CN101185935A - 含金属固体废料回收方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含金属固体废料回收方法和设备。本发明包括以下步骤：(1)含金属固体废料由切片机进行粗破、剪切式破碎机进行一级破碎、可调速锤式破碎机进行二级破碎；(2)物料经过二级破碎后由离心风机抽到重力分选机及旋风分离器；(3)小于60目的含金属粉尘落入旋风分离器的集灰斗后送入振动筛；(4)大于60目的物料粉末进入振动筛，并通过高压静电分选机分别实现金属和非金属分离。用于本发明的高压静电分选机，包括本体和可连续旋转的收尘极板，所述收尘极板为复数个并由中心轴串接固定，所述中心轴连接至电机，所述每两个收尘极板之间安装有一个放电极和刮板。本发明金属回收率高，且***全自动运行，环保无害，经济效益显著。

Description

含金属固体废料回收方法和设备

技术领域

本发明涉及一种含金属固体废料回收方法和设备。

背景技术

随着全球电子产品更新换代不断加速，报废电子器件数量正日益剧增，造成环境的严重污染和资源的巨大浪费，电子废弃物的再资源化问题亟待解决，其中电子废弃物回收过程最大的难题是印刷线路板的回收处理。

传统的线路板废料及电子废料回收工艺为氰化物回收金等贵金属，废料焚烧或水磨湿法处理工艺回收铜等金属；氰化物回收贵金属此种处理工艺在处理过程中产生大量含剧毒的氰化物、高浓度的酸、碱废水及酸性废气；焚烧回收金属过程中产生大量的的粉尘及有毒有害(如Dioxin，即二恶英)等废气。

目前深圳及周边大量的废旧电子及线路板废料处理方式有两种：一种处理方式是转移到佛山、清远、汕头、南海及湖南省周边的偏远地区焚烧回收各种金属，焚烧造成的当地空气污染相当严重；另一种回收方法是湿法水磨来处理，此种处理方式在处理过程中由于金属回收率不高，造成金属资源的浪费，同时由于在处理过程中会产生大量的废水，废水中含有的金属粉末在流入纳污水体过程中部分会形成重金属离子而造成水体重金属污染，同时在分离出的非金属粉末内含有一定的金属粉末，这些废料基本上属难降解物质，相关环保法规规定为不可填埋物质，但由于处理过程中产生的非金属粉末由于脱水存在较大困难或脱水成本太高，无法回用于玻璃钢填充基材，这些非金属粉末目前的处理途径只能到垃圾填埋场填埋，在填埋后其中的金属粉末会渐渐形成重金属离子而造成重金属污染，非金属粉末由于无法降解造成填埋场填埋容量大大降低，封场周期大大增长，难以实现无害化处理。

当今我国废电器数量正以每年近百万吨以上的速度发展，废电器中都含有线路板，如电脑主机中线路板含量约占8％。废印刷电路板中含有很多有毒材料，如铅、溴、苯、镉等，同时，印刷电路板中又含有金、银、铜等贵金属材料，具有很高的附加值。单层板含铜5％～6％，双层板含铜10％～12％，多层板含铜20％～30％；其余为树脂和玻璃纤维，通常树脂占两者总量的30％～50％，玻璃纤维占50％～70％；环氧树脂中含有10％～20％的溴，溴是有害气体。废印刷电路板如果处置不当，不仅会引起新的环境污染，而且会造成资源的严重浪费。因此，废印刷电路板的无害化处理，不仅可以极大地减小其对环境的危害，还可以使大量宝贵的资源得到重新利用，这对改善人类的生存环境、资源的重新利用和可持续发展都具有重要的意义。

