第五周涡电流分选.ppt

1,第五周电子废物的涡电流分选,2,分选原理,物理基础基于两个重要的物理现象：一个随时间而变的交变磁场总是伴生一个交变的电场 载流导体产生磁场,图1 涡电流分离原理,3,1889年，美国大发明家爱迪生取得了交变磁场涡电流分选机的发明专利。电磁交变磁场涡电流分选机由于结构笨重、投资大以及分选效果差，未能得到广泛应用。,永磁材料的发展：钡铁氧体磁体（1957）、钐钴系磁体（1974），永磁涡电流分选机开始出现。美国Eriez磁力公司，德国Wagner公司旋转交变磁极具有单位磁极面积处理能力大、选择性好(交变磁场频率可调节)、被处理金属物料粒度范围较宽(与金属物料形状有关)等优点，故在工业发达国家很快得到推广使用。这种设备尽管结构较复杂，价格较高，单仍能以较低的成本从废弃物中回收日益增多的有色金属。,4,非金属,有色金属,涡电流分选装置的结构示意图,5,CRIMM型涡电流分选机,6,H为磁场强度，f为磁场交变频率,n为磁辊转速；p为磁极数,由（1）式和（2）式关系表明，可以用提高磁场强度、增高磁辊转速及增加磁极个数的办法使分选斥力达到最大值。但是，随着f的增高，交变磁场穿入导体颗粒的深度减小，故当f或n增高到某一临界值后，斥力Fr开始减弱。,7,式中m为物料的质量，为电导率，为密度（比重），s为物料形状因子。,某些金属的比电导（/）/Sm2t-1,8,对任何给定的导体，斥力及随后的分离效率与相互作用的变量有关，其函数关系较为复杂。,总斥力：,增大颗粒的斥力，可增加有色金属颗粒的回收率。,9,涡电流分选设备的核心即分选系统，而磁体转筒是分选系统的心脏。涡电流的产生采用永久磁体而不是线圈，大大缩小了磁体转筒的体积。同时使用变频器改变转动频率，可产生不同效力的涡电流。以美国Eriez磁力公司生产的涡电流分选设备为例，主要有四种不同结构的磁体转筒：,1.铁氧磁体：铁氧金属适合分选垃圾中的废铝与塑料，也可分离不同的有色金属，如铝、黄铜、铅等混合金属的分选。2.稀土金属拱形结构：使用高磁力的铷、硼、铁稀土永久磁石，将其弯曲安装于壳体外形上，高频转子有22个电极，可从电子垃圾、塑料、碎玻璃、铸造砂、城市垃圾分选回收有色金属。3.稀土元素原型结构：使用稀土元素氧化物磁铁块产生较深的涡流场，转子有16个电极，适合从大流量物料中分离有色金属，如固体废弃物、汽车废物中有色金属的分选回收。4.超级涡流：使用巨大弯曲度的稀土元素氧化物磁铁块，在涡流输送带的表面上有超过5,000高斯的磁通量，这种磁体转筒适合大吨位处理量的应用。,10,德国Steinert公司制造的涡电流分选设备所用磁体转筒属于偏心式磁体转筒系统，偏心式磁体转筒系统的优点避免了传统同心式磁体转筒旋转时，铁质粒子渗进皮带和磁体转筒间而无法排出，造成跳动摩擦生热破坏皮带和轮毂。偏心式磁体系统可根据物料不同而调整磁极的中心位置，使有色金属能以最适宜的角度跳离，获得最佳的分选效果。,11,涡电流分选的应用：,1.城市固体废弃物的处理：,12,2.工业固体废弃物的处理：,涡电流分选的应用：,13,3 铝及有色金属铸造业中型砂的提纯,涡电流分选的应用：,表2 涡电流分选的典型应用,14,涡电流分选的应用：,4.电子废物中有色金属的分选回收,实验室用永磁滚筒式涡电流分选机（Erize）,15,分选装置,磁辊转子和皮带的转速由两个变频器分别控制，变频器的频率变化范围均为0-50Hz。,16,振动给料装置,振动作用？,17,控制系统,18,挡板,三个产品槽,物料的收集系统,19,金属铝与废塑料的分选试验：,分选物料:试验采用307.3克2-5mm的金属铝片与301克5mm塑料片的混合物,分选效果的评价：,E分选效率；x1抛入精矿槽的金属铝的数量或质量；x0金属铝的总量（数量或质量）；y2抛入尾矿槽中的塑料的数量或质量；y0塑料的总量（数量或质量）。,20,转子转速对分选效果的影响：,21,转子转速对分选效果的影响：,起抛角度大于45后，分选效率降低。,22,皮带转速对分选效果的影响：,23,皮带转速对分选效果的影响：,当振动给料机的给料速度一定时，皮带的转速影响物料在皮带上分布的密度。当皮带变频器频率从6Hz增加到11Hz的过程中，皮带上的物料分布的密度逐渐减小，使得在分选区域颗粒之间的相互作用逐渐减弱，从而有利于分选的顺利进行。另一方面，由于转子的转速保持不变，当皮带转速增大时，被分选物料在分选区域停留的时间变短，当皮带转速增大到一定程度时，金属颗粒与磁场之间来不及的充分作用，因此降低了分选效率。