废弃线路板干湿式破碎下的破碎行为.pdf

第6 2 卷第2 期 2010 年5 月 有色金属 N o n f e “ o t t 8M e t a l s V 0 1 ．6 2 ．N o ．2 M a v20l0 废弃线路板干湿式破碎下的破碎行为 吴彩斌，董仲珍，卜晶晶 华东交通大学环境工程系，南昌3 3 0 0 13 摘 要采用锤头式和刀片式冲击破碎机对废弃线路板在于湿式环境下的破碎行为进行对比研究。结果表明，在干式破碎 条件下，采用锤头作为冲击元件，破碎后物料的平均粒径高达1 ．9 6 r a m ．一1 I r n m 粒级产率不到2 0 ％，破碎效果非常差，利用刀片作 为冲击元件，破碎后物料的平均粒径降至0 ．7 r a m ，一1 f i l m 粒级产率升至7 7 ．2 5 ％以上，破碎效果得到明显改善。在湿式破碎条件 下，同样采用M X 型冲击破碎机，破碎后物料的平均粒径进一步降至0 ．6 7 r a m ，一1 i n m 粒级产率进一步提高至8 0 ％以上，各粒级粒 度分布较为均匀，破碎效果明显改善。从破碎后一1 m m 以下各粒级的解离度和金属铜的品位分布来看，同样是湿式破碎优于干式 破碎。如果考虑到湿式破碎能消除于式破碎过程中产生的粉尘污染，湿式破碎是优先选择方案。 关键词选矿工程；废弃线路板；湿式破碎；冲击元件；破碎机 中图分类号T D 9 2 1 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 l 2 0 1 0 0 2 0 0 8 3 0 6 通常情况下，对于破碎机械的选择主要是根据 物料的硬度、强度、粘结性等性能，以及对处理物料 粒度组成及最大粒度的要求而定。与矿物、塑料等 相比，线路板有着独特的破碎特性’2 1 。废弃线路 板经过预处理后主要由强化树脂和附着其上的铜线 等金属组成，硬度较高，韧性较强，在剪切力和冲击 力作用更容易破碎“ 。。另外，大多数基板中有纤维 结构，该结构在剪切作用下更容易被破碎。常规破 碎机中颚式破碎机等主要依靠挤压力对物料进行破 碎，很难达到令回收物料充分解离的效果1 。同样 采用球磨机粉碎时，线路板与介质一起低速运动，不 用的破碎设备可以达到比较好的解离效果。锤式破 碎机是利用围绕水平或垂直轴高速旋转转子上的冲 击元件 棒、叶片、锤头等 对物料施以激烈的冲击， 并使其与定子间以及物料与物料之间产生高频的强 力冲击、剪切等作用而粉碎的设备，其中以冲击作用 为主。 1实验方法 1 ．1 主要设备及工作原理 试验采用的主要设备为M P S C 2 型破碎机和 M X 型破碎机，两种破碎机的主要技术指标如表1 能实现线路板的有效粉碎。然而采用具有剪、切作所示，主要冲击元件和设备结构如图1 所示。 表1 试验采用破碎机的技术指标 T a b l e1T e c h n i c a li n d e x e so ft h ea d o p t e dc r u s h e r s 锤式冲击破碎机的主要工作部件为带有锤头的 转子。转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成。物料自 上部给料口入机内，受高速运动的锤头打击、冲击、 剪切、研磨作用而破碎。在转子下部，设有筛板，破 收稿日期2 0 0 9 0 7 0 3 基金项目江西省自然科学基金资助项目 2 0 0 8 G Z H 0 0 6 1 ；江西省 教育厅科学研究资助项目 G J J 0 9 2 0 7 ；华东交通大学研 究生创新基金资助项目 Y C 0 8 C 0 0 3 作者简介吴彩斌 1 9 7 2 一 ，男，江西鄱阳县人，教授，博士，主要从 事固体废弃物资源化技术等方面研究。 碎物料中小于筛孑L 尺寸的粒级通过筛板排出，大于 筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤头的打 击和研磨，最后通过筛板排出机外”1 。此破碎机对 物料破碎的方式主要有高速旋转的锤头对物料实 施的冲击破碎作用及磨削作用；颗粒与衬板间的高 速碰撞破碎作用；颗粒间的碰撞破碎作用。 M X 型破碎机的工作原理一样，只是其主要工 作部件为带有刀片的转子。入料口能实现整板进 料，可减少预处理作业。 万方数据 有色金属第6 2 卷 a 一M P S C 2 型破碎机的锤头； b M X 型破碎机的刀片； c ．M P S C 2 型破碎机结构； d - M X 型破碎机结构 图1两种设备的主要冲击元件和设备结构示意 F i g ．