淺析電子廢棄物的破碎與分級(jí)
0 前言
隨著信息時(shí)代的發(fā)展，大量被廢棄的電子電器設(shè)備將對(duì)環(huán)境造成新的污染。本文就利用機(jī)械分離技術(shù)從破碎環(huán)節(jié)入手，闡述了破碎對(duì)電子廢棄物中不同金屬及金屬與非金屬間的解離影響，然后分別分析破碎和分級(jí)對(duì)空氣搖床分選、高強(qiáng)度渦電流分選等材料富集方法的影響。
1 破碎對(duì)物料解離的影響
電子廢棄物的材料組成和結(jié)合方式都很復(fù)雜。其組成主要為兩大類：金屬和非金屬。金屬組分主要包括鐵磁體、有色金屬（如銅、鋁）、貴重金屬（如金、銀）及焊料金屬（如錫、鉛）等。非金屬組分主要是含特殊添加劑的熱固性物質(zhì)（如溴化環(huán)氧樹(shù)脂）、玻璃纖維等。
1.1破碎對(duì)金屬與非金屬解離的影響
盡管電子廢棄物組成復(fù)雜，但金屬和非金屬組分在力學(xué)性能方面差別很大。一般情況下，電子廢棄物中各種非金屬成分屬“脆性”材料。在一定的破碎強(qiáng)度下，不同材料的變形情況不同，脆性材料被破碎成粉末，金屬材料則形成多層球狀物，從而實(shí)現(xiàn)金屬和非金屬的解離。研究發(fā)現(xiàn)，印刷線路板一般破碎到0.6mm時(shí)，金屬顆；旧峡蛇_(dá)100%的解離。
1.2破碎對(duì)各種金屬顆粒解離的影響
電子廢棄物的破碎一般以剪切、沖擊作用為主，常用的破碎設(shè)備有錘碎機(jī)、切碎機(jī)等。錘碎機(jī)破碎程度的重要衡量指標(biāo)是錘子的轉(zhuǎn)速。錘碎機(jī)在處理電子廢棄物過(guò)程中，金屬顆粒的粒度隨錘碎機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而減小。但對(duì)于細(xì)粒徑＜0.5mm的物料進(jìn)一步研究表明，錘碎機(jī)的破碎能力是有限度的。
日本Jae-Chum LEE等人在利用形狀分離方法回收印刷線路板上的銅、錫和鉛的研究表明：銅與錫、鉛的破碎限度不同。試驗(yàn)結(jié)果如圖1，2所示。
 圖1不同的錘速對(duì)銅顆粒分布的影響 |
 圖2不同的錘速對(duì)錫鉛顆粒分布的影響 |
圖1中，隨著錘速的增加，＜500μm的銅顆粒不斷增加，但＜297μm的顆粒隨著錘速的增加并無(wú)明顯的變化，即＞500μm的銅顆粒能被磨碎的粒度范圍為297～500μm。
圖2中，當(dāng)錘速增加至43.6m/s時(shí)，＜500μm的焊料顆粒（主要成分是錫、鉛）的累計(jì)產(chǎn)率增加并趨于100%。同時(shí)，149～297μm的焊料顆粒也不斷增加。
以上分析表明，隨著轉(zhuǎn)速的增加，焊料顆粒度不斷減小，而銅顆粒的粒度不小于297μm，這樣即可實(shí)現(xiàn)不同金屬的解離。同時(shí)，利用傾斜振動(dòng)平板（IVP）對(duì)297μm和149～297μm的物料分別進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，大顆粒物料（主要以銅為主）比小顆粒物料（以焊料為主）更趨于球形。
2 物料粒度和形狀對(duì)空氣搖床分選的影響
空氣搖床分選技術(shù)過(guò)去用于選種和選礦行業(yè)，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于電子廢棄物的商業(yè)化回收。在空氣搖床分選過(guò)程中，顆粒在氣流作用下分層，下面的重物料受板的摩擦及振動(dòng)作用沿板作爬坡運(yùn)動(dòng)；輕顆粒則由于板的傾斜而向下漂移，從而實(shí)現(xiàn)物料的分離。
一般空氣搖床由流動(dòng)層、振動(dòng)層及風(fēng)力分級(jí)組成，分選原理復(fù)雜。人們對(duì)空氣搖床分選技術(shù)進(jìn)行大量的研究表明：①不同密度、相同粒度的顆粒，比粒群平均密度小的輕顆粒向上運(yùn)動(dòng)，重的向下運(yùn)動(dòng)；②不同粒度相同密度的顆粒，比粒群平均粒度小的顆粒向上運(yùn)動(dòng)，大的向卜運(yùn)動(dòng)；③不同粒度和密度的顆粒將無(wú)法有效地進(jìn)行分層和分離。這就對(duì)空氣搖床的入料提出了較高的要求，即必須保證入料顆粒的大小和形狀不能相差太大。因此，破碎后的物料必須仔細(xì)分級(jí)，對(duì)窄級(jí)別的物料進(jìn)行分選。
