（机械设计及理论专业论文）废旧矿灯回收处理系统及其工艺过程的研究.pdf

废旧矿灯回收处理系统及其工艺过程的研究 摘要 大量废旧矿灯产品的不当处理，会增加自然资源的消耗，恶化自然环境，因此，废旧 矿灯产品回收与再利用已引起人类高度的重视，多国政府和组织在此领域展开了较为 深入的研究。 就淮北地区而言，废旧矿灯拥有量大，目前还没有建立上规模、高效率的回收工厂， 因此，迫切需要建立高效的废旧矿灯回收处理系统。本文分析了国外废旧电子电器回 收处理体系及其成功经验，结合我国国情的实际，开展了对废旧矿灯回收系统及其处 理工艺流程的研究。论文的主要研究工作体现在以下几个方面： 介绍了废旧电子电器回收的意义和国内外的回收现状，分析我国废旧电子电器回收 领域存在的问题，提出废旧矿灯回收处理系统及其工艺过程研究的必要性。 ( 2 ) 为了高效的回收废旧矿灯产品，加强回收网络和回收体系的建设；分析体系建 立的各个功能单元，从理论上提出了回收体系建立的具体措施。 f 3 1 废旧矿灯回收处理技术的研究是本文的重点。首先，对产品采用不同的回收策 略进行分析，确定各类产品回收处理模块。然后分别进行研究，确定工艺技术及其处 理流程，规划回收工艺。 ( 4 ) 拆卸是研究废旧矿灯处理系统回收工艺的关键点，合理的拆卸是有效回收的前 提。本文遵从一定拆卸原则，生成拆卸序列，并在经济性指标基础对其拆卸路径进行 评价。 ( 5 ) 废旧矿灯回收过程中的破碎与分选等技术是废旧产品材料回收的关键技术，这也是 回收工艺决策的一个组成部分。本文分析这些关键技术的作用原理，在回收过程中的 使用及其相关设备的选取。 关键词：废旧矿灯，回收处理系统，工艺过程，拆卸技术，分选技术 2 0 nt h er e c y c l i n gs y s t e mo fw o r n - o u t m i n e r sl a m p sa n dt h et e c h n o l o # c a tp r o c e s s a b s t r a c t ： i m p r o p e rh a i l d h n go fal a r g en u m b e ro fw o r n - o u tm i n e r sl a m p s w i l li n c r e a s et h e c o n s u m p t i o no fn a t u t 蛆r e s o u r c e sa n dd e t e r i o r a t i o no ft h en a t u r a le n v i r o n m e n t , t h e r e f o r e ，l a m p r e c y c l i n g a n dr e u s e o f w a s t e p r o d u c t s h a sa t t r a c t e d t h e c l o s e a t t e n t i o n o f m a n k i n c l g o v e r n m e n t s a n d o r g a n i z a t i o n si nm a n yc o u n t r i e sh a v ed e v e l o p e ds t u d i e si nd e p t h i nh 蝴t h e r ea r eal a 警 q 啪d 巧o f w o r n - o u tm i l l e r sl a m p s ，b u tl a r g es c a l e d , h g h l ye f f i c i e n tr e c y c l i n gp l a n t sh a v en o ty e t b e e ne s t a b l i s h e d , t h e r e f o r ei ti s u r g e n tt oe s t a b l i s ha ne f f i c i e n ts y s t e mf o rr e c y c l i n gw o m o u t n l i n e r sl a m p s t h i sp a p e ra n a l y z e st h er e c y c l i n gs y s t e mo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n ti n t h ef o r e i g nc o u n t r i e sa n di t ss u c c e s s f u le x p e r i e n c e , t h e ni nl i g h to ft h ea c 砌c o n d i t i o n smc h i n a , t h e p a p e rs t u d i e s t h er e c y c l i n gs y s t e m o f w o r n - o u t m i n e r s l a m pa n d i t s t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s t h e m a i nr e s e a