1I m p a c t i n gc o m p o n e n t sa n ds t r u c t u r e d i a g r a m so ft w oe q u i p m e n t s 1 ．2 试验步骤 将废弃线路板在M P S - C 2 型和M X 型破碎机进 行干式破碎，研究不同冲击元件下的破碎行为。将 废弃线路板在M X 型破碎机进行干式、湿式破碎，研 究不同作业类型下的破碎行为。对破碎后的产品用 X S B ．8 8 型顶击式标准振筛机进行振动筛分，主要技 术参数为振动时间0 6 0 m i n 、筛振动次数2 2 1 次／ m i n 、振击次数1 4 7 次／m i n 、回转半径1 2 ．5 m m 、标准 套筛为3 ／2 ／I ／0 ．5 ／0 ．2 5 ／0 ．1 2 5 ／0 ．0 7 5 m m 。用倒置 显微镜对破碎产品分析金属在不同粒径下的解离度 分布，其主要部件是机械部分、照明部分和光学部 分。用原子吸收光谱对破碎产品分析金属在不同粒 径下的含量分布，其主要组成部件是原子吸收分光 光度计，由光源、原子化器、单色器和检测器。连接 微机控制，自动处理数据和编排报告。可以自动背 景校正，实时图像分析信号。 2 试验结果与讨论 2 ．1 干式破碎条件下不同冲击元件下的破碎行为 试验中，两种破碎机都控制破碎频率为5 0 H z ， 筛网选择在3 r a m 。破碎后的产物用标准振筛机及 标准套筛进行筛分，结果如表2 所示，破碎产品粒度 分布如图2 所示。 表2 废弃线路板破碎后的筛分结果 T a b l e2 S c r e e n i n gr e s u l t so fc r u s h e dm a t e r i a l 结果表明，利用锤头作为冲击元件，破碎后物料 的平均粒径是1 ．9 6 r a m ， 1 m l r l 粒级产率为8 0 ％以 上，一l m m m 粒级产率不足2 0 ％，破碎产品呈现一 头大一头小的分布，如图2 所示，破碎效果极为不理 想。利用刀片作为冲击元件，破碎后物料的平均粒 径降至0 ．7 m m ，一1 m l n m 粒级产率达到7 7 ．2 5 ％，且 粒度分布较为均匀，如图2 所示，适宜后续作业的分 选。如空气摇床分选№1 的破碎粒度范围是0 ．6 1 ．0 r a m ，气流分选1 中破碎粒度在0 ．1 2 5 0 ．1 m m 中铜的回收率接近9 5 ％，9 0 ％以上的金属被回收。 从试验结果看，以刀片作为冲击元件的破碎机 比以锤头作为冲击元件的破碎机的冲击作用更为强 万方数据 第2 期吴彩斌等废弃线路板干湿式破碎下的破碎行为 8 5 口M P S - C 2 破碎机破碎后物料产率 一M X 破碎机破碎后物料产率 囝[ | | JJJ ≯≯芦歹爹 Ⅳ‘∥∥ ◇ 图2M P S - C 2 型与M X 型破碎机破碎产品分布 F j 昏2M a t e r i a ld i s t r i b u t i o n0 fM P S Qa n dM Xc r u s h e r 烈，破碎效果更明显。究其原因，刀片是片状结构， 在冲击线路板时以剪切，冲击作用为主，可近似看作 是点接触的破碎模式。锤头是面状结构，在冲击线 路板时以撞击，冲击作用为主，可近似看做是面接触 的破碎模式。 2 ．2M X 刀片式冲击破碎机下干式湿式破碎行为 2 ．2 ．1 干式与湿式破碎的试验结果分析。表3 为 废弃线路板应用M X 型破碎机在干式、湿式两种不 同作业条件下的破碎产物的筛分与化验结果。图3 和4 为干式与湿式破碎后产物的粒度分布情况。 表3 废弃线路板干式与湿式破碎后的筛分结果 T a b l e3 S c r e e n i n gr e s u l t so fm a t e r i a l sb yd r ya n dw e tc r a s h e r s 从表3 与图3 和图4 可以看出，同样采用M X 型刀片式冲击破碎机，在湿式破碎条件下，破碎后物 料的平均粒径从0 ．7 m m 进一步降至0 ．6 7 r a m ，- l m i l l 粒级产率从7 7 ．2 5 ％进一步提高至8 0 ％以上，破碎 效果再一次明显改善。 一二盘阻 “毒≯∥歹爹 o A ’，带’ Q ’ 图3 干式与湿式破碎物料产率分布 F i g ．3 Y i e l dd i s t r i b u t i o nb yd r ya n dw e tc r u s h e r s 另一方面，干式破碎存在着粉尘、有毒气体等二 次污染物，有资料显示m 3 ，塑料、卤化环氧树脂及 图4干式与湿式破碎筛上累积与筛下 ’累积产率曲线 F i g ．