶金回收处理技术3 1 2 3 机械处理法4 1 2 4 生物技术处理法5 1 3 高压静电分选技术回收处理废旧印刷线路板研究现状5 1 3 1 高压静电分选法分选破碎废旧印刷线路板工作原理5 1 3 2 国内外高压静电分选技术研究现状6 1 4 论文的主要工作及论文研究内容8 1 4 1 课题来源8 1 4 2 课题主要研究内容8 1 4 3 论文的结构安排9 第二章废旧印刷线路板颗粒的进料研究1 0 2 1 废旧印刷线路板颗粒的进料要求分析1 0 2 2 电磁振动给料机进料方式的确定1 1 2 2 1 电磁振动给料机的物理模型1 2 2 2 2 电磁振动给料机的力学模型1 2 2 2 3 物料运动状态的判定1 3 2 2 4 线路板颗粒高压静电分选给料参数要求1 6 2 3 本章小结1 7 第三章高压静电分选机内部电场数值模拟1 9 3 1c o m s o lm u l t i p h y s i c s 软件介绍1 9 3 1 1 电磁模块2 0 3 1 2p d e 模式模块2 0 3 1 3 耦合场的求解2 1 3 2 高压静电分选机数学模型的建立及模拟计算结果2 1 3 2 1 高压静电分选机数学模型建立2 1 3 2 2 高压静电分选机内部电场数值模拟计算结果2 2 3 3 不同参数条件下电场强度的模拟计算结果分析2 9 3 3 1 电势影响2 9 3 3 2 电晕电极与静电极结构影响3 0 3 2 电晕电极与x 轴夹角和静电极与x 轴夹角3 3 3 2 1 电晕电极角度不变、静电极顺时针转动影响3 3 3 2 2 电晕电极与静电极整体转动3 3 3 3 电晕电极、静电极和接地圆辊电极的距离影响3 4 3 4 接地圆辊半径3 5 3 5 本章小结3 6 第四章颗粒运动分析3 7 4 1 颗粒力学模型建立3 7 4 1 i 颗粒荷电情况分析3 7 4 1 2 颗粒受力情况分析3 8 4 2 分析与讨论3 9 4 3 接地圆辊模态分析4 1 4 3 1a n s y s 简介4 1 4 3 2 模态分析4 2 4 4 本章小结4 4 第五章废旧印刷线路板颗粒团聚现象的解释及避免4 5 5 1 废旧印刷线路板颗粒团聚现象产生的条件一4 5 5 2 团聚现象4 6 5 2 1 参数确定4 7 5 2 2 避免方法4 7 5 3 本章小结4 9 第六章高压静电分选实验。5 0 6 1 实验目的5 0 6 2 实验仪器和实验材料5 0 6 3 实验步骤5 0 6 。4 成分检测5 1 6 5 本章小结5 3 第七章总结与展望5 5 参考文献5 7 攻读硕士学位期间发表的学学术论文6 2 插图清单 图1 1日本n e c 公司开发的废旧印刷线路板回收处理工艺4 图1 2德国d a i m l e rb e n zu mr e s e a r c hc e n t e r 回收处理工艺4 图1 3线路板回收处理流程4 图1 - 4高压静电分离的原理图6 图1 5静电分选机中电晕电极的电场及空间电荷的分布计算模型6 图1 6电晕静电极系统7 图2 1高压静电分离机料斗式振动给料示意图1 l 图2 2直线料槽往复式电磁振动给料机的物理模型1 2 图2 3 给料机力学模型1 2 图2 4物料受力图1 4 图2 5位移速度- 办口速度随相位角变化图1 4 图2 6废旧印刷线路板颗粒正向滑移振幅极值1 7 图3 一l辊式高压静电分选机的几何模型2 3 图3 2电场强度分布图1 2 3 图3 3电场强度分布图2 2 4 图3 4电场强度分布图3 2 4 图3 5电场强度分布图4 2 5 图3 6电场强度分布图5 2 5 图3 7电场强度分布图6 2 6 图3 8电场强度分布图7 2 6 图3 - 9电场强度分布图8 一2 7 图3 1 0电场强度分布图9 2 7 图3 1 1电场强度分布图1 0 2 8 图3 1 2电场强度分布图1 1 2 8 图3 1 3电场强度分布图1 2 2 9 图3 1 4电场强度分布图1 3 2 9 图3 1 