r c hi sb a s e do nt h ef o n o w i n gp a r t s ： ( 1 ) i n t r o d u c et h es i g n i f i c a n c eo ft h er e c y c l i n go fw o m o u te l e c t r o n i ca n de l e c t r i c a l a p p l i a n c e sa th o m ea n da b r o a d a n dt h ep r e s e n t s i t u a t i o n ，a n a l y z et h ee 五s 血gp r o b l e m si nt h ef i e l d o fr e c y c l i n gw o r n - o u te l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t si no u tc o u n t r y ，p o i n to u tt h en e c e s s i t y o f t h er e s e a r c h o n t h e r e c y c l i n g s y s t e m o f w o r n - o u t m i n e f s l a m p a n d i t s t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s ( 2 ) t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h el a m pr e c y c l i n ga n dt h eb u i l d i n go fr e c y c 崦n e t w o r k a n d s y s t e m , t h i sp a r ta n a l y z e st h ef u n c t i o n a lu n i ti nt h ee s t a b l i s h m e n to ft h es y s t e m , p u t sf o r w a r d t h ec o n c r e t em e a s u r e st oe s t a b l i s har e c y c l i n gs y s t e mi nt h e o r y ( 3 ) t h er e s e a r c ho nt h ew o r n o u tl a m pr e c y c l i n gt e c h n o l o g yi st h ef o c u so f t h i sp a p e r f i r s t , a n a l y z ed i f f e r e n tr e c y c l i n gs t r a t e g yo ft h ep r o d u c t s ，c h o o s ed i f f e r e n tp r o c e s s i n gm o d u l e s ，t h e n c o n d u c ts t u d i e st od e t e r m i n et h et e c h n o l o g ya n di t st r e a t m e n tp r o c e s s ，p l a nt h e r e c y d i _ , ：】g t e c h n o l o g y ( 4 ) d e m o f i t i o ni st h ek e yp o i n to ft h er e c y c l i n gt e c h n o l o g yo fw o i x l 一o u tm i n e r sl a m p s ，a r e a s o n a b l ed e m o f i t i o ni sap r e r e q u i s i t eo fe f f e c t i v er e c y c l i n g t h i sp a p e rw i l lc o m p l yw i t hc e r t a i n p r i n c i p l eo fd e m o l i t i o n ，g e n e r a t et h ed e m o l i t i o ns e q u e n c e ，a n de v a l u a t et h ed e m o l i t i o np a t ho n e c o n o m i ci n d i c a t o r s ( 5 ) b r o k e n a n ds e p a r a t i o n t e c h n o l o g y i s t h e k 叮i nr e c y c l i n g p r o c e s s o f w o r n - o u t p r o d u c t s ，a n d i sa l s oap a r to ft h ed e c i s i o n t h i sp a p e ra n a l y z e st h ep