4 C u m u l a t i v ey i e l dC u r v e s o na n db e l o w s c r e e n sb yd r ya n dw e tc r u s h e r s 其他一些不耐高温材料就会发生部分或全部热分 解，由此会产生遮蔽性烟雾、腐蚀性气体和某些有毒 有害产物。国内张洪建等人‘1 23 通过热重一红外分 析热解实验等手段证实了干法破碎中存在着二次污 染问题且这种局部的污染问题是不可避免的。同时 n。引引引引引艮阻少 加H 乳瓤筑瓠K● 万方数据 8 6 有色金属第6 2 卷 干法破碎设备长时间运转也会引起设备局部过热， 造成物料的黏结、堵塞，降低破碎效率⋯3 。采用湿 式破碎方法有助于减轻二次污染问题。 2 ．2 ．2 破碎产品解离度分布。表3 同时给出了干 式与湿式破碎产物的解离度，此处的解离度是废弃 线路板中单体金属量与试样中单体金属量及金属与 树脂或玻璃纤维形成的连生体的总量的比值‘1 4 一“。 利用数码相机与倒置显微镜观察干式与湿式破碎后 各粒级物料的解离度分布情况，分别如图5 和图6 所示。 a 一一0 ．0 7 5 m m 4 0 ； b 一0 ．0 7 5 0 ．1 2 5 m m 2 5 ； c 一0 ．1 2 5 0 ．2 5 m m 2 5 ； d 一0 ．2 5 0 ．5 m m 1 0 ； e - 0 ．5 1 m m 1 ； f 一1 2 m m 1 ； g 一2 3 r a m 1 图5干式破碎废弃线路板后产物的解离状况 F i g ．5 L i b e r a t i o np h o t oo fc r u s h e dm a t e r i a l sb yd r yc r u s h e r a 一一0 ．0 7 5 m m 4 0 ； b 一0 ．0 7 5 ～0 ．1 2 5 r a m 2 5 ； c 一0 ．1 2 5 0 ．2 5 m m 2 5 ； d 一0 ．2 5 0 ．5 m m 1 0 ； e - 0 ．5 一l m m 1 ； f 一1 2 m mx1 ； g 一2 3 m m 1 图6 湿式破碎废弃线路板后产物的解离状况 F i g ．6 L i b e r a t i o np h o t oo fc r u s h e dm a t e r i a l sb yw e tc r u s h e r 废弃线路板中各种组分的机械强度不同，所以 在冲击、剪切、摩擦粉碎过程中其表现的行为也不一 样，性脆易碎的物料较易粉碎，硬而韧的物料则不容 易粉碎。比如线路板中金属铜、铝具有良好的延展 性，在拉力、冲击力作用下，易发生弯曲、变形，较难 产生裂缝或断裂，因此在粉碎过程中容易在较粗级 别富集，非金属树脂和玻璃纤维性脆、易碎，不耐冲 击‘12 1 。 由图5 和图6 所示。在一0 ．1 2 5 m m 粒级以下的 产物中非金属与纤维的比重明显高于金属部分，在 0 ．1 2 5 r a m 粒级以上的产物中金属部分的比重又 高于非金属部分。2 3 m m 粒级的产物中干式破碎 中的球状颗粒物明显多于湿式破碎中产生的球状物 质，原因在于，在常温条件下连续粉碎时，冲击部件 温度会升高，使得低熔点金属 焊锡 熔化，从而导 致干式状态下球状物质生成的量多于湿式作用时。 万方数据 第2 期吴彩斌等废弃线路板干湿式破碎下的破碎行为 8 7 2 ．2 ．3 干湿式破碎产品的铜含量分布。利用原子 吸收光谱法测定每粒级中的铜含量，分别如表4 与 图7 所示。 表4干式破碎与湿式破碎铜的分布率／％ T a b l e4C o p p e rd i s t r i b u t i o no fd r ya n dw e t c r u s h e dm a t e r i a l s ／％ 7 ．9 35 ．4 92 ．1 96 ．O ll O ．1 93 ．0 0 1 4 ．8 2 】4 ．8 6l I ．0 8 1 3 ．72 3 ．7 81 5 ．9 3 2 5 ．9 0 3 5 ．5 6 4 6 ．3 6 2 8 ．9 9 3 5 ．0 6 4 9 ．6 8 1 4 ．4 12 5 ．41 8 ．4 2 1 6 ．6 62 1 ．0 31 7 ．1 3 9 ．3 41 5 ．1 17 ．1 l1 1 ．5 9 1 2 ．1 66 ．8 9 1 2 ．