变径液固两相流分选床回收废弃线路板中金属的研究.pdf

第3 6 卷第1 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 6N o ．1 2 0 0 7 年1 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y J a n ．2 0 0 7 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 7 0 1 0 0 6 5 0 4 变径液固两相流分选床 回收废弃线路板中金属的研究 张洪建1 ，赵跃民2 ，张 华1 ，刘昆仑2 1 ．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 2 2 1 0 0 8 ；2 ．中国矿业大学化工学院，江苏徐州 2 2 1 0 0 8 摘要根据废弃线路板破碎解离物料中金属与非金属颗粒密度特性及运动特性的差异，研制了水 介质变径液固两相流分选装置及工艺，对0 ．5 ～0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～O ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 ， 0 ．0 7 4m m 这4 个粒级废弃线路板物料分粒级进行了金属的富集回收分选实验．结果表明前3 个粒级产品 的金属品位与回收率同时达到9 0 ％以上，G 0 ．0 7 4m m 物料的金属品位与回收率分别为6 5 ．5 1 ％ 及9 3 ．4 2 ％，工艺上实现了水介质的循环利用． 关键词分选；变径分选床；废弃线路板；金属富集体 中图分类号T D9 2 2 ．4文献标识码A S t u d yo fR e c o v e r yo fM e t a l sf r o mD i s c a r d e dP r i n t e d C i r c u i tB o a r d sU s i n gaL i q u i d S o l i dT w o P h a s e F l o wV a r i e dD i a m e t e rF l u i d i z e dB e d Z H A N GH o n g ji a n l ，Z H A OY u e m i n 2 ，Z H A N GH u a l ，L I UK u n l u n 2 1 ．S c h o o lo fE n v i r o n m e n tS c i e n c ea n dS p a t i a lI n f o r m a t i c s ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ， X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a ；2 ．S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y ， C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a ； A b s t r a c t A ne x p e r i m e n t a la p p a r a t u sa n dp r o c e s so fal i q u i d s o l i dt w o p h a s ef l o wv a r i e dd i a m e t e r f l u i d i z e db e dw e r ed e v e l o p e db a s e do nd e n s i t yd i f f e r e n c e so fs e p a r a t e dd i s c a r d e dp r i n t e dc i r c u i t b o a r d s P C B s a m o n gw h i c hm e t a l sa n dn o n m e t a l sa r el i b e r a t e dc o m p l e t e l y ．S e p a r a t e dm a t e r i a l sw e r ed i v i d e di n t of o u rs i z ef r a c t i o n so f0 ．5 ～0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4a n d 0 ．0 7 4m m ．E x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a t ，f o r0 ．5 ～0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 P C B s ，t h eg r a d ea n dr e c o v e r yo fm e t a l sa r eh i g h e rt h a n9 0 ％，a n df o rG 0 ．0 7 4 m mP C B s ，a r e 6 5 ．5 1 ％a n d9 3 ．4 2 ％，r e s p e c t i v e l y ．T h er e c i r c u l a t e dw a t e rm e d i u mw a su s e di nt h ep r o c e s s ． K e yw o r d s s e p a r a t i o n ；v a r i e dd i a m e t e rf l u i d i z e db e d ；d i s c a r d e dp r i n t e dc i r c u i tb o a r d s P C B s ； m e t aIc O n c e n t r a t e 印刷线路板 P C B 的大量淘汰和废弃是随着 社会信息化的进程出现的，电子工业的飞速发展与 电子产品的普及性应用阻3 3 带来了这一环境保护和 资源回收的课题．