r i n c i p l e so ft h e s ek e yw c h n o l o g i e s t h ei l s e a n dt h es e l e c t i o no f e q u i p m e n ti nt h er e c y c l i n gp r o c e s s k e y w o r d s ：w o l x l - o u tm i n e r sl a m p ，r e c y c l i n gs y s t e m , t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，d e m o l i t i o n t e c h n o l o g y , s e p a r a t i o nt e c h n o l o g y 3 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图3 1 图3 2 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 - 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 10 图4 一l l 图5 1 图5 - 2 插图清单 废旧电子电器回收系统示意图l3 回收系统模型图1 4 回收处理公司的组织结构和运作的对象15 资金取向及分配图1 7 废旧矿灯回收工艺流程评价指标体系的构成1 9 a h p 法的流程图2 3 矿灯的实物图2 9 废旧矿灯回收预处理过程3 0 德国废旧电子产品回收工艺流程3 0 废旧塑料回收模型3 2 机械回收工艺路线3 3 低温冷冻破碎工艺流程3 6 废铅蓄电池生产工序3 7 c x 小型装置流程图4 3 电化学回收铅的流程图4 5 电线电缆的回收处理工艺流程5 0 材料回收工艺评价方法的框架体系结构5 4 矿灯产品拆卸规划的步骤5 7 p v c p e t 气泡上浮分离装置6 3 7 表l l 表卜2 表卜3 表1 4 表1 5 表卜6 表卜7 表3 一l 表3 2 表3 3 表3 - 4 表3 - 5 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 - 6 表4 7 表4 8 表4 9 表4 一l0 表4 一l l 表4 一l2 表5 一i 表格清单 废弃电子电器分类2 四种家用电器所含的主要组分及重量比( ) 2 台式计算机所含的主要物质及百分比3 电子产品中含有的有害物质3 部分有害物质对人体健康的危害4 德国废旧电器回收目标5 w e e e 回收和循环目标的计算公式6 家电回收过程中产生的大气污染因子2 l 大气影响的当量因子及其影响潜值的计算2 2 判断矩阵标度及其含义2 5 判断矩阵的平均随机一致性指标值2 6 废旧电子电器回收工艺评价指标综合重要度数值2 8 废旧塑料回收和再生利用方法的具体情况一览表3 2 聚合物的单体分解聚合工艺3 3 为其油化再生产物3 4 三种电池的组成物质3 6 废铅蓄电池含铅物相的典型组成3 9 分选后各类物品中所含其它成分的重量百分比( w t ) 4 0 某种废镍氢电池负极板的金属含量分析4 6 m l ni 系列中m l 为混合稀土中的金属含量4 6 m m n i 。系列中m m 为混合稀土中的金属含量46 常见锂离子电池中金属含量48 几种含钴精矿的化学组分( ) 4 8 项目污染源及污染因子分析5 2 常用的分选形式及其处理装置6 1 8 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，也不包含为获得金壁王些盔堂 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。 靴敝储辩。市、赵特醐门0 0 ”4 肌阳 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金蟹王些太宝 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。本人授权金胆王些太堂 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) 靴敝糍孙嚣艺剔磁氰膊输孙卟l 、艺猕 签字日期：2 0 0 7 年4 月1 6 日签字日期：2 0 0 7 年5 月8 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：淮北煤炭师范学院电话：0 5 6 1 3 8 0 3 1 3 1 ( 宅)3 8 0 2 3 1 4 ( 办) 通讯地址：淮北市东山路1 0 0 号淮北煤炭师范学院人事处邮编：2 3 5 0 0 0 致谢 本人在硕士研究生课程学习和撰写学位论文的过程中自始至终得到了我的导师 柯尊忠教授的悉心指导，无论从课程学习、论文选题，还是到指导收集资料、反复修 改论文，直至论文成稿，无不倾注了柯尊忠老师的心血，由衷感谢柯尊忠老师在学业 上的指导以及各方面所给予我的关心。