工业发达国家对废印刷电路板的无害化回收处理都非常重视。主要有瑞典、德国、日本、加拿大等国的相关公司。其中瑞典Scandinavian回收公司是世界上最大的回收公司之一，开发了用旋转剪切破碎机使印刷电路板的金属材料与非金属材料剥离，再采用风力分选使金属粉与非金属粉分离；德国Daimler Benz Ulm研究中心先用剪切破碎机把印刷电路板破碎成2cm×2cm的碎料，然后磁选，用液氮冷却，再用碾压式粉碎机粉碎成细小的粉末，使印刷电路板的金属材料与非金属材料剥离，最后用静电分选方法把金属粉与非金属粉分离；日本松下公司采用剪切和冲击破碎机使线路板粉碎成0.1～0.3mm的粉，再采用旋风分选技术，把金属粉与非金属粉分离。加拿大协德公司也采用粉碎加静电分选的方法回收处理废印刷电路板；日本NEC公司是先将废印刷电路板粉碎成100～300μm，再用旋风进行分离，再对金属部分用静电法进行分离，金属的回收率约90％，金属纯度约82％。该设备处理量300kg/h，约需日元2亿多元，相当昂贵。

目前国内废线路回收处理均有采用类似工艺，但主要有以下几种缺陷：1、破碎不完全或因破碎工序运转不正常使回收***无法使用；2、分选过程相对粗糙，分离率不高；3、回收后非金属粉末无法处理；4、破碎及分离过程能耗大，难以实现无害化分离。

在上述工艺中用于含金属固体废料回收的高压静电分选基本工作原理是由气体电离、尘粒荷电、尘粒沉集与清灰等几个过程组成。

(1)气体电离：在电晕极上施加高压直流电，产生电晕放电，使气体电离，产生大量正负离子；

(2)尘粒荷电：若电晕极附近带负电，则正离子被吸引而失去电离，自由电子和负离子受电场力的作用，便向集尘极移动，与含尘气流中的尘粒接触，使尘粒荷电；

(3)尘粒沉集：荷电尘粒在电场力的作用下到达集尘极后沉集在集尘极表面；

(4)放电速度慢的非导电物料(如非金属粉尘)，由于自身的负电荷没被释放掉，且受偏向电极的强烈排斥，便牢固的吸附在收尘极表面上，只有通过振打或清洗的方式将吸附的灰尘去除；放电速度快的导电物料(如金属粉尘)自身的负电荷很快被释放掉，在重力作用下就不会被极板吸附而从极板上直接分离出来。

高压静电分选机就是利用固体物料中各组分在高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法，粉尘颗粒荷电后被收尘极板吸附，金属颗粒由于具有较好的导电性，被接地的极板吸附后静电很快被消除，通过重力就从极板上分离下来，非金属粉末由于其较差的导电性仍然被极板吸附，从而实现金属和非金属粉末分离。

目前市场上现有的高压静电设备作为分选机主要是收尘极为圆桶式结构的静电分选机，圆桶表面积作为收尘极板面积，通过电机带动圆桶旋转，通过刮板将圆桶表面的非金属粉末分离出来，金属粉末掉入分离器下面的收集区来实现金属与非金属分离，此种方式由于圆桶表面不断被刮板清理掉吸附的粉末，使圆桶的表面始终保持相对洁净，极板收尘的稳定性较好，但因为只有圆桶表面积作为收尘极板面积，很难实现大面积收尘，同时很难合理设置放电极，使粉尘荷电的效率大大降低，金属与非金属分离率及处理量都比较低，从而造成此类静电分选机分选出的金属纯度很低，分选效率不高；另一种高压静电除尘设备的结构主要是固定式阳极收尘板及固定式放电极结构，电场结构设计相对成熟，可以实现较大的收尘面积和较好的收尘效果，通过测试，用在金属与非金属粉末分离的效果非常好，但只能通过拆卸极板人工清灰或通过振打的方式进行极板表面清灰，此种处理方式存在以下缺陷：一是设备不能连续运行，设备在清灰或振打清灰时不能工作，清灰时还会产生大量的粉尘；二是金属收集区和非金属收集区很难设置，难以实现自动化运作，目前还未见资料记载将此种设备用作静电分选设备来使用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种金属分离率高、环保无害、处理成本低的含金属固体废料回收方法和设备。