由于其物料组成和结合方式的复 杂性跚，它成为电子废弃物资源化研究范围内的一 大难点． 从废弃线路板中回收金属的方法众多，根据其 中成份有无化学变化过程可分为2 大类化学方法 收稿日期2 0 0 6 0 3 1 0 基金项目国家自然科学基金项目 5 0 5 7 4 0 9 4 ；教育部科学技术研究重大项目 3 0 6 0 0 8 作者简介张洪建 1 9 7 0 一 ，男，江苏省丰县人，博士研究生，从事固体废弃物的资源化方面的研究 E m a i l z z z y y j h o t m a i l ．c o m T e l 1 3 3 5 7 9 5 1 2 1 2 万方数据 中国矿业大学学报第3 6 卷 和物理方法．化学方法包括焚化、热解、酸洗、溶蚀、 生物浸出及电化学技术等，其优点是设备投资较 小，可以得到高品位及高回收率的目标产品．缺点 是容易引起更为严重的二次污染邸。7 ] ，不能回收几 种目标金属外的其它金属及非金属成份，多数方法 还对物料中目标金属的存在状态有较高要求．物理 方法从分选的环节来说有磁电技术、筛分、形状分 选、气力或水力的摇床、旋流器等方法，其优点是对 环境污染小，可以兼顾金属及非金属成份的回收， 易于操作等．主要缺点则是只能得到金属的富集 体，需要进一步的冶炼或化学方法来提纯．近年来， 由于对环境保护的重视及电子产品中贵金属的使 用减少等原因，物理方法在废弃线路板资源化研究 中占据主导地位∞j ． 本研究提出一种利用新型分选装置、以水为介 质从废弃线路板中富集金属的分离方法，它除具有 一般物理方法的优点外，还实现了介质的循环利 用，避免环境遭受水污染． 1 物料的破碎与分级要求 1 ．1 物料的破碎要求取决于金属的解离程度 物料的破碎是以分选为目的的，只有达到较高 的金属解离度才具有分选意义．对线路板破碎解离 的研究众多[ 9 。⋯，有学者提出破碎粒度0 ．6m m 时 金属基本达到1 0 0 ％的解离，也有的认为粒度 0 ． 5m m 时基板上的铜才可以实现完全的解离．金属 解离程度不但影响分选结果的优劣，还决定了在最 终金属冶炼提纯时环境二次污染物的产生程度，因 为如果燃烧的话，线路板中的非金属会产生大量的 有毒有害气体[ 1 1 I ，其中所含的卤族元素阻燃剂会 产生致癌的二苯二嗯瑛和二苯呋喃[ 1 2 I ． 综上所述，考虑到分选结果及后续处理，以富 集金属为目的线路板资源化方法对物料的破碎粒 度要求应该 o ．5m m ． 1 ．2 实验材料与破碎方法的选择 实验用废弃线路板购于江苏狳州电脑市场，属 F R 一4 型环氧玻纤布覆铜板． 选择二级破碎方法，首先用剪切式破碎机进行 粗碎，然后用冲击式破碎粉碎至0 ．5m n l 以下．剪 切破碎机是由中国矿业大学与北京柯林科矿业技 术研究所合作开发的S R C 3 0 0 型破碎机．适用于废 弃印刷电路板的粗碎．人料粒度为3 0 0m m 2 0 0 m m 1 0m m ；产品粒度为2 0m m 2 0m m 1 0 m m ；转速无级可调． 冲击式破碎机是由武汉冶金设备厂生产．经改 造后用于废弃电路板的细碎．入料粒度为3 0m m 3 01 T I m 3 0t r i m ；筛网大小为1 0 ，5 ，3 ，2 ，1 ，0 ．5 m m ；转速o ～2 6 0 0r ／m i n 无级可调． 1 ．3 物料的分级 密度分选受物料粒度的影响较大，为便于研 究，对破碎后的物料进行了分级．本实验分为0 ．5 ～ 0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 ， 0 ．0 7 4m m4 个粒级，粒度分布及金属品位如表1 ． 表1分级后物料的粒度分布及金属品位 T a b l e1S i z ed i s t r i b u t i o na n dm e t a lg r a d eo fs e p a r a t e dm a t e r i a l 粒级／m m 产率／％金属品 重量筛上累积筛下累积 位／％ 分布 率／％ 4 6 ．5 9 3 2 ．3 4 1 6 ．6 8 4 ．3 9 0 ．5 ～0 ．2 5 0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 d 0 ．0 7 4 4 3 ．6 9 2 7 ．5 9 1 2 ．6 4 1 6 ．0 8 1 0 0 ．0 0 5 6 ．3 1 2 8 ．7 2 1 6 ．0 8 2 实验装置与工艺流程 2 ．1分选原理 当介质流动方向与颗粒受重力作用的方向成 一定夹角时，不同性质的颗粒在特定流场中会有不 同的运动轨迹，这种运动轨迹的差异给不同物料的 分选提供了可能．在图1 所示的流场中，颗粒的运 动速度和方向取决于颗粒在静止介质中的沉降末 速及介质的流动速度，其运动轨迹主要由上述因素 决定．对于沉降速度大的颗粒，沉降下来的时间相 对较短，随介质流动的距离也就较小，如轨迹盘；沉 降速度小的颗粒，随介质流动的距离较大，如轨迹 b ；当这一距离大于设备边界长度时，颗粒会随介质 一同离开，如轨迹c ，从而达到分选的目的． ／◆ 介≥≯／， 幽1分选原理不意图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fs e p a r a t i o np r o c e s s 2 ．2 工艺流程 实验工艺如图2 所示，所用核心分选设备是根 据两相流分选的原理针对线路板破碎后多密度成 份物料作出的独特设计．变径使得湍流和层流可以 共存于一体，湍流加大了物料与水的混合程度，有 利于物料中不同成份颗粒间的脱离；层流提供了一 个有序的沉降环境，通过参数的控制，保障金属与 非金属颗粒间由于运动特性的差异可以得到最有 万方数据 第1 期张洪建等变径液固两相流分选床回收废弃线路板中金属的研究 6 7 效的分离． 图2从废弃线路板破碎物料中富集金属的实验工艺 F i g ．