浅析电子废弃物的破碎与分级
0 前言
随着信息时代的发展，大量被废弃的电子电器设备将对环境造成新的污染。本文就利用机械分离技术从破碎环节入手，阐述了破碎对电子废弃物中不同金属及金属与非金属间的解离影响，然后分别分析破碎和分级对空气摇床分选、高强度涡电流分选等材料富集方法的影响。
1 破碎对物料解离的影响
电子废弃物的材料组成和结合方式都很复杂。其组成主要为两大类：金属和非金属。金属组分主要包括铁磁体、有色金属（如铜、铝）、贵重金属（如金、银）及焊料金属（如锡、铅）等。非金属组分主要是含特殊添加剂的热固性物质（如溴化环氧树脂）、玻璃纤维等。
1.1破碎对金属与非金属解离的影响
尽管电子废弃物组成复杂，但金属和非金属组分在力学性能方面差别很大。一般情况下，电子废弃物中各种非金属成分属“脆性”材料。在一定的破碎强度下，不同材料的变形情况不同，脆性材料被破碎成粉末，金属材料则形成多层球状物，从而实现金属和非金属的解离。研究发现，印刷线路板一般破碎到0.6mm时，金属颗粒基本上可达100%的解离。
1.2破碎对各种金属颗粒解离的影响
电子废弃物的破碎一般以剪切、冲击作用为主，常用的破碎设备有锤碎机、切碎机等。锤碎机破碎程度的重要衡量指标是锤子的转速。锤碎机在处理电子废弃物过程中，金属颗粒的粒度随锤碎机转速的增加而减小。但对于细粒径＜0.5mm的物料进一步研究表明，锤碎机的破碎能力是有限度的。
日本Jae-Chum LEE等人在利用形状分离方法回收印刷线路板上的铜、锡和铅的研究表明：铜与锡、铅的破碎限度不同。试验结果如图1，2所示。
 图1不同的锤速对铜颗粒分布的影响 |
 图2不同的锤速对锡铅颗粒分布的影响 |
图1中，随着锤速的增加，＜500μm的铜颗粒不断增加，但＜297μm的颗粒随着锤速的增加并无明显的变化，即＞500μm的铜颗粒能被磨碎的粒度范围为297～500μm。
图2中，当锤速增加至43.6m/s时，＜500μm的焊料颗粒（主要成分是锡、铅）的累计产率增加并趋于100%。同时，149～297μm的焊料颗粒也不断增加。
以上分析表明，随着转速的增加，焊料颗粒度不断减小，而铜颗粒的粒度不小于297μm，这样即可实现不同金属的解离。同时，利用倾斜振动平板（IVP）对297μm和149～297μm的物料分别进行研究发现，大颗粒物料（主要以铜为主）比小颗粒物料（以焊料为主）更趋于球形。
2 物料粒度和形状对空气摇床分选的影响
空气摇床分选技术过去用于选种和选矿行业，现已成功地应用于电子废弃物的商业化回收。在空气摇床分选过程中，颗粒在气流作用下分层，下面的重物料受板的摩擦及振动作用沿板作爬坡运动；轻颗粒则由于板的倾斜而向下漂移，从而实现物料的分离。
一般空气摇床由流动层、振动层及风力分级组成，分选原理复杂。人们对空气摇床分选技术进行大量的研究表明：①不同密度、相同粒度的颗粒，比粒群平均密度小的轻颗粒向上运动，重的向下运动；②不同粒度相同密度的颗粒，比粒群平均粒度小的颗粒向上运动，大的向卜运动；③不同粒度和密度的颗粒将无法有效地进行分层和分离。这就对空气摇床的入料提出了较高的要求，即必须保证入料颗粒的大小和形状不能相差太大。因此，破碎后的物料必须仔细分级，对窄级别的物料进行分选。
在张顺利等人利用空气摇床回收电子废弃物金属的研究中，样品是PC和PCB废品混合物（PC:PCB＝55%:45%）。采用破碎机（granulator）和形状分离器（shape separator）对物料进行预先破碎、分级处理，其流程如图3所示。
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图3空气摇床分选预处理过程示意
电子废弃物先经拆解、破碎、分级筛分后，＜7mm的颗粒用于空气摇床分选。试验已经得到证明，＜3mm的金属颗粒已达到很好的解离，利用破碎机将<7mm的颗粒碎至＜3mm。但此时颗粒的形状仍保持非均一性，如一部分铜丝颗粒被拉长，而树脂和玻璃颗粒近似方形或球形。依据颗粒形状的不同，利用形状分离器再处理。形状分离器是一种特制的双层筛，上层筛筛孔形状为长条形，规格为1mm×10mm，下层筛筛孔形状为直径0.6mm圆孔。＜3mm的物料经过处理后，分离器上层筛筛上物大部分为方形塑料颗粒，下层筛筛下物为粉状玻璃，中间部分为含铜量较高且形状相似的物料。为保证空气摇床入料的粒度差别不大，对形状分离器中间产物进一步窄粒级分级，将入选物料限定在一个狭小的范围内，一般为0.6mm～1.0mm粒级，以保证空气摇床的分选效率。
3 颗粒的粒度、形状对涡电流分选的影响
3.1粒度的影响
涡电流分选（ECS）是在交变的电、磁场中利用作用在不同颗粒上的磁性偏转力的差异对物料进行分选的。磁性偏转力除了与磁感应强度、颗粒导电率有关外，还与颗粒的维度、形状有关。
过去涡电流分选机主要用于处理废弃汽车、城市垃圾（MSW）。在这种情况下，铝的平均解离度为50mm，但电子废弃物中铝的平均解离度要相对小得多。
目前研究开发的高强度涡电流分选机（HFECS），对于较小的颗粒也能进行有效的分离回收铝。通常，HFECS前设置预先筛分系统，将＜7mm的干扰颗粒除去，＞7mm的颗粒物用HFECS进行分离处理。作用在小于2～3mm的细金属颗粒上的磁性偏转力过小而使运动轨迹趋于非金属颗粒，所以小于2～3mm的颗粒无法用于HFECS进行有效分选。
3.2形状的影响
涡电流分选过程中，颗粒的形状是重要的影响因素之一。由于颗粒的形状不同，导致颗粒所处的有效磁场各异。颗粒的不规则形状，不仅可削弱涡电流，还能使引起颗粒偏转的磁场周围环境和磁场取向发生较大的变化，进而影响颗粒的偏转。对于给定体积不同形状的导体，有效磁场强度（Be）遵循如下规律：Be（片状导体颗粒）＞Be（球形导体颗粒）。偏转角度D与Be2成正比，则D（片状导体颗粒）＞D（球形导体颗粒）。试验证明，在ECS分选过程中，片状或盘状颗粒的偏转远大于球形或不规则颗粒的偏转。所以，电子废弃物破碎过程中，要避免球形颗粒及不规则颗粒的产生，即避免物料过粉碎的产生。
4 结论
采用机械分离方法处理电子废弃物过程中，破碎解离和分级人选对分选作业有很大的影响。为了提高产品的品位及回收率，应根据不同的分选方法，采取适当的破碎解离及分级作业，以保证高效地处理电子废弃物。同时，我们还需要开发新的处理设备，寻找更有效的分离手段。
参考文献略
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