为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：一种含金属固体废料回收方法，包括以下步骤：

(1)含金属固体废料由切片机进行粗破、剪切式破碎机进行一级破碎、可调速锤式破碎机进行二级破碎；

(2)物料经过二级破碎后由离心风机抽到重力分选机及旋风分离器，重力分选机将大于60目的粉末颗粒送入振动筛，小于60目的粉尘通过风机送入旋风分离器；

(3)小于60目的含金属粉尘落入旋风分离器的集灰斗后送入振动筛，分离出的非金属粉尘进入布袋除尘器；

(4)大于60目的物料粉末进入振动筛，通过振动筛分选出60目、40目、20目及10目的物料；其中10目以内的物料再送入可调速锤式破碎机进行二级破碎；小于20目的物料送入高压静电分选机，通过多个由中心轴串接固定的收尘极板旋转分离金属和非金属粉末；

(5)分离后的金属粉末由电解生产线实现各种金属的高纯度分离，非金属粉末物料作为酚醛玻璃钢的填充料使用。

本发明所述含金属固体废料由切片机进行粗破成宽度小于15cm的粗料。

本发明所述的高压静电分选机，包括本体和可连续旋转的收尘极板，所述收尘极板为复数个并由中心轴串接固定，所述中心轴连接至电机，所述每两个收尘极板之间安装有一个放电极和刮板。

本发明所述收尘极板为一圆盘，圆盘之间安装有两个同一间距的绝缘轴套。

本发明所述放电极是一个与中心轴为同心的圆环，在同一个平面上圆环的四周均匀地分布多根放电芒刺，但预留一个扇型区域不设放电芒刺。

本发明所述放电芒刺的延长部位分别连接到同一方向的电极连接片上，电极连接片的两端再通过绝缘端子固定于设备的外壳上，放电极内环套在轴间绝缘套管上但保持一定的间隙。

本发明所述扇型区域部位对应的每两层收尘极板之间设置有一个橡胶刮板。

本发明所述本体的左上端设有进料口，其对应的垂直方向下端设置有金属粉尘收集区，非金属粉尘收集区设在本体的右下端。

本发明与现有技术相比，现有火法处理金属回收率仅为85％左右，金属的纯度约为95％，但处理过程会产生大量有毒有害的气体，严重污染环境，且吨废料焚烧成本约为500元/吨；湿法破碎金属回收率约为90％，金属的纯度约为85％，但处理过程会产生大量废水及大量非金属废料，吨废料处理成本约为450元左右；现有干法破碎处理设备因破碎功耗大，金属回收率仅为90％左右，金属的纯度约为80％，吨废料处理成本约为550元左右，且处理***故障率较高；本发明可实现金属回收率大于95％，分选的金属纯度大于90％，吨线路板处理成本约为200-300元人民币，且***全自动运行，处理过程中无粉尘废气、废水，并且噪声可控，远低于其他方式处理成本，经济效益相当可观，不会对环境造成任何损害。