5电势影响接地圆辊电极表面的电场强度分布情况3 0 图3 16电晕电极大小影响接地圆辊表面电场强度分布情况3 1 图3 17有无静电极电晕电极表面电场强度分布3 2 图3 1 8静电极大小影响接地圆辊表面电场强度分布3 2 图3 1 9电晕电极与静电极之间角度影响接地圆辊表面电场强度分布3 3 图3 2 0电晕电极与静电极整体转动影响电场强度分布3 4 图3 2 l极距影响接地圆辊表面电场强度分布3 5 图3 2 2接地圆辊半径影响接地圆辊表面电场强度分布3 5 图4 1金属颗粒和非金属颗粒受力分析图3 8 图4 2颗粒粒径与有效分离所需电场极小值4 0 图4 3接地圆辊电极转速与电场值4 0 图4 4有限元法求解工程问题基本流程4 2 图4 5接地圆辊三维模型4 2 图4 6接地圆辊划分网格4 3 图5 1颗粒受力分类图4 5 图5 2液桥力对颗粒团聚极限半径影响4 8 图5 3颗粒间距大小对颗粒团聚极限半径影响4 8 图6 1高压静电分选样机5 1 图6 2金属富集体成分谱图5 3 图6 3非金属富集体成分谱图5 3 表格清单 表1 1电脑电路板的主要物质组成2 表3 1 c o m s o lm u l t i p h y s i c s 中常用的p d e 形式2 l 表4 1十阶固有频率4 3 表4 2轴各阶固有频率对应的临界转速4 3 表6 1实验仪器和实验材料一5 0 表6 2金属富集体检测结果5 2 表6 3非金属富集体检测结果5 2 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 近代以来，电子工业的发展日新月异，电子产品更新换代的速度不断加快， 由此产生了大量的电子垃圾。这些电子垃圾如果处理不当，将会对环境产生严 重影响。 电子设备是指使用电流或者电磁场工作的各种设备，电子垃圾是废弃不用 的电子设备的统称，它们包括各种废弃不用的电脑、家用电器、电子仪器仪表 以及通讯设备等，也叫做电子废弃物。电子垃圾的高增长已经引起各国政府的 重视。欧盟电子垃圾每年高达6 0 0 - 8 0 0 万吨，占城市垃圾的4 ，并以每5 年 1 6 - 2 8 的速度迅速增长，是城市垃圾增长速度的3 - 5 倍【l 】。据我国统计局资料 显示：早在2 0 0 5 年，我国电视机的社会保有量就已达到5 亿台、洗衣机为2 亿台、冰箱为1 5 亿台、手机为1 9 亿部，其中有相当一部分已经进入或即将 就要进入到报废阶段，其中电视机和洗衣机的年报废量已超过5 0 0 万台，冰箱 超过4 0 0 万台，手机更是超过了1 0 0 0 万部【2 ，3 】。而到2 0 1 1 年，仅以手机为例， 我国手机用户已经达到8 6 6 亿【4 1 ，其增长速度之快可见一斑。不仅如此，由于 国内环境保护意识的淡薄以及对环境保护的法律法规的缺失，使得发达国家将 其国内的大量电子垃圾轻而易举的输入我国【5 】。过去，由于国内对电子垃圾处 理的重视程度不够，对于电子垃圾的相关处理技术几乎仍处于起步阶段，现阶 段我国对电子垃圾的回收处理方面的研究较少，国内也没有安全高效的回收处 理设备和系统的回收处理工艺方法来对电子垃圾进行安全、合理的处理。如果 能够通过研究制定出系统的电子垃圾的回收处理设备和工艺方法，必然是一项 很有意义的工作。 印刷线路板( p c b ) 作为电子工业的基础，是各类电子产品中不可或缺的重 要零部件【6 1 。 由于应用线路板的场合千差万别，因此，线路板的种类也是多种多样的。 按照结构分可以分成单面、双面以及多层印刷板；按照基板材料分，可以分为 酚醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂等；按照元器件安装方式分为表面贴装式( s m t ) 和过孔插装式( t h d ) 。尽管线路板的种类有很多，但是线路板的成分基本上是 相同的。主要包括多种金属、难熔氧化物和塑料等【6 1 ，不过各种成分的含量比 例区别很大。 