学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

破碎废旧电路板高压静电分选的理论模型与优化设计

作　者: 吴江
导　师: 许振明
学　校: 上海交通大学
专　业: 环境工程
关键词: 电子废弃物废旧电路板高压静电分选分选过程优化与模型计算机模拟多级分选
分类号: X76
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 148次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

电路板是电子和信息工业的基础,几乎所有电子产品中都含有电路板。随着现代社会对电子产品的广泛使用和技术革新导致的产品快速更新换代,废旧电路板急剧增加。废旧电路板中含有大量的贵金属,具有很高的资源利用价值。同时,由于废旧电路板结构和成分复杂、含有大量有毒有害物质,若不采用环境友好方式处理,将对自然环境和人体健康造成严重威胁。目前,废旧电路板回收处理技术比较落后,对自然环境造成了严重的污染,急需研发科学、高效、环境友好的处置和回收技术和装备。高压静电分选技术可以实现破碎废旧电路板中金属和非金属的物理分离,并具有高效、低耗、环境友好等显著优点,是目前废旧电路板无害化处理和资源化利用的先进技术之一。为此,本文在建立高压静电分选过程理论模型的基础上,系统研究了高压静电方法分离破碎废旧电路板中金属与非金属的规律,提出了静电分选过程中的关键技术和存在的问题,并针对这些关键技术和问题进行了分析和优化设计,为废旧电路板的无害化处理与资源化利用提供了理论基础和新方法。通过对破碎废旧电路板高压静电分选过程进行因子设计和响应曲面设计,分别建立了分选过程的线性-交互作用模型和二阶非线性模型。得出了电压、辊速、电晕电极角度、电晕电极距离和静电极角度等因素的主效应、交互作用和二阶作用,及其对分选过程金属、中间体和非金属的影响规律;并通过模型对分选过程参数进行了优化,得到了满足不同生产要求的最优参数匹配。线性-交互作用情况下的最优设置为U=30 kV、N=60 rpm、α1 =25°、s1 =70 mm、α2=75°、s2 =90 mm;二阶非线性情况下的最优设置为U=28.5 kV、N=60 rpm、α1 =25°、s1 =70 mm、α2=75°、s2 =90 mm。研究发现“中间体-分选效率”评价指标无法解释物料金属含量对分选效率的影响,并针对这一问题提出了破碎废旧电路板颗粒荷电的正态分布假设。根据假设,讨论了“中间体-分选效率”评价指标的适用范围:当分选过程仅受静电分选系统因素影响时该指标完全适用,即中间体量越小分选效率越高;当分选过程受到物料金属含量影响时,必须结合金属产品纯度对分选效率进行判断。通过引入空气阻力和提出金属颗粒在离子化区域中的“临界荷电状态”假设的基础上,对破碎废旧电路板金属颗粒的轨迹模型进行了修正,修正后的轨迹模型比原有模型更加与实际情况吻合。提出了“稳定颗粒”和“不稳定颗粒”的概念,将10 kV电压降范围内,落点差小于5 cm的颗粒定义为“稳定颗粒”,将落点差大于5 cm的颗粒定义为“不稳定颗粒”。同时,研究了多粒度混合颗粒对高压静电分选过程的影响,发现单一电场对多粒度混合颗粒体系无法进行有效分选。在研究非金属粉末对高压静电分选过程影响的基础上,提出了非金属粉末在高压静电分选时的填充效应、包裹效应和粘着效应,并研究了其对分选效率和金属回收率造成的影响。发现了非金属粉末在物料颗粒中的不均匀分布所造成的分选过程的不稳定性和积尘现象,当物料颗粒中的非金属粉末含量超过10%时,将对分选过程造成显著的影响。研究了环境湿度对于破碎废旧电路板高压静电分选过程的影响,发现由于潮湿环境中非金属颗粒表面导电性的增大和粘附力的增强,导致分选过程的效率随相对湿度的增加而降低。对破碎废旧电路板高压静电分选,物料的存放以及运行过程的环境湿度不能超过70%,控制在60%以内最佳,以降低湿度造成的影响。在传统辊式分选设备(RTS)的基础上,提出了破碎废旧电路板“多级分选”的概念,构建了实验性的新型双辊式两级分选设备(T-RTS)。通过和RTS的比较实验,发现T-RTS在提高分选质量、减少中间体量、提纯非金属产物、分选过程的稳定性以及提高处理能力方面,都比传统的RTS有了显著的进步:中间体减少了45%,金属产物提高了8.9%,非金属产物中残余金属含量降低了81.3%,处理量提高了1倍。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第一章绪论  14-51