附图说明

图1为本发明高压静电分选机的结构主视图。

图2为图1沿A-A的剖视图。

图3为本发明高压静电分选机的侧视图。

图4为本发明高压静电分选机收尘极板的示意图。

图5为本发明高压静电分选机中心轴的示意图。

图6为本发明高压静电分选机放电极的示意图。

图7为本发明高压静电分选机收尘极板的安装示意图。

图8为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述。

如图8所示，本发明含金属固体废料由切片机进行粗破成宽度小于15cm的粗料，采用剪切式旋转破碎机对物料进行一级破碎，再通过冲击式旋转锤式磨碎机破碎方式对废弃线路板进行二级粉碎，这种通过剪切式旋转破碎机和冲击式旋转磨碎机相结合的粉碎方式能对废弃线路板有效粉碎，同时对线路板中金属和非金属能有效地解离，不带电子元件的废弃印刷线路板物料在1.2mm以下达到完全解离，而带电子元件的废弃印刷线路板则在0.6mm以下完全解离；与现有工艺一级剪切式破碎、二级锤式破碎，破碎过程中电机的转速均为固定的方法相比，本发明采用切片机粗破、剪切式破碎机一级破碎、可调速锤式破碎机二级破碎，此种破碎方式与现有的二级破碎相比极大的提高了破碎机的工作效率和降低了破碎工序的能耗，其中增加了切片式破碎机后，剪切式破碎机的破碎效率增加了一倍；通过调节破碎机的转速可有效的破碎不同厚度及不同材质的电子废料。上述破碎方式与现有国内破碎方式比较具有能耗低，破碎效率高，以200kg/h的破碎处理***来比较，现有国内的破碎***所需能耗约为60kw，而本发明破碎***能耗不超过30kw；本发明分级破碎方式可解决破碎设备的工作负荷在合理的范围内运行，故障率大大降低，使设备持续运转成为可能。

其次，进行重力分选、旋风分选及静电分选：物料经过二级破碎后由离心风机抽到重力分选机及旋风分离器，重力分选机将大于60目的粉尘颗粒送入振动筛，小于60目的粉尘通过风机送入旋风分离器，含金属的粉尘会落入旋风分离器的集灰斗后送入振动筛，分离出的粉尘进入布袋除尘器，这类粉尘通过分析后基本不含金属粉末；大于60目的物料粉末进入振动筛，通过振动筛可分选出60目、40目、20目及10目的物料；其中10目以内的物料大部分粒径在2mm左右，金属和非金属尚未完全分离，所以再送入二级破碎机继续破碎；小于20目的物料可通过高压静电分选机分别实现金属和非金属分离。应用本发明的高压静电分选机后金属粉尘与非金属粉尘分离的效率可以大大提高，同时分离出的金属粉尘中非金属粉尘的含量大大降低，一般通过一级静电分选即可实现含尘率小于5％。

第三，分离后的金属及非金属处理：因金属粉末内含有金、钯、银、铜、锡、镍、铝、锌等各种金属，通过建立一套电解生产线即可实现各种金属高纯度分离，从而实现金属的再次利用；废印刷电路板的物理回收处理方法，必然会有很多非金属材料产生，如果得不到有效的利用，将会对环境造成二次污染，造成资源的浪费。非金属粉末物料是一些含溴的环氧树脂，玻璃纤维等有机物质构成，具有极好的绝缘性能及阻燃性能，通过研究应用后作为酚醛玻璃钢的填充料可以使之变废为宝。

本发明在破碎过程中采用的干法冲击式粉碎方式对印刷线路板能达到很好的粉碎效果。高载荷、高应变率冲击作用是其主要原理，伴有剪切、碾磨。但这些作用如果不采取相应的措施就可能导致局部热量积累并造成树脂热分解释放有机污染物，甚至是含溴的巨毒性物质，热解产物可能包括溴代烃、甲苯、溴苯、溴甲苯及少量的酚、甲酚、溴酚等。局部高温是造成粉碎中热解污染物释放和积累的根本原因，因此有必要改进粉碎工艺使局部温升限制在裂解温度以下，相关试验研究表明，低于275℃有机物料基本上不会产生裂解，275℃开始，聚合物的分子链开始断裂，包括端基消除以及骨架裂解等；而裂解的同时双键结构可能捕获其它自由基如H、OH、Br等生成烷烃、醇以及溴代烃，同时会产生苯单体、甲苯、乙苯、溴苯、溴甲苯等物质的存在，产物中大部分有机物在极小的浓度下便具有恶臭和强烈的毒性(摘自清华大学学报(自然科学版)2006年第46卷第12期：废印刷线路板粉碎处理中热解污染的试验研究——赵明，李金惠，于可利，朱芬芬，温雪峰)。因项目在生产过程不存在高温、高压等工作环境，所有工序都是在常温常压下运行，各破碎机在物理破碎过程会存在局部温度升高的情况，但破碎分离的全程是通过风机来抽取破碎物质，只要风机的风量设置合理，破碎过程中就不会出现温度累积的情况，同时通过变频器来调节电机的转速，可有效控制破碎过程中局部温度不超过产生裂解的临界温度275℃，在试验过程中正常破碎环节设备总体温度不超过40摄氏度，同时也无任何恶臭异味产生，因此可初步排除粉碎过程会产生热裂解。但为了控制生产过程绝对安全可靠，正常生产过程中对生产车间的空气质量必须设置监测设备，并加强车间通排风量，生产过程中排放的废气通过布袋除尘器后引入高空排放，同时生产过程粗破、一级破碎、二级破碎及静电分选等工序均可实现自动投料，生产过程可实现在一个密闭的***内运行，通过以上措放极大的消除了生产工艺过程中产生的安全隐患，可实现安全生产。另一般线路板主要为溴化或高溴化环氧树脂，溴含量可达到10％～50％，作为主体树脂的同时也提供板材的阻燃性能，此类粉尘具有绝好的绝缘性能和阻燃性能，不存在燃烧或***的危险，因此生产过程中不存在火灾及***类安全隐患；同时电力设备均为常压状态，按常规的安全操作制度就可实现安全生产，其中高压静电设备因使用的高电压和低电流参数，在使用过程即使出现不小心接触到放电部位也不会造成人体伤害，也不会有安全隐患，因此生产过程中安全问题完全在可控制的范围内。