我不仅从柯老师的言传身教中学到为人品质和 道德情操，还从柯老师广博的学识和严谨的治学作风中学到了诲人不倦的教育情怀以 及对教育事业的忠诚，这些必将使我受益终身，并激励克服困难，不断进取，勇往直 前。在此，谨向导师表示我崇高的敬意和衷心的感谢l 同时，真诚感谢机汽学院的全体老师，他们的教诲为本文的研究提供了理论基 础，并创造了良好的学习环境和学习机会；感谢我的同学、同事和家人，在我课程学 习和论文撰写的过程中，给予我的大力支持。 感谢给予过我帮助的所有人。 4 作者：邓小燕 一- - 0 0 七年四月 第一章绪论 1 1 研究课题提出的背景 电子信息技术在过去几十年里发生了突飞猛进的进步，给人类社会的生 产、生活方式带来了深刻的变革。特别是近2 0 年来，以电脑、手机等高科技信 息技术产品为代表的电子电器产品生产，不断追求技术变革，形成了一个以时 间控制为核心的全球化生产网络。快速的技术变革和价格下降使得这类电子产 品的使用寿命大大低于产品材料实际能够使用的年限，从面进一步加速了电子 废物的产生速度“1 。然而由于没有对废旧电子电器产品进行有效的回收处理， 不仅导致废弃电子电器总量逐渐增多，浪费大量的资源；而且自然资源的不断 减少，对环境造成恶劣影响，因此废旧电子电器的回收已引起世界各国政府、 企业界和专家学者的普遍关注。另外，重视人与自然的和谐发展，保护生态环境、 减少污染、合理利用可再生资源，也已经成为人们关注的焦点。建立相对完善的 废弃电子电器的回收体系，逐步提高废弃电子电器的回收率和资源化利用率是 目前亟待解决的问题，世界上许多国家对废旧电子电器的回收展开了深入的研 究，并形成了较为完整的回收处理体系。我国的电子电器回收体系目前尚处于 起步阶段，较为完善和规范的回收处理体系还没有建立。 根据国家发改委提供的资料显示，2 0 0 3 年我国电视机、洗衣机、电冰箱、 空调的产量为1 8 2 亿台，预计社会保有量9 亿台，报废量2 8 0 0 万台，并预 计以后每年按1 0 的比例增长。此外，目前我国大约有2 0 0 0 万台电脑、2 5 亿部手机进入家庭，而电脑、手机的更新速度远远快于其他家用电器，据估计 每年约有5 0 0 万台电脑、上千万部手机即将被淘汰，这些已经或者正在被专家 学者所重视。 另外，企业每年还有不计其数的小型电子电器产品，如：矿灯、电动工具 等到达使用寿命被废弃。这里就矿灯为例，矿灯是矿山井下工人必不可少的照 明工具，普通型矿灯用铅酸蓄电池由于价格低廉、性能稳定，长期以来一直为 矿山所采用，据统计，一个中型煤矿一年约矿灯报废量约为5 0 0 0 盏，一个中型 矿务局每年矿灯报废量约4 5 万盏。就淮北矿务集团总公司来说，有生产矿井 】4 对，在建矿2 对，筹建矿井4 对，员工9 万多人，资产1 8 9 亿，年生产能力 2 3 0 0 万吨，为一家大型矿务局，每年矿灯报废量在7 8 万盏左右。再加上皖 北矿物局以及私企煤矿等等，仅淮北地区每年的矿灯报废量在1 5 万盏以上。面 对淮北地区巨大的废旧矿灯市场，本文对废旧矿灯回收处理体系及其工艺流程 的进行初步探究。 1 2 废旧电子电器产品回收的意义 废弃电子电器产品( w a s t ee l e c t r o n i ca n de l e c t r i ce q u i p m e n t 简称w e e e ) 是指失去应有的使用价值的电子电器产品，包括生产过程中产生的不合格产品 及其零部件、边角余料；维修过程中产生的报废品及废弃零部件；消费者废弃 的产品、设备等；根据有关法律法规，均被视为废弃电子电器产品。电子电器 废物包含种类繁多，表卜1 列出常见的电子电器废物分类。1 。 表卜1 废弃电子电器分类 产品分类产品分组 举例 人型电器家用电器、其它洗衣机、洗碗机、热水器 含有屏幕的电器 电视机、显示器 小型电器计算机和电话、视听设备、计算机、传真机、复印机、 小型家用电器、其它小型电收音机、扩音器、录像机、 器真空吸尘器、咖啡壶 其它电器冷冻电器、日用电池、蓄电 池、荧光灯 这些废旧电子电器属于固体废弃物，体积大，根本不可能自行溶入大自然， 进入循环系统。同时，废旧电子电器中含有相当多的有色金属、黑色金属、塑 料、玻璃以及一些可以再利用的零部件等，有比较大的回收价值。 首先，回收可以使本来就已经减少的自然资源得到充分利用，具有较高的 经济效益。每吨随意收集的电子板卡中含有大约2 7 2 k g 塑料、1 3 0 k g 铜、0 4 5 k g 黄金、4 1 k g 铁、3 0 k g 铅、2 0 k g 锡、1 8 k g 镍、l o k g 锑。1 。w e e e 中含有多种贵重 金属( 金、银、钯等) 、稀有金属( 铌、钽等) 和大量的基本金属( 铜、铁、 铝等) “1 ，这些都是潜在的资源，并具有很高的经济效益。在电子电器回收整 个过程中，铜的回收最为有经济价值，由于铜材具有环保和节能等诸多特点， 并在电子电器工业的应用最为广泛、用量也最大，占所有铜消费量的5 0 以上。 然而铜材回收再利用的比率为1 0 0 ，我们当前正在使用的所有铜材料中，大 约4 0 来自回收再利用。此外，占家电产品3 0 一4 0 的塑料几乎能完全回收。 表1 - 2 列出常见的四种家用电器( 电视机、冰箱、空调和洗衣机) 中所含的主 要组分0 1 。表卜3 列出了重量为3 0 k g 台式计算机所含的各种组分”1 。 