  1.1 引言  14-17
  1.2 废旧电路板的环境问题和资源化利用  17-23
    1.2.1 数量巨大  17-19
    1.2.2 结构和成分复杂  19
    1.2.3 废旧电路板对环境和健康的危害  19-21
    1.2.4 废旧电路板的资源化利用  21
    1.2.5 我国废旧电路板回收所面临的严峻问题  21-23
  1.3 废旧电路板的处理和回收技术  23-28
    1.3.1 火法回收技术  23-25
    1.3.2 湿法回收技术  25-26
    1.3.3 机械物理回收技术  26-28
  1.4 高压静电分选法回收电子废弃物  28-37
    1.4.1 高压静电分选的基本原理  28-32
      1.4.1.1 电晕荷电  29-30
      1.4.1.2 感应荷电  30
      1.4.1.3 辊式高压静电分选机的工作原理.  30-32
    1.4.2 电子废弃物高压静电分选的研究现状  32-37
      1.4.2.1 电选机内静电场和空间电荷的研究  32-33
      1.4.2.2 静电场内金属和非金属颗粒的荷电及动力学过程研究  33-36
      1.4.2.3 电选机工艺参数优化研究.  36-37
    1.4.3 现有研究的问题与局限  37
  1.5 论文研究内容与目标  37-39
  参考文献  39-51
第二章原料、设备和技术路线  51-56
  2.1 引言  51
  2.2 原料  51-52
  2.3 设备  52-54
    2.3.1 原料制备设备  52-53
    2.3.2 分选设备  53-54
  2.4 技术路线和研究方法  54-56
第三章高压静电分选系统的多因素影响及优化  56-85
  3.1 引言  56-57
  3.2 实验设计  57-59
    3.2.1 响应和因素  57-58
    3.2.2 实验设计方案  58-59
  3.3 实验方法  59-60
    3.3.1 材料与设备  59-60
    3.3.2 实验方法  60
  3.4 单因素预实验  60-64
    3.4.1 实验方法  60-61
    3.4.2 实验结果和因素值域的确定  61-64
  3.5 因子设计和分选过程的线性-交互作用模型.  64-75
    3.5.1 因子设计表和实验安排  64-66
    3.5.2 实验结果和数据分析  66-73
    3.5.3 分选过程的优化  73-74
    3.5.4 因素筛选  74-75
  3.6 中心复合设计和分选过程的二阶非线性模型  75-82
    3.6.1 中心复合设计表和实验安排  75-76
    3.6.2 实验结果和数据分析  76-81
    3.6.3 二阶非线性模型下分选过程的优化  81-82
  3.7 本章小结  82-83
  参考文献  83-85
第四章物料金属含量对分选过程的影响  85-97
  4.1 引言  85
  4.2 物料金属含量对分选过程的影响  85-88
    4.2.1 实验方法  86
    4.2.2 实验结果与讨论  86-88
  4.3 颗粒荷电状态的正态分布假设  88-91
    4.3.1 假设  88-90
    4.3.2 假设的理论解释  90-91
  4.4 分选效率指标的实验研究  91-94
  4.5 分选效率指标适用性的讨论  94
  4.6 本章小结  94-96
  参考文献  96-97
第五章金属颗粒轨迹修正模型及粒度对分选过程的影响  97-121
  5.1 引言  97
  5.2 金属颗粒轨迹修正模型  97-113
    5.2.1 金属颗粒受力模型的修正  98-99
