废弃电路板湿法破碎与分选回收金属研究

第4期
贺靖峰，等 废弃电路板湿法破碎与分选回收金属研究
113
在破碎机体内装有若干锤头，锤头的链接孔径大于轴 的直径，在破碎过程中锤头呈甩动状态冲击废弃电路 板。废弃电路板由入料口进入破碎腔，锤头高速运动 冲击物料。电路板在冲击锤头的高速作用下获得能量 飞向破碎机腔体，速度较快的物料将受到腔体的二次 破碎作用而破裂。有部分电路板获得能量在破碎机腔 体中上升，与破碎机给料碰撞后下落，被冲击锤头再 次破碎，也有部分物料高速运动，相互碰撞进而破裂。 水流通过进水口进入破碎腔，破碎后产物被击打成矿 浆从筛板流出。
高温冶金也可用于回收有价金属，但易挥发的金属成 分会导致有价资源的浪费及气味、粉尘的污染[5]。因 此，提出和研究一种新型的废弃电路板金属回收工艺 是非常必要的。
1 废弃印刷电路板的湿法冲击破碎
1.1 破碎实验 实验用破碎设备为锤式破碎机，结构示意图见图 1。
收稿日期：2009-11-06；修回 2009－12－30 基金项目：国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金（50921002）；国家高技术研究发展计划“863”计划项目资助（2007AA05Z318）；国家自然 科学基金项目资助（50774084）；煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室开放基金项目（CPEUKF08-08，06-11）；中国矿业大学青年科研基金项 目（2007A021）；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（CX09S_006Z） 作者简介：贺靖峰（1984-），男，博士研究生，主要从事矿物加工工程及固体废弃物资源化处理方面的研究，（手机）13641547247（电子信箱）hejingfeng24@126. com.。
3.Key Laboratory of Coal Processing and High Efficient Cleaning & Utilization of Ministry of Education, Xuzhou 221008, China）
Abstract：To effectively crush discarded printed circuit boards (PCB), and solve the problem of secondary pollution of fugitive odor and dust during the crushing process, a wet impacting crusher was adopted to achieve comminution liberation of PCB in water medium. Size distribution of PCB particles was characterized as double peaks at the sizes of -1+0.5mm and -0.074mm. A double Rosin-Rammler function (DRR function) was proposed to describe the size distribution of PCB particles. Correlation coefficients of the fit curves were larger than 0.999, and the residuals were small. Using tapered diameter separation bed to process the -1mm size crushed material of waste PCB, with the discharge of water 5.5m3/h, feed-rate of the material 250g/min and with an obliquity 350, product with 93.92% in integration efficiency and 93.73% in recovery ratio of the metal were obtained by primary separation. An innovative process of wet impact crushing, classifying, tapered diameter separation recover metal from discarded PCB was developed. Key words：discarded printed circuit boards; wet impact crushing; tapered diameter separation bed; simulation
关键词：废弃印刷电路板； 湿法冲击破碎； 变径分选床； 模拟 中图分类号：X705 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.04.026 文章编号：1003-6504(2010)04-0112-05
Metal Recovery from Discarded Printed Circuit Board by Mechanical Processing of Wet Crushing and Separation
积产率进行非线性拟合，拟合的结果见表 2。拟合结果
的评价指标为相关性系数 R2 和残差 E。通常 R2 越接
近于 1，残差的值越小，说明回归平方和在总平方和
中所占的比重越大，即自变量对应变量的影响越大，
模型越有效。从表 2 的拟合结果可以看出相关性系
数 R2＞0.999 以上，且残差 E 值较小。这说明用 DRR
废弃印刷电路板的二次回收利用不仅有利于环 境保护，而且可以达到资源的二次循环利用。废弃电 路板的研究属于环境污染防治和资源循环利用的前 沿课题[1-2]。废弃电路板通常的回收技术有物理方法、 化学方法、生物方法以及各种方法的联合使用[3]。对于 废弃电路板的回收利用，湿法冶金回收金、银和有色金 属铜、锌等贵金属具有较高的品位和回收率，但浸出 物和废水的残留物很容易造成更严重的二次污染[4]。
47.37
100.00 38.23 20.52
-0.25+0.125 10.88
58.25
100.00 21.05 8.84
-0.125+0.074 5.54
63.79
100.00
-0.074
36.21
3.21
100.00 6.28 8.78
总计
100.00
-
- 26.51 100.00
从表 1 可以看出，96.79%的破碎产物分布在 2mm 以下，金属品位为 97.18%。先前的研究显示废弃电路 板插槽金属几乎被解离到 2~5mm 粒级。废弃电路板 基板的解离度，在<2mm 与 1mm 粒级时，分别为 68% 和 95%；在<0.5mm 粒级时，基板和集成电路板的解离 度可达 100%。将-1mm 粒级的破碎物料作为研究对 象，综合考虑解离度、分配率和简化工艺后，采用变径 水分选床从废弃电路板中回收金属。 1.2 废弃电路板湿法冲击破碎产品粒度分布模型
函数描述废弃电路板湿法破碎产品粒度分布，表现出
良好的收敛特性，且拟合误差较小。
表 2 DRR 分布函数的非线性拟合结果
Table 2 Non-line fit results of Double Rosin-Rammler distributing.