本发明在静电分选工艺中使用的高压静电分选机，不仅可以有效的解决设备的非金属自动清灰问题，同时不影响设备的连续运转，设备的收尘极板洁净度始终维持在一个较好的水平，从而可以实现稳定高效的吸附非金属粉尘的效果，金属与非金属的纯度及分离量大幅提高，且分离过程中粉尘容易控制，设备日常维护工作量及难度都很小，不易形成飘尘，同时可以实现自动化运作。如图1、图2和图3所示，本发明所述的高压静电分选机，包括本体和可连续旋转的收尘极板8，所述收尘极板8为复数个并由中心轴7串接固定，每两个收尘极板8之间安装有一个放电极9和刮板，放电极9由电极连接片10连接并接至正极进线17。收尘极板8为一圆盘(如图4所示)，中心轴7为一刚性圆轴(如图5所示)，中心轴7穿过多片圆盘的圆心，将多片圆盘串连起来，圆盘之间安装两个同一间距的绝缘轴套3以保持稳定的板间距，绝缘轴套3两端由固定螺母4固定，从而将圆盘均匀固定在中心轴7上，圆盘和中心轴7保持接触良好，每片圆盘的两面都是有效的收尘面积，叠加起来的面积可以和固定片式静电设备的面积相当；单个放电极9是一个与中心轴7为同心的圆环，在同一个平面上圆环的四周均匀的分布多根放电芒刺，但预留一个扇型区域不设放电芒刺(如图6所示)，放电场结构为每两个收尘极板8之间安装一个放电极9，各放电芒刺的延长部位分别连接到同一方向的电极连接片10上，电极连接片10的两端再通过绝缘端子2固定于设备的外壳上，放电极9内环套在轴间绝缘套管上但保持一定的间隙(如图7所示)。中心轴7两端设有反牙，其中一端连接有轴承5和皮带盘6，通过传动皮带14与电机11连接，另一端连接有轴承和负极受电槽。本体由上本体15和下本体1组成，通过本体支架螺母16固定在本体支架12上。进料口101设在设备的左上端，对应的垂直方向的下端设置金属粉尘收集区201和金属粉尘收集袋202，非金属粉尘收集区301设在设备的右下端，其下是非金属粉尘收集袋302，橡胶刮板13设置在未安装放电芒刺的扇型区域部位每两层收尘极板8之间。