    5.2.2 金属颗粒的临界荷电假设  99-100
    5.2.3 金属颗粒的脱离角计算  100-104
    5.2.4 金属颗粒的轨迹计算  104-106
    5.2.5 金属颗粒的轨迹模拟  106-110
    5.2.6 金属颗粒轨迹模型的实验验证  110-113
  5.3 废旧破碎电路板颗粒粒度对分选过程的影响  113-118
    5.3.1 不同电压下不同粒度金属颗粒的运动轨迹模拟  113-116
    5.3.2 颗粒粒度影响的验证实验  116-118
  5.4 本章小结  118-119
  参考文献  119-121
第六章非金属粉末对分选过程的影响  121-142
  6.1 引言  121
  6.2 非金属粉末的性质.  121-126
    6.2.1 粒度和形态  121-122
    6.2.2 表面效应  122-123
    6.2.3 颗粒间作用力  123-126
    6.2.4 破碎废旧电路板非金属粉末的团聚现象  126
  6.3 实验方法  126-129
    6.3.1 材料与设备  126-127
    6.3.2 实验方法  127-129
  6.4 结果与讨论  129-136
    6.4.1 非金属粉末对分选效率的影响  129-133
    6.4.2 非金属粉末分选过程稳定性的影响  133-135
    6.4.3 非金属粉末的积尘现象  135-136
  6.5 旋风分离预处理的初步探讨  136-140
    6.5.1 旋风分离技术  136-137
    6.5.2 旋风分离器的切割粒径与分级效率  137-139
    6.5.3 旋风分离应用于废旧电路板高压静电分选的前处理  139-140
  6.6 本章小结  140
  参考文献  140-142
第七章环境湿度对分选过程的影响  142-150
  7.1 引言  142
  7.2 环境湿度和物料表面湿度  142-143
  7.3 颗粒表面湿度的影响  143-145
    7.3.1 增大颗粒表面导电性  143-144
    7.3.2 增大颗粒间粘附力  144-145
  7.4 环境湿度影响实验.  145-148
    7.4.1 实验方法  145-147
    7.4.2 结果与讨论  147-148
  7.5 本章小结  148-149
  参考文献  149-150
第八章破碎废旧电路板的多级高压静电分选  150-166
  8.1 引言  150
  8.2 辊式分选设备的问题  150-152
    8.2.1 中间体及其进一步处理  150-151
    8.2.2 非金属产物的不纯净及其进一步处理  151
    8.2.3 分选过程的稳定性  151-152
    8.2.4 处理速度和分选质量之间的平衡  152
  8.3 多级分选理念和双辊式分选机  152-154
    8.3.1 多级分选理念  152
    8.3.2 双辊式分选机的构建  152-154
  8.4 实验方法  154-156
    8.4.1 中间体和非金属产物的进一步处理  154-155
    8.4.2 处理速度和分选质量的平衡检验实验  155
    8.4.3 分选过程的稳定性实验  155-156
  8.5 结果与讨论  156-161
    8.5.1 中间体和非金属产物的进一步处理  156-157
    8.5.2 处理速度和分选质量的平衡  157-158
    8.5.3 分选过程的稳定性  158-161
  8.6 破碎废旧电路板多级高压静电分选的扩展应用  161-163
  8.7 本章小结  163-165
  参考文献  165-166
结论与展望  166-169
  结论  166-167
  展望  167-169
创新点  169-170
研究成果及获奖情况  170-172
  发表论文  170-171
  申请专利  171-172
致谢  172

破碎废旧电路板高压静电分选的理论模型与优化设计

内容摘要

全文目录

相似论文