废旧印刷线路板的来源主要包括以下两方面：是印刷线路板生产过程中 产生的边角料和废料，二是废弃的电子电气产品中的废1 1 5 印刷线路板h j 。有文 献指出废旧印刷线路板在电子垃圾中的比例约占到3 【8 1 ，由于电子垃圾的基数 较大，因此废旧印刷线路板的总量也是不容忽视的。和许多其他种类的电子垃 圾一样，废旧印刷线路板也同时具有危害性和资源性。 1 1 1 废旧印刷线路板的危害性 印刷线路板与普通的垃圾的处理方式不同之处就在于印刷线路板含有大量 有毒有害物质，几乎包含r o h s 中所规定的所有有毒有害物质，如：铅、六价铬、 多溴联苯等，如果随意处置，会对环境造成极大危害。例如：许多焊料中都含 有的铅，它的无机化合物的动物实验表明其具有很强的致癌性，而且一旦进入 人体，就很难通过正常人体代谢排出【9 1 。六价铬可以作为金属的防腐蚀涂层来 使用，它为吸入性毒物，如果皮肤接触到，可能会引起过敏症状，还会导致遗 传性基因缺陷，具有致癌性，对环境危害持久，而且很容易被人体所吸收【l0 1 。 因此如果只对废旧印刷线路板做简单的焚烧或者填埋处理，这些有毒有害物质 会通过空气循环或者水循环进入土壤、水源和空气中，会对环境造成持久的、 严重的危害。 1 1 2 废旧印刷线路板的资源性 值得注意的是，废旧印刷线路板虽然具有很强的危害性，但和许多电子垃 圾一样，由于含有大量宝贵的资源，废旧印刷线路板也具有资源回收的价值。 不能正常工作的印刷线路板，大多数情况下只是某个或某部分的元器件出现故 障，而大多数元器件仍然是可以正常工作的。因此，可对线路板上的元器件进 行检测，若检测合格，则可以进入二手市场，继续使用。对于损坏的元器件和 基板，可做资源回收处理。本文重点讨论的是资源回收处理层次上的。 废旧印刷线路板中含有丰富的资源，如金、银、铂、铜、铝、锡、铅等金 属资源，并且含有丰富的非金属资源，如树脂等。 表卜1电脑电路板的主要物质组成 1 物质名称比例( )物质名称比例( )物质名称 比例( ) 塑料 4 9 7 7 9锑1 8 2 5钯o 0 2 l 铜 2 3 7 2 8 锌0 。7 4 7铍 0 0 1 5 铁 7 4 6 7 银0 0 8 3钻 0 0 1 4 溴化物 4 6 4 6金0 0 8 3铈0 0 0 8 铅4 4 8 0镉0 0 6 6铂0 0 0 6 锡 3 6 5 0 钽 0 0 3 2 镧 0 。0 0 5 镍3 3 1 9钼0 0 2 6 汞 0 0 0 2 从表1 - 1 可知，电脑的主板中含有超过2 0 的铜，自然界中的金精矿的含 量只有每吨7 0 克左右 1 1 1 ，而每吨废旧主板中的黄金含量已经超过了8 0 克。对 于树脂材料，已有相关研究将其作为塑料产品的填充剂使用，已经取得了很好 的经济效益【12 1 。 2 上述论述说明废旧印刷线路板同时具有资源性和环境危害性。因此，如果 能进行合理的处理，不仅会减少废旧印刷线路板对环境所造成的危害，同时还 能缓解日益严重的资源紧缺问题，实现“变废为宝”，这些特征使得废旧线路板 的资源化具有重要的经济回收价值和环境保护意义【l 引。早在2 0 0 4 年，国家发 展与改革委员会就组织实施了资源综合利用关键技术国家重大产业技术开发专 项活动，“印刷线路板回收利用与无害化处理技术属于“再生资源综合利用技 术”的重点开发内容之一【l4 | 。 1 2 废旧印刷线路板回收处理技术 当前国内外对废旧印刷线路板的回收处理方法主要可以分为两大类：热解 处理法和非热解处理法。其中热解处理法主要是指火法冶金：非热解处理法主 要有湿法冶金、机械处理法、生物技术处理法等【1 5 1 。 1 2 1 火法冶金回收处理技术 电子废料回收处理的各种技术中，火法冶金技术是应用最早的，它的主要 目的是用来回收金属资源。针对废旧印刷线路板而言，火法冶金技术是通过加 热、焚烧等方法将废旧印刷线路板中的非金属部分( 塑料部分) 去除，从而得 到金属富集体，再进一步利用。它的原理是利用高温将非金属部分通过焚烧的 方式去除，再对金属部分单独处理，以达到金属非金属分离的目的。 