8 5 1 4 ．0 79 ．1 01 0 ．5 07 ．7 83 ．9 9 1 4 ．7 57 ．7 3 5 ．7 41 2 ．5 45 ．5 33 ．3 9 1 0 0 ．0 0一1 0 0 ．0 0 1 0 0 ．0 0 1 0 0 ．0 0 1 2 ．0 0 图7干式与湿式破碎产品铜的产率 F i g ．7C o p p e ry i e l dd i s t r i b u t i o no fd r ya n dw e t c r u s h e dm a t e r i a l s 结果表明，干式与湿式破碎后铜含量均成正态 分布，主要富集在．1 m m 范围内。对于干、湿式破碎 参考文献 而言，铜主要富集在一1 0 ．2 5 m m 粒级范围内，在此 范围内有利于后续的分选试验进行铜的回收利用。 对于各粒级物料的解离效果而言，在 1 m m 干式破 碎要优于湿式破碎，因此在消解处理各粒级物料时 会消解的更加充分，铜的含量会更真实的显现。当 解离度偏小的时候，由于线路板中的连生体存在，连 生体中的铜无法消解出来，导致铜含量偏小。然而， 在．1F i l m 时，湿式破碎的解离度要优于干式破碎的解 离度，同时后续的分选需要的粒径范围是．1 m m ，所 以总体上来讲，湿式破碎金属的富集效果要优于干 式破碎，同时也更有利于后续的分选阶段。 3结论 对废弃线路板而言，冲击式的破碎机中以刀片 作为冲击元件的破碎效果要明显优于锤头式破碎 机，破碎机中的剪切作用相对于撞击作用更适合废 弃线路板的破碎。干式破碎产生粉尘与有毒污染物 质等二次污染物是不可避免的，引入水作为介质的 湿式破碎可以减轻这种污染，使破碎过程更加环保 化，由于水介质的存在改变了物料的性质以及破碎 机腔的工作环境。湿法破碎后物料粒度呈现正态分 布特征。主要集中在．1 0 ．0 7 5 m m 范围内，占全部产 品的8 0 ％以上。破碎后物料的平均粒径是0 ．6 7 m m 左右，有利于后续分选作业。干式与湿式破碎后铜 含量成正态分布，铜主要集中在．1 m m 的范围内。湿 式破碎后．1 m m 粒径物料的解离度均在9 5 ％，物料 的粒径与解离度控制在此范围内有利于进行后续的 分选，尽可能最大范围的回收铜并且铜的纯度可以 保证。 [ 1 ] 路洪洲，李佳，郭杰，等．基于可资源化的废弃印刷线路板的破碎及破碎性能[ J ] ．上海交通大学学报，2 0 0 7 ，4 1 4 5 5 1 5 5 6 ． [ 2 ] E l a i n eY LS u m ．T h er e c o v e r yo fm e t a l sf r o me l e c t r o n i cs c r a p [ J ] ．J o u r n a lo ft h eM i n e r a l sM e t a l sa n dM a t e r i a l sS o c i e t y ，1 9 9 1 ， 4 5 3 6 0 ． [ 3 ] 柴晓兰，曹亦俊，赵跃民，等．机械处理废弃印刷线路板[ J ] ．江苏环境科技，2 0 0 3 ，1 6 1 7 9 ． [ 4 ] H i g a s h i y a m aY ，A s a n oK ．R e c e n tp r o g r e s si ne l e c t r o - s t a t i cs e p a r a t i o nt e c h n o l o g y [ J ] ．P a r t i e u lS e iT e c h n o l ，1 9 9 8 ， 1 6 7 7 9 0 ． [ 5 ] 温雪峰，李金惠，邹亮，等．废印刷线路板的常温粉碎特性研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 5 ，1 4 4 5 8 6 1 ． [ 6 ] Y EC u i ．1 i n g ，Z H A N GJ i n ．x i a ，W A NL i n g u a n ，e ta 1 ．P r e l i m i n a r ya n a l y s i so fb r e a ka n dc l a s s i f i c a t i o n o fe l e c t r o n i cw a s t e s [ J ] ． J i a n g s uE n v i r o n m e n t a lS c i e n c eT e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，1 7 2 4 3 4 5 ． [ 7 ] x uM i n 。