在張順利等人利用空氣搖床回收電子廢棄物金屬的研究中，樣品是PC和PCB廢品混合物（PC:PCB＝55%:45%）。采用破碎機(jī)（granulator）和形狀分離器（shape separator）對(duì)物料進(jìn)行預(yù)先破碎、分級(jí)處理，其流程如圖3所示。
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圖3空氣搖床分選預(yù)處理過(guò)程示意
電子廢棄物先經(jīng)拆解、破碎、分級(jí)篩分后，＜7mm的顆粒用于空氣搖床分選。試驗(yàn)已經(jīng)得到證明，＜3mm的金屬顆粒已達(dá)到很好的解離，利用破碎機(jī)將<7mm的顆粒碎至＜3mm。但此時(shí)顆粒的形狀仍保持非均一性，如一部分銅絲顆粒被拉長(zhǎng)，而樹(shù)脂和玻璃顆粒近似方形或球形。依據(jù)顆粒形狀的不同，利用形狀分離器再處理。形狀分離器是一種特制的雙層篩，上層篩篩孔形狀為長(zhǎng)條形，規(guī)格為1mm×10mm，下層篩篩孔形狀為直徑0.6mm圓孔。＜3mm的物料經(jīng)過(guò)處理后，分離器上層篩篩上物大部分為方形塑料顆粒，下層篩篩下物為粉狀玻璃，中間部分為含銅量較高且形狀相似的物料。為保證空氣搖床入料的粒度差別不大，對(duì)形狀分離器中間產(chǎn)物進(jìn)一步窄粒級(jí)分級(jí)，將入選物料限定在一個(gè)狹小的范圍內(nèi)，一般為0.6mm～1.0mm粒級(jí)，以保證空氣搖床的分選效率。
3 顆粒的粒度、形狀對(duì)渦電流分選的影響
3.1粒度的影響
渦電流分選（ECS）是在交變的電、磁場(chǎng)中利用作用在不同顆粒上的磁性偏轉(zhuǎn)力的差異對(duì)物料進(jìn)行分選的。磁性偏轉(zhuǎn)力除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度、顆粒導(dǎo)電率有關(guān)外，還與顆粒的維度、形狀有關(guān)。
過(guò)去渦電流分選機(jī)主要用于處理廢棄汽車、城市垃圾（MSW）。在這種情況下，鋁的平均解離度為50mm，但電子廢棄物中鋁的平均解離度要相對(duì)小得多。
目前研究開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)度渦電流分選機(jī)（HFECS），對(duì)于較小的顆粒也能進(jìn)行有效的分離回收鋁。通常，HFECS前設(shè)置預(yù)先篩分系統(tǒng)，將＜7mm的干擾顆粒除去，＞7mm的顆粒物用HFECS進(jìn)行分離處理。作用在小于2～3mm的細(xì)金屬顆粒上的磁性偏轉(zhuǎn)力過(guò)小而使運(yùn)動(dòng)軌跡趨于非金屬顆粒，所以小于2～3mm的顆粒無(wú)法用于HFECS進(jìn)行有效分選。
3.2形狀的影響
渦電流分選過(guò)程中，顆粒的形狀是重要的影響因素之一。由于顆粒的形狀不同，導(dǎo)致顆粒所處的有效磁場(chǎng)各異。顆粒的不規(guī)則形狀，不僅可削弱渦電流，還能使引起顆粒偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)周圍環(huán)境和磁場(chǎng)取向發(fā)生較大的變化，進(jìn)而影響顆粒的偏轉(zhuǎn)。對(duì)于給定體積不同形狀的導(dǎo)體，有效磁場(chǎng)強(qiáng)度（Be）遵循如下規(guī)律：Be（片狀導(dǎo)體顆粒）＞Be（球形導(dǎo)體顆粒）。偏轉(zhuǎn)角度D與Be2成正比，則D（片狀導(dǎo)體顆粒）＞D（球形導(dǎo)體顆粒）。試驗(yàn)證明，在ECS分選過(guò)程中，片狀或盤(pán)狀顆粒的偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)大于球形或不規(guī)則顆粒的偏轉(zhuǎn)。所以，電子廢棄物破碎過(guò)程中，要避免球形顆粒及不規(guī)則顆粒的產(chǎn)生，即避免物料過(guò)粉碎的產(chǎn)生。
4 結(jié)論
采用機(jī)械分離方法處理電子廢棄物過(guò)程中，破碎解離和分級(jí)人選對(duì)分選作業(yè)有很大的影響。為了提高產(chǎn)品的品位及回收率，應(yīng)根據(jù)不同的分選方法，采取適當(dāng)?shù)钠扑榻怆x及分級(jí)作業(yè)，以保證高效地處理電子廢棄物。同時(shí)，我們還需要開(kāi)發(fā)新的處理設(shè)備，尋找更有效的分離手段。
參考文獻(xiàn)略
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