这种方法对贵金属的回收率高，工艺简单，具有很强的可操作性。但是由 于使用加热、焚烧等方法处理非金属成分，会产生大量炉渣，增加了固体废弃 物的排放，同时在回收处理过程中会产生大量的有毒有害气体，对操作人员的 身体健康以及环境都会造成重大损害。而且对于废旧印刷线路板来说，其中所 含的接近半数的塑料成分，都被焚烧浪费了。 1 2 2 湿法冶金回收处理技术 湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液中进行化学处 理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程【l6 1 。具体针对废旧 印刷线路板而言，湿法冶金就是利用王水、硝酸或者其他强酸将金属溶解，来 达到金属、非金属分离的目的，然后将溶液中的贵重金属进行富集处理，常用 方法包括离子交换法、沉淀法和溶剂萃取法等【l 7 1 。湿法冶金工艺流程简单，成 本低廉，有很好的经济效益。但是湿法冶金使用大量强酸等化学药剂，废水的 后续处理问题难以解决，容易对环境造成有害影响。 我国广东省贵屿的许多小作坊就是使用火法冶金和湿法冶金这两种方法来 处理电子垃圾，当地的环境已经造成了不可修复性的损害 18 , 1 9 。因此，若要在 不污染环境的前提下，对废旧印刷线路板展开资源回收，火法冶金和湿法冶金 都不适用。 1 2 3 机械处理法 国外发达国家对废旧印刷线路板的机械回收处理研究工作开展的较早，目 前技术已经很全面，日本、德国等欧盟国家在该方面的工作处于世界的前列。 这些国家已经开发出全套的处理工艺和设备，典型的代表有日本n e c 公司所开 发出来的废旧印刷线路板回收处理工艺( 图i - i ) 和德国d a i m l e rb e n z u m r e s e a r c hc e n t e r 开发的四段式废旧印刷线路板回收处理工艺( 图卜2 ) ，包括： 预破碎处理、液氮冷冻粉碎处理、分类、静电分选处理【2 。 图i - 1日本n e c 公司开发的废旧印刷线路板回收处理工艺 图i - 2 德国d a i m l e rb e n zu mr e s e a r c hc e n t e r 回收处理工艺 以上两种废旧印刷线路板回收处理方法都能够很好的实现无污染条件下的 废旧印刷线路板的回收处理，但是仔细分析，不难发现其回收处理成本过高， 日本n e c 公司的回收处理工艺需要使用液氮冷却，德国的回收处理工艺需要使 用微波加热技术，这些都会增加回收处理成本投入，不适合我国国情。 我国对于废旧印刷线路板的机械处理法的回收研究起步较晚，但近年来中 国内地和中国台湾也已经展开相关研究并进行工业化的应用1 2 川并获得了一些 成果。目前应用比较广泛的废旧印刷线路板的机械处理法一般包含有线路板预 处理、元器件去除、破碎、分选等主要工艺流程。 自一囹， 宙一一_ r j 回 u | 恒塑圈 图i - 3线路板回收处理流程 4 曰器 网 一 圆 日 ( 1 ) 预处理 对废旧印刷线路板进行成分分析，将有毒有害物质单独去除，单独处理。 将线路板上的不易整体破碎的部分去除，包括铁质螺钉、弹簧等，进行这一步 骤的目的是为了使后续元器件拆解方便。 ( 2 ) 元器件拆解 过去，由于没有专业的元器件拆解设备和工艺，再加上我国存在大量富余 劳动力，劳动力成本低廉，因此在我国对元器件的拆解工作往往通过手工完成。 近年来，国内外已经研发出十分成熟的元器件拆解设备【22 1 。拆解下来的元器件 通过专业检测设备【23 1 ，将可重新再次利用的元器件收集，以便重新利用；不可 再次使用的元器件可进入破碎工序，进行材料回收。 ( 3 ) 破碎 各种机械处理法都包括破碎步骤【1 1 】。这是由于在大多数实际生产中，不管 是金属还是非金属，都要求能达到一定的纯度，才能进行回收再利用。而线路 板基板由金属和非金属共同组成，当使用机械处理法回收处理时，为了实现金 属和非金属的分离，必须通过破碎进行解离处理。