L IG u a n g ．m i n g ，Y I NJ i n ，e ta 1 ．C r u s h i n ga n dp n e u m a t i cs e p a r a t i o no fp r i n t e dc i r c u i tb o a r ds c r a p s [ J ] ．E n v i r o n m e n t a l S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 7 。3 0 5 7 2 7 4 ． [ 8 ] 孙路石．印刷线路板废弃物的热解及其产物分析[ J ] ．燃料化学学报，2 0 0 2 ，3 0 3 2 8 5 2 8 8 ． 5 筋；呈 5 2 l J ； 也兰m m m 哺计 o ≈H o 笱巧m A n 。≈小吣氆协m A n O n 万方数据 8 8有 色金 属 第6 2 卷 [ 9 ] 孙路石．印刷线路板废弃物热解实验研究[ J ] ．化工学报，2 0 0 3 ，5 4 3 4 0 8 4 1 2 ． [ 1 0 ] C h i e nYC ，L i nKS ，H u a n gYJ ，e ta 1 ．F a t eo fb r o m i n ei np y r o l y s i so fp r i n t e dc i r c u i tb o a r dw a s t e s [ J ] ．C h e m o s p h e r e ，2 0 0 0 ， 4 0 3 8 3 3 8 7 ． [ 1 1 ] B l a z s oM ，C z e g e n yZ s ，C s o m aC s ．P y r o l y s i sa n dd e b r o m i n a t i o no ff l a m er e t a r d e dp o l y m e r so fe l e c t r o n i cs c r a ps t u d i e db y a n a l y t i c a lp y r o l y s i s [ J ] ．J o u r n a lo fA n a l y t i c a la n dA p p l i e dP y r o l y s i s ，2 0 0 2 ， 6 4 2 4 9 2 6 1 2 ] 3 ] 4 ] 张洪建，赵跃民，王全强，等．湿法破碎在废弃线路板资源化中的应用[ J ] ．环境工程，2 0 0 6 ，2 4 5 6 0 一6 3 ． 段晨龙，赵跃民，叶璀玲，等．废弃电路板湿法破碎粒度特性研究[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 8 ，3 7 1 8 8 9 2 ． W e nX u e f e n g ，Z h a oY u e m i n ，D u a nC h e n l o n g ，e ta 1 ．S t u d yo nm e t a l sr e c o v e r yf r o md i s c a r d e dp r i n t e dc i r c u i tb o a r d sb yp h y s i c a l m e t h o d s [ c ] ／／2 0 0 5I E E EI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u mo nE l e c t r o n i c sa n dt h eE n v i r o n m e n t ＆t h eI A E RE l e c t r o n ．i c e sR e c y c l i n g S u m m i t ．N e wO r l e a n s ，L A ，2 0 0 5 1 2 1 1 2 8 ． 温雪峰．物理法回收废弃电路板中金属富集体的研究[ D ] ．江苏徐州中国矿业大学。