表1 - 2 四种家用电器所含的主要组分及重量比( ) 名称 电视机冰箱 空调洗衣机 比例 铝 23 7 3 铜 34 1 74 铁 1 05 0 5 55 3 塑料 2 34 0l l3 6 玻璃 5 7 其它 53 1 04 总计 l o o 1 0 01 0 01 0 0 2 表卜3台式计算机所含的主要物质及百分比 总量卣分比 名称 总量百分比( )重量( 磅)名称重量( 磅) ( ) 塑料 2 2 9 9 0 71 3 8 铕 0 0 0 0 2 0 1 铅6 2 9 83 8 钛 0 0 1 5 7 0 1 铝1 4 1 7 2 38 5钌0 0 0 1 6 o i 锗0 0 0 1 6 o 1钴0 0 1 5 7 o 1 镓o 0 0 1 3 0 i钯0 0 0 0 3 o 1 铁2 0 4 7 1 2i2 3 锰 o 0 3 1 5 0 1 锡1 0 0 7 80 6 银0 0 1 8 9 o 1 铜6 9 2 8 74 2锑0 0 0 9 4 0 i 钡 0 0 3 1 5 0 i铋0 0 0 6 3 o i 镶0 8 5 0 30 51铬0 0 0 6 3 0 i 锌2 2 0 1 61 32 镉0 0 0 9 4 0 i 钽o 0 1 5 7 o i硒0 0 0 1 6 0 0 0 0 9 6 铟0 o o l 6 o i铌o 0 0 0 2 0 1 钒0 0 0 0 2 o i 钇 0 0 0 0 2 0 i 铽o0 汞 0 0 0 2 2 0 1 镀o 0 1 5 7( o 1砷o o o l 3 q h , 7 1 b j ,( i j ) 历，= l 这类矩阵我们称之为正反矩阵。若对于任意i 、j 、k 均有易，以点。，称 该矩阵为一致性矩阵。值得注意的是，在实际问题求解时，构造的判断矩阵并 不一定具有一致性，常需要进行一致性检验。 其中，元素毋，具有如下实际意义：局，表示元素局和元素历相对于元素a 进行比较时，两元素相对于元素a 的隶属度，确定a 的数值。为了使任意两个 元素相对重要程度的模糊关系得到量化，可采用表3 3 所示的i - 5 标度给予数 量标度。 表3 - 3 判断矩阵标度及其含义 标度 重要性等级 历，t n li j 两元素同等重要1 2i 元素比j 元素稍重要3 3i 元素比j 元素明显重要5 4i 元素比j 元素强烈重要7 5 i 元素比j 元素极端重要 9 同样的方法得到：局，易，历及下一级判断矩阵，由判断矩阵首先进行单 排序计算，在各层次单排序计算的基础上进行各层次总排序计算。 = 13 3 1 311 1 3ll 1l 3l 3 1l ，3l ，3 3l1 311 3 2 3 判断矩阵的一致性检验 专家在判断指标重要性时，各判断之间是否协调一致，有没有相互矛盾的 结果。在多阶段的条件下极容易发生不一致现象，必须要进行一致性检验。显 然，当矩阵具有完全一致性时，且产 。= 1 1 ，其余特征根均为零：而当矩阵a 不具有完全一致性时，则有 ，： 刀，其余特征根 z ， 3 - oo ， 。，有如下关 系： 矗= 俨 。 f z 2 上述结论告诉我们，当判断矩阵不能保证具有完全一致性时，相应判断矩 阵的特征根也将发生变化，这样可以用判断矩阵特征根的变化来检验判断的一 致性程度。因此，在层次分析法中引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根 的负平均值，作为度量判断矩阵偏离一致性的指标，即用 c i ：k 二翌 n l 检查决策者判断思维的一致性。 显然，当判断矩阵具有完全一致性时，c i = o ，反之亦然。从而我们有： 盯= 0 ， 产 。= 刀，判断矩阵具有完全一致性。 另外，当矩阵a 具有满意一致性时， 。稍大于n ，其余特征根也接近于 零。不过这种说法不够严密，我们必须对于“满意一致性”给出一度量指标。 衡量不同阶判断矩阵是否具有满意的一致性，我们还需引入判断矩阵的平 均随机一致性指标盯值。对于l 一9 阶判断矩阵，盯的值分别列于表3 - 4 中。 3 4 判断矩阵的平均随机一致性指标值 在这里，对于l ，2 阶判断矩阵，肘只是形式上的，因为l ，2 阶判断矩阵 总是具有完全一致性。当阶数大于2 时，判断矩阵的一致性指标c i 与同阶平 均随机一致性指标盯之比称为随机一致性比率，记为侃 c r = 一c i o 1 0 脚 当时，即认为判断矩阵具有满意一致性，否则就需要调整判断矩阵，使之 具有满意的一致性。 3 2 4 层次单排序 计算出某层次因素相对于上一层次中某一因素的相对重要性，这种排序计 算称为层次单排序。即根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言本层次与之有 联系的元素重要性次序的权值。 层次单排序计算本质可归结为计算判断矩阵的最大特征根及其特征向量 的问题，其中特征向量所对应的值就是权值。计算矩阵最大特征根及其对应特 征向量可采用方根法，具体计算步骤： ( 1 ) 计算判断矩阵每一行元素的乘积肥 扔= 兀b “ = i ( 2 ) 计算版的n 次方根彬 可= 洱 ( 3 ) 对向量矿= 丽，瓦 7 彤。毒 则萨 丽瓦p 为所求的特征向量o 舞