2 T h ef l o w s h e e to fr e c o v e r yo fm e t a lf r o mP C B s 2 ．3 介质水的循环利用设计 以水力分选线路板破碎物料中金属的研究应 当尤其注意水的环境污染，针对这一问题，实验在 研究了易弥散于水中微细非金属物料沉降特性的 基础上，设计了合理的介质水循环系统，实现了零 排放、无环境水污染的环保目的． 3 实验结果与分析 采用荷兰P A N a l y t i c a l 公司出品的V e n u s 2 0 0 。眦。X 一荧光光谱仪对各粒级金属富集体进 行成份分析，分析软件为I Q 十智能无标样近似定 量软件． 通过调节分选装置的操作参数，根据各粒级物 料的密度特性，在一定的介质流量、倾角、及给料速 度的组合下，得到线路板破碎物料的水介质两相流 分选实验结果如表2 ．各粒级金属富集体产品的X 一 荧光检测图谱如图3 ． 表2 分选实验结果 T a b l e2 S e p a r a t i o nr e s u l t s 言 } 邑 ＼ 型 螭 韶 罂 口 1 0 0 争 邑 ＼ 越 震 ．；晕 霉2 5 O 4 0 6 08 0 1 0 0 2 口／ 。 宙 争 邑 ＼ 魁 疆 韶 靶 口 导 邑 ＼ 越 骥 翟 罂 2 0 4 0 6 08 0 1 0 02 04 06 08 01 0 0 20 ／ 。 20 ／ 。 图30 ．5 ～o ．2 5 ，0 ．2 5 ～o ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 及d 0 ．0 7 4m m 粒级金属富集体x - 荧光检测图谱 F i g ．3 T h ef l u o r o s c o p es p e c t r u mo fag r a p ho f0 ．5 ～0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～O ．0 7 4 ，a n dd O ．0 7 4m mm e t a l s ∞ 筋 ∞ 筋 o 4 2 1 弘 M 4 O 万方数据 6 8中国矿业大学学报第3 6 卷 由表2 看出，在一定的操作参数下，利用液固 两相流变径分选床回收废弃线路板中金属的效果 是明显的，0 ．5 ～0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 m i l l3 个粒级的物料通过处理，其金属富集体产品 的品位及回收率都大于9 0 ％，即使是对 0 ．0 7 4 m m 级的物料金属品位也大于6 0 ％，同时回收率 也大于9 0 ％；产品中还表现出较好的金属铜富集 效果，其中0 ．5 ～o ．2 5 ，0 ．2 5 ～o ．1 2 5m l T l 这2 个粒 级的产品中分别达到了7 8 ．6 8 ％和7 1 ．1 9 ％，与分 选前试样相比，0 ．1 2 5 ～0 ．0 7 4 ， 0 ．0 7 4m l T l 级物 料产品铜的富集分别提高了5 ．7 2 及1 5 ．4 8 倍；回 收率均大于9 0 ％．在分选过程中，物料特别是细粒 级的物料，会有少量的粉尘细末透出过滤筛网进入 水介质中，这部分物料金属含量极少，在经由缓冲 水池时得到了有效去除． 4 结论 1 当线路板破碎至小于0 ．5m m 时，金属与 非金属得以充分解离，利用变径液固两相流分选工 艺可以使这一物料实现较好的富集分离． 2 对于0 ．5 ～0 ．2 5 ，0 ．2 5 ～0 ．1 2 5 ，0 ．1 2 5 ～ 0 ．0 7 4i - t i m 粒级的物料，分选后的产品金属品位与 回收率同时达到9 0 ％以上； 0 ．0 7 4m l T l 微细粒级 的物料产品金属品位与回收率分别达到6 5 ．5 1 ％ 及9 3 ．4 2 ％． 3 各粒级产品中金属铜得到有效富集，特别 是在0 ．5 ～o ．2 5 ，0 ．2 5 t 0 ．1 2 5m m 粒级的产品中， 品位分别达到7 8 ．6 8 ％及7 1 ．1 9 ％． 参考文献 [ 5 ] [ 6 1 [ 7 1 [ 8 ] [ 9 3 [ 1 0 3 [ 1 1 ] [ 1 ] A R E N S M A NR ．R e a d yf o rr e c y c l i n g [ J ] ．E l e c t r o n i c B u s i n e s s ，1 9 9 7 ，2 6 1 2 1 0 8 1 1 5 ． [ 2 1D I R KB ．E l e c t r o n i cS c r a p AG r o w i n gR e s o u r c e [ J 1 ． P r e c i o u sM e t a l s ，2 0 0 1 7 2 1 2 4 ． L 1 2 ] [ 3 ] 赵跃民，王全强，焦红光，等．废弃电路板选择性破碎 基础研究[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 5 ，3 4 6 6 8 3 ～ 6 8 7 ． Z H A OY u e m i n ．W A N GQ u a n - q i a n g 。J I A OH o n g ～ g u a n g ，e ta 1 ．S e l e c t i v i t yc r u s h i n go fd i s c a r d e dp r i n t e d c i r c u i tb o a r d s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 5 ，3 4 6 6 8 3 6 8 7 ． [ 4 1 邹亮，白庆中，李金惠，等．废弃线路板的低温粉碎 试验研究[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 6 ，3 5 2 2 2 1 ～ 2 2 4 ． Z O UL i a n g ，B A IQ i n g - z h o n g ，L IJ i n h u i ，e ta 1 ．