由于后续分选方式的不同， 破碎方式和破碎粒度的选择可以有所不同。 ( 4 ) 分选 分选是利用已破碎的废旧印刷线路板颗粒材料的密度、磁性、导电性能的 差异来实现分选【2 4 1 。利用密度差异的分选方法有液体浮选法【2 4 1 、风力浮选法等 【2 5 】；利用磁性区别进行分选的方法叫做磁选；利用导电性能差异实现分选的方 法包括涡电流分选法【2 6 1 、离心分选法f 2 7 1 、高压静电分选法等【2 引。 1 2 4 生物技术处理法 利用生物技术回收处理废旧印刷线路板的基本原理一般是使用含有细菌 浸出液，通过三价铁离子的氧化作用，使得包裹有贵金属的重金属氧化而溶解， 而使贵金属裸露的三价铁离子被还原为二价铁离子裸露的贵金属，通过湿法冶 金技术，将被还原的二价铁离子氧化成三价铁离子后重复循环使用【29 1 。该方法 操作方便，工艺简单，成本较低，但是目前生物技术回收处理废旧印刷线路板 时，所需浸泡时间较长且只可以对贵重金属进行提取。 1 3 高压静电分选技术回收处理废旧印刷线路板研究现状 1 3 1 高压静电分选法分选破碎废旧印刷线路板工作原理 高压静电分选法回收处理废旧印刷线路板，是利用破碎线路中的金属颗粒 和非金属颗粒的导电性能的差异。比较常用的高压静电分选设备为辊式高压静 电分选机( 图卜4 ) ，工作原理是：首先通过进料系统l 将物料均匀的输送到接 地圆辊电极2 的表面，电晕电极3 与接地圆辊电极2 之间产生强烈的电晕，对 物料进行荷电，由于金属物料导电性较好，与接地圆辊电极接触时，电荷迅速 失去，当受到高压静电极4 的吸引作用时，在电场力、重力和离心力的共同作 用下脱离接地圆辊电极，迸入金属产品区；非金属颗粒由于自身导电性能差， 放电速度较慢，与接地圆辊电极产生镜像力，并受到高压静电极4 的排斥力， 从而吸附在接地圆辊电极表面，转动到毛刷5 处时，被刷掉，进入非金属产品 区。在上述分离过程中，由于荷电效果不佳或者在运动过程中发生颗粒之间的 碰撞等原因，颗粒也有可能落入中间产品区。 1 5 图1 - 4高压静电分离的原理图 l 一进料系统2 一接地圆辊电极3 一电晕电极4 一静电极5 一毛刷 1 3 2 国内外高压静电分选技术研究现状 国外对于高压静电分选技术的研究起步较早，尤其是对高压静电分选技术 的原理方面的问题。包括高压静电本身的荷电机制【3 0 】和电晕电极起晕条件的研 究【”】。a 1 u g a 等人通过高压静电分选法从废旧电子垃圾中分选金属和非金属， 并研究了金属和非金属在辊式高压静电分选机中的电荷获取情况p 引。 d r a f r o i u 等使用双循环算法( 图1 - 5 ) 来对电晕( 离子化) 电极同静电( 非离子 化) 电极同时存在的情况的电场分布进行了研究【3 引，通过计算得出空间电荷对 电场的影响情况以及电晕电流随电压的变化趋势情况，最重要的是，指出在高 压静电分选机中引入静电极，可以显著增大电晕电极的作用效果。 输入数据 赢 1一 输出数据 图1 - 5静电分选机中电晕电极的电场及空间电荷的分布计算模型 6 另外，r m o r a r 等提出了采用电荷模拟法来进行空间电场的近似计算3 4 1 ， l m d u m it r a n 等采用图形投影法( 图i - 6 ) 讨论了电晕( 离子化) 电极同静电 ( 非离子化) 电极同时存在时的空间电荷密度分布情况以及接地电极的电场强 度分布情况【35 1 ，借此可以确定电场强度数值模拟的边界条件，为进一步进行高 压静电分选机中的不均匀电场的模拟计算做出了贡献。 拿膏子化电饭 苫。- 步膏鬻 i “4 一矗。l j d j jj j r ”一7 、 图卜6电晕一静电极系统 国内对高压静电分选机在废旧印刷线路板的机械处理法的应用研究较多。 温雪峰等人通过辊式高压静电分选机展开试验，重点研究经破碎处理后的 废旧印刷线路板中金属富集体的回收。其试验结果表明：废旧印刷线路板在有 效破碎后，通过高压静电分选，可以得到- 2 m m + o 5 m m 粒径级别的金属富集体产 物，金属铝和金属铜的回收率可以分别达到9 0 和9 5 【36 1 。 