当含金属及非金属的粉尘通过振动筛送入设备的进料口，振动筛可以将相同粒径的粉尘均匀的进入高压电场，其中金属粉尘荷电后由于其良好的导电性所带的电荷很快被接地的放电极释放，成为不带电的颗粒，在重力作用下进入金属粉尘收集区，而非金属粉尘荷电后由于其较差的导电性，带电的颗粒在电场的作用下被收尘极板吸附，收尘极板在电机的传动轴作用下不停的转动，当转到橡胶刮板区后收尘极板上吸附的非金属粉尘就被橡胶刮板刮入集灰斗，如此循环进行，从而实现金属与非金属粉尘高效分离。由于收尘极板不断被刮板清理后一直维持在相对洁净的状态，从而保持电场始终处在一个高效稳定的工作状态，从而实现收尘效果的稳定性和高效性，用在分选机上的效果是非金属被收尘极板高效吸附使流入金属收集区的金属粉尘纯度大大提高，从而实现金属与非金属粉尘的高效分离和设备的连续运行。

本发明在小试阶段已成功解决了破碎难题，中试阶段可实现在风选、静电分选方面可做到金属回收率达95％以上，金属纯度约92％，按处理200kg/h废线路板，总造价不超过100万人民币，且***全自动运行，处理过程中无粉尘废气、废水，并且噪声可控，吨线路板处理成本约为200-300元人民币，远低于焚烧及其他方式的处理成本，而回收的价值单面板可实现2000-2500元/吨的经济收益，多面板可实现近10000元/吨人民币的经济收益，经济效益相当可观，同时不会对环境造成任何损害，真正可实现经济效益和环境效益双丰收。

Claims (8)

1.一种含金属固体废料回收方法，包括以下步骤：

(1)含金属固体废料由切片机进行粗破、剪切式破碎机进行一级破碎、可调速锤式破碎机进行二级破碎；

(2)物料经过二级破碎后由离心风机抽到重力分选机及旋风分离器，重力分选机将大于60目的粉末颗粒送入振动筛，小于60目的粉尘通过风机送入旋风分离器；

(3)小于60目的含金属粉尘落入旋风分离器的集灰斗后送入振动筛，分离出的非金属粉尘进入布袋除尘器；

(4)大于60目的物料粉末进入振动筛，通过振动筛分选出60目、40目、20目及10目的物料；其中10目以内的物料再送入可调速锤式破碎机进行二级破碎；小于20目的物料送入高压静电分选机，通过多个由中心轴串接固定的收尘极板旋转分离金属和非金属粉末；

(5)分离后的金属粉末由电解生产线实现各种金属的高纯度分离，非金属粉末物料作为玻璃钢的填充料使用。

2.根据权利要求1所述的含金属固体废料回收方法，其特征在于：所述含金属固体废料由切片机进行粗破成宽度小于15cm的粗料。

3.一种用于权利要求1所述方法的高压静电分选机，包括本体和可连续旋转的收尘极板，其特征在于：所述收尘极板为复数个并由中心轴串接固定，所述中心轴连接至电机，所述每两个收尘极板之间安装有一个放电极和刮板。

4.根据权利要求3所述的高压静电分选机，其特征在于：所述收尘极板为一圆盘，圆盘之间安装有两个同一间距的绝缘轴套。

5.根据权利要求4所述的高压静电分选机，其特征在于：所述放电极是一个与中心轴为同心的圆环，在同一个平面上圆环的四周均匀地分布多根放电芒刺，但预留一个扇型区域不设放电芒刺。

6.根据权利要求5所述的高压静电分选机，其特征在于：所述放电芒刺的延长部位分别连接到同一方向的电极连接片上，电极连接片的两端再通过绝缘端子固定于设备的外壳上，放电极内环套在轴间绝缘套管上但保持一定的间隙。

7.根据权利要求5所述的高压静电分选机，其特征在于：所述扇型区域部位对应的每两层收尘极板之间设置有一个橡胶刮板。

8.根据权利要求7所述的高压静电分选机，其特征在于：所述本体的左上端设有进料口，其对应的垂直方向下端设置有金属粉尘收集区，非金属粉尘收集区设在本体的右下端。

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