R e s e a r c ho nc r y o g e n i cc o m m i n u t i o no fd i s c a r d e dp r i n t e d w i r i n gb o a r d s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g8 LT e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，3 5 2 2 2 1 2 2 4 ． W E NX u e - f e n g ，Z H A OY u e - m i n ，P A NY a n j u n ，e t a 1 ．M e t a l sr e c o v e r yf r o mf i n ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d s u s i n gf a l c o nS Bc o n c e n t r a t o r [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 0 5 ，1 5 4 3 2 2 3 2 8 ． B R A N D L ，B O S S H A R DR ，W E G M A N NM ．C o r n p u t e rm u n c h i n gm i c r o b e s m e t a ll e a c h i n gf r o me l e c ～ t r o n i cs c r a pb yb a c t e r i aa n df u n g i [ J 1 ．H y d r o m e t a l l u r ～ g Y ，2 0 0 1 ，5 9 3 1 9 - 3 2 6 ． Y I ～C H lC H I E N ．H P A U LW A N G ．K U E N ～S O N G L I N ，e ta I ．O x i d a t i o no fp r i n t e dc i r c u i tb o a r dw a s t e s i ns u p e r c r i t i c a lw a t e r [ J ] ．W a t e rR e s e r v a t i o n ，2 0 0 0 ， 3 4 1 7 4 2 7 9 - 4 2 8 3 ． 曹亦俊，赵跃民，温雪峰，等．废弃电子设备的资源化 研究发展现状[ J ] ．环境污染与防治，2 0 0 3 ，2 5 5 2 8 9 2 9 2 ． C A OY i j u n ，Z H A 0Y u e - m i n ，W E NX u e - f e n g ，e t a 1 ．D e v e l o p m e n ts t a t u so fw a s t eo fe l e c t r i ca n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t sr e u t i l i z a t i o n [ J ] ．E n v i r o n m e n t a l P o l l u t i o n C o n t r o l ，2 0 0 3 ，2 5 5 2 8 9 2 9 2 ． Y O L O Y A M AS ，U IM ．R e c y c l i n go fp r i n t e dw i r i n g b o a r d w a s t ep r o c e e d i n g so f1 9 9 3 [ J 3 ．I E E E ／Ts u k u b a I n t e r n a t i o n a lW o r k s h o po nA d v a n c e dR o b o t i c s ，l9 9 3 5 5 5 8 ． Z H A N GSL ，F O R S S B E R GE ．I n t e l l i g e n tl i b e r a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no fe l e c t r o n i cs c r a p [ J 1 ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，1 0 5 2 9 5 3 0 1 ． H E I K K IL ．A S K 0V ，T H O M A SH ．T h et r e a t m e n to ff i l t e rd u s tf r o me l e c t r o n i cs c r a pp r o c e s s i n g [ J ] ．P r o c e e d i n g so ft h eX XI MP CA a c h e n ，1 9 9 7 ， 2 1 2 612 7 3 2 8 2 ． 段晨龙，赵跃民，温雪峰，等．废弃电路板破碎中热解 气体的研究[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 5 ，3 4 6 7 3 0 7 3 4 ． D U A NC h e n - l o n g ，Z H A 0Y u e - m i n 。W E NX u e - f e n g ，e ta 1 ．R e s e a r c ho nt h eg a sf r o mp y r o l y s i sd u r i n gc r u s h i n go fd i s c a r d e dp r i n t e dc i r c u i tb o a r d s [ J ] ． J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g Y ，2 0 0 5 ，3 4 6 7 3 0 7 3 4 ． 责任编辑骆振福 万方数据