马俊伟等人对高压静电分选回收线路板适用的粒径范围进行了研究，通过 实验得出，金属主要集中在一2 0 + 12 0 目粒级范围内，且该粒级范围分选效果最 好【3 7 】。由于废旧印刷线路板中金属铜的含量较多，对废旧线路板中金属铜的回 收进行了单独研究，通过实验的结果表明，破碎产物粒度 0 9 m m 时，金属的单 体解离度较高，可以作为分选的原料。对电选过程中的物料进行动力学分析， 结果表明，对电选效果产生影响的主要因素为电极电压、电晕电极距、滚筒转 速及物料粒度。经正交化实验优化各项参数后，- 0 9 m m + o 0 7 4 m m 粒级的破碎产 物一次电选所得精料中铜的富集情况比较好，铜的品位由3 2 o 提高至! i j 6 3 6 ， 回收率可以达到7 8 7 引。 李佳等人对辊式高压静电分选工艺及设备做了较为深入和系统的研究，确 定了剪切式旋转破碎机和冲击式破碎机相结合的两级破碎方式对废旧线路板进 行破碎，并对高压静电分选机内的电场分布进行了模拟，并对金属颗粒运动轨 迹进行了模拟，提出了高压静电分选机的“临界转速模型”等概念，并进行了 高压静电分选机的参数优化工作【1 1 | 。 7 我国也有了一些制造高压静电分选机设备的公司。如浙江丰利粉碎设备有 限公司制造的f x s 废旧电子线路板回收处理设备、河南巩义市专利号为 z l 2 0 0 7 2 0 0 8 9 2 3 8 1 的废旧电子线路板回收处理设备对于破碎后的电子线路板中 金属的回收率均能达到9 5 以上【3 9 】。 从以上的研究情况可以发现，国内外对于废旧印刷线路板的高压静电分选 研究已经有了很丰富的成果，但是很多还是停留在实验室阶段，对于工业应用 来说，尚不成熟。一些实验结果缺乏理论的支持，不利于进一步的改进。目前 国内所出售的一些高压静电分选产品，仍存在着布料不均匀、分选效果不稳定 等缺陷。 1 4 论文的主要工作及论文研究内容 本文从生产实际的角度出发，对废旧印刷线路板的高压静电分选进行全面 具体的研究。将理论与实际相结合，运用理论知识优化高压静电分选机的参数 设计，通过实际操作中发现的问题来指导理论研究，以保证废旧印刷线路板颗 粒的高压静电分选效果。 1 4 1 课题来源 本论文的选题来源于“十一五”国家科技支撑计划“家电产品绿色回收处 理关键技术研究及示范 ( 项目编号：2 0 0 6 b a f 0 2 a 1 7 ) 。按照项目任务书的要求， 其中的一项子课题就是研制一套绿色环保、经济实用、适应范围宽，且又适合 我国国情的印刷电路板( p c b 板) 回收线，并进行生产示范。 本论文的选题就是针对破碎后的废旧印刷线路板的细小颗粒，这些颗粒中 既含有金属成分也含有非金属成分。要想将金属颗粒和非金属颗粒彻底分开， 方案之一就是采用高压静电分离技术。由于已破碎的废旧印刷线路板中金属颗 粒和非金属颗粒的导电性不同，使得它们在高压静电场中的受力情况有所差别， 导致运动轨迹不同，从而使金属颗粒和非金属颗粒产生分离，形成金属富集体 和非金属富集体，以实现再资源化。 1 4 2 课题主要研究内容 ( 1 ) 辊筒之上布料方式的改进设计 针对高压静电分选机的工作要求，最理想的布料方式是使物料均匀地、不 间断地分散在接地辊筒上，从而保证布料的均匀性和连续性，避免因布料不均 而导致分选效果变差。很少有文献对高压静电分选机的布料方式进行研究，现 有的布料方式基本都是将物料堆积在v 形漏斗内，通过振动电机带动v 形料斗 产生震动进行布料。这种布料方式在实际生产中很难保证加料的均匀性和连续 性。针对这一问题，本文将对高压静电分选机的加料方式进行改进设计。 ( 2 ) 高压静电分选机电场强度的模拟 已有文献对高压静电分选机电场强度进行了模拟【l ，但在模拟中忽略了电 晕电极表面电荷密度这一重要参数。本文将考虑电晕电极表面电荷密度对电场 强度的影响，重新建立数学模型，在不同参数条件下，通过