2 0 0 4 3 0 6 0 ． C o m m i n u t i o nB e h a v i o r su n d e rD r ya n dW e tB r e a k a g eo fP r i n t e dC i r c u i tB o a r d s W UC a i b i n ，D O N GZ h o n g - z h e n ，B UJ i n g - j i n g D e p a r t m e n to fE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ，E a s tC h i n aJ i a ot o n gU n i v e r s i t y ，N a n c h a n g3 3 0 0 13 ，C h i n a A b s t r a e t T h ec o m m i n u t i o nb e h a v i o ro fw a s t e dP CB sb yu s i n gh a m m e ra n db l a d ec r u s h e r sw i t hd r ya n dw e tb r e a k a g e sa r e i n v e s t i g a t e dw i t hc o m p a r i s o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tu n d e rd r yb r e a k a g e ，u s i n gh a m m e r sa si m p a c t i n gc o m p o n e n t s ， t h er e s u l ti sn o ts a t i s f i e d ，t h ea v e r a g es i z eo fc r u s h e dm a t e r i a l si s1 ．9 6 m ma n dt h ey i e l do f 1m ms i z em a t e r i a li s b e l o w2 0 ％．W h i l eu s i n gb l a d e sa si m p a c t i n gc o m p o n e n t s ，t h ec r u s h i n gr e s u l ti se x c e l l e n t ，t h ea v e r a g es i z ei s d e c r e a s e dt o0 ．7 m ma n dt h ey i e l do f 1m mi si n c r e a s e dt o7 7 ．2 5 ％．U n d e rw e tb r e a k a g ea n du s i n gt h es a m eM X c r u s h e r ，t h ea v e r a g es i z em a yf u r t h e rb ed e c r e a s e dt o0 ．6 7 m m ，t h ey i e l do f 一1m mi sf u r t h e ri n c r e a s e dt o8 0 ％，t h e d i s t r i b u t i o no fe a c hs i z ef r a c t i o nb e c o m e sm o r eu n i f o r m ，t h ec o m m i n u t i o ni so b v i o u s l yi m p r o v e d ．A c c o r d i n gt o d e g r e eo fd i s s o c i a t i o na n dg r a d ed i s t r i b u t i o no fc o p p e rb e l o w - 1m m ，t h ew e tb r e a k a g ei sb e t t e rt h a nd r yb r e a k a g e ． C o n s i d e r i n gt h a tw e tc r u s h i n g i s p r o v i d e dt o s o l v et h ed u s tp o l l u t i o np r o b l e m p r o d u c e db yd r y c r u s h i n g ，w e t b r e a k a g ei sm u c hb e t t e rt h a nd r yb r e a k a g e ． K e y w o r d s m i n e r a lp r o c e s s i n g ；w a s t e dP C B s ；w e tb r e a k a g e ；i m p a c t i n gc o m p o n e n t s ；c r u s h e r 万方数据