拟合参数
评价指标
b1
n1
b2
n2
β
E
R2
1.43688 1.64941 2.34419 0.42326 34.6951 0.18671 0.99994
粒级(mm)
产率
解离度 品位 分布率
重量比(%) 正累积产率(%) (%) (%) (%)
-2.2+2
3.21
3.21
66.00 22.75 2.82
-2+1
11.25
14.46
70.00 44.78 19.45
-1+0.5
19.01
33.47
95.00 53.96 39.61
-0.5+0.25
13.90
HE Jing-feng1，3, DUAN Chen-long1，3, HE Ya-qun1，3, ZHAO Yue-min1，3, ZHANG Hong-jian2
（1.School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 2.School of Environment and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116,China；
n1
n2
W = βe - b 1 x + ( 100 - β ) e - b 2 x
（1）
w
=
βn1b1x
n
1
Hale Waihona Puke -1e-
b
1
x
n1
+
(
100
-
β
)
n2b2x
n
2
-
1
e
-
b
2
x
n2
（2）
式中：b1，n1，b2，n2，β 为参数；W 为大于 x 粒级的
正累积产率；w 为各粒级的产率；x 为破碎产品粒度。
采用 Origin 7.0 软件自定义 DRR 函数对筛上累
摘 要：为了有效破碎废弃印刷电路板，解决冲击破碎过程中气味和粉尘的二次污染问题，采用以水为介质的湿法冲击式破碎机对废弃 电路板进行破碎实验研究。破碎后废弃电路板颗粒的粒度分布是以-1+0.5mm 和-0.074mm 粒度区间的双峰为特征的。根据电路板金属和非 金属选择性分布的特性，建立了电路板破碎产物粒度分布的双峰分布函数，应用 Origin7.0 软件对破碎产物的双峰分布函数进行非线性拟合， 相关系数 R2 均大于 0.999，且残差 E 值较小。采用变径水介质分选床对破碎至-1mm 粒级的废弃电路板物料进行了金属回收的实验研究，结 果表明，在水流量 5.5m3/h，给料速率 250g/min，倾斜度为 35°条件下，可获得 93.92%的综合效率和 93.73%的回收率。论文提出了废弃电路板 “湿法冲击破碎+分级+变径分选”回收金属的创新性工艺。
述废弃电路板湿法冲击破碎产物的粒度分布均会带
来一定误差。由于罗辛-拉姆勒分布适用于多种破碎
机、磨矿机和分级机。先前的研究者常采用该分布式
来描述废弃电路板破碎产物的粒度特性[7]。故依据电
路板破碎产物双峰分布的特征，提出了废弃电路板湿
法冲击破碎产品粒度分布的双罗辛-拉姆勒分布函
数，称为 DRR 分布函数。
第 33 卷 第 4 期 2010 年 4 月
Environmental Science & Technology
VoAl.p3r3第. 32N30o1卷.40
废弃电路板湿法破碎与分选回收金属研究
贺靖峰 1，3， 段晨龙 1，3， 何亚群 1，3， 赵跃民 1，3， 张洪建 2
（1.中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116； 2.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116； 3.煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，江苏 徐州 221008）
表 1 表明废弃电路板湿法冲击破碎产物的粒度 分布呈现双峰分布的特征。在 1~0.5mm 粒级和-0.074 mm 粒级，电路板的粒度分布出现了峰值。破碎研究 中最常用的 3 种粒度特性函数有盖茨-高登-舒兹曼
粒度特性函数，罗辛-拉姆勒粒度特性函数和对数正
态分布函数[6]。依据上述 3 种粒度分布函数的特点，描
当采用光滑锤头，在转速为 882r/min，水流量为
5m3/h，筛板孔径为 2.2mm 的条件下，废弃电路板破碎
产物的实验结果如表 1 所示。
表 1 废弃印刷电路板湿法冲击破碎产物的实验结果
Table 1 Test result of waste PCB by wet impact crushed productions
与废弃电路板干法破碎过程相比，湿法破碎具有 更高的破碎效率，低破碎比，二次污染小等优点。废弃 电路板颗粒料浆由泵打入变径水介质分选床，水可以 循环再利用，整个分选过程只能使用清水。
2 变径分选床系统
2.1 变径分选床的设计 基于计算流体力学和倾斜流分选理论，提出和设
计了变径水介质分选床这一新型的分选设备[8-9]。为了 观察分选过程，变径分选床采用有机玻璃作为制造材 料。各部分尺寸由处理量、待分选物料的密度、粒径及 水力条件等性质决定。经过计算，设计了顶部直径 200mm，底部直径 120mm，高 800mm 的实验室圆锥 状变径分选床体，如图 2 所示。为了改善流体的稳定 性和均匀性，设计了流体分布器，如图 3 所示。合适的 流体分布器在固液两相流分选中可以显著地改善水 力的分布、提高分选效率[10]。 2.2 变径体流场中流速的变化规律