,24,给料速度对分选效果的影响：,原因是当皮带转速及转子转速一定时，给料速度的增加会造成皮带上的物料分布的密度增加，增大物料颗粒之间相互干扰的机会，甚至出现物料颗粒的相互叠加，严重影响分选效果,25,给料速度过大造成分选效率降低,给料速度对分选效果的影响：,26,铝与塑料分选的正交试验设计表,铝与塑料分选的正交试验：,27,表3-7 铝与塑料分选实验分析综合表,表3-8 铝与塑料颗粒正交实验结果,28,表3-9 各类模型方差分析表,表3-10 R2综合分析表,29,分选效率=95.27778+0.20667转子转速-0.053333给料速度-0.48333皮带转速,表3-14 试验结果综合分析表,铝与塑料分选的正交试验：,30,图3-9 分选效率的学生化残差分布图,图3-10 当皮带转速为7.66Hz时转子转速与给料速度之间关系的等高线,铝与塑料分选的正交试验：,31,不同粒度铝颗粒的分选试验：,粒度大于5mm的片状铝颗粒在不同转子转速下的回收率,32,粒度在2-5mm之间的片状铝颗粒在不同转子转速下的回收率,不同粒度铝颗粒的分选试验：,33,粒度小于2mm的片状铝颗粒在不同转子转速下的回收率,不同粒度铝颗粒的分选试验：,34,不同粒度金属铝分选时转子转速对回收率的影响,不同粒度铝颗粒的分选试验：,35,不同粒度铜颗粒的分选试验：,粒度大于5mm的片状铜颗粒在不同转子转速下的回收率,36,不同粒度铜颗粒的分选试验：,粒度在2-5mm之间的片状铜颗粒在不同转子转速下的回收率,37,不同粒度铜颗粒的分选试验：,粒度小于2mm的片状铜颗粒在不同转子转速下的回收率,38,不同粒度铜颗粒的分选试验：,39,不同形状铝颗粒的分选试验：,在其它条件相同的情况下，片状的金属颗粒在分选区域交变磁场的作用下，其内部产生的涡电流趋向于沿颗粒薄片所在平面分布，方向性较强，因此，颗粒受到磁场的排斥力也集中沿与导体颗粒薄片所在平面的垂直方向，使得颗粒所受的排斥力的合力的方向性及大小均得到增强，这有利于颗粒在水平方向抛出更远的距离，从而提高其回收率。对于块状颗粒：块状颗粒在分选区域的交变磁场中，内部感应的涡电流几乎均匀的分布在各个方向上，磁场对颗粒的排斥力也分散于各个方向，方向相反的排斥力作用的效果相互抵消，使得块状颗粒受到的排斥作用被削弱。因此，块状颗粒在水平方向抛出的距离较近，回收率较低。,40,不同形状铜颗粒的分选试验：,41,不同电导率金属颗粒的分选试验：,42,不同电导率金属颗粒的分选试验：,43,不同电导率金属颗粒的分选试验：,在相同的操作条件下，电导率的大小决定导体颗粒内部产生的涡电流的大小，电导率较大的铝颗粒内部产生较大的涡电流，由此受到磁场的排斥力也较大；对于电导率较小的铜颗粒来说，情况则相反。另一方面，对于粒度相同的铜和铝颗粒来说，铝颗粒的质量较小，铜颗粒的质量较大，即使在受到同样大小的排斥力产生的瞬间冲量的作用下，铝颗粒获得的速度的增量也比铜颗粒获得的速度的增量大。,44,-2+1mm粒级废弃线路板颗粒的正交试验,1-2mm粒级废弃线路板颗粒正交试验设计表,45,1-2mm废弃电路板颗粒正交试验结果,46,各类模型方差分析表,47,R2综合分析表,分选效率=58.32778+0.343333转子转速-0.25667给料速度+0.26667皮带转速,48,试验结果综合分析表,49,-1+0.5mm粒级废弃线路板颗粒的正交试验,0.5-1mm粒级废弃线路板颗粒正交试验设计表,50,0.5-1mm废弃线路板颗粒正交试验结果,51,分选效率=52.150000+0.31667转子转速-0.60000给料速度-0.41667皮带转速,试验结果综合分析表,52,从废弃电冰箱、洗衣机中回收铝的正交试验,粒度大于5mm物料分选的正交试验结果,53,各类模型方差分析表,54,分选效率=83.75556-0.086667转子转速-0.34667给料速度+1.16667皮带转速,55,2-5mm粒级废弃物料分选正交试验结果,56,分选效率=80.72778-0.073333转子转速-0.34000给料速度+1.05000皮带转速,试验结果综合分析表,57,采用涡电流从破碎后的废弃电冰箱、洗衣机物料中回收金属铝颗粒的研究表明：采用涡电流分选方法从大于2mm粒级的物料中回收金属铝效果比较理想。对于大于5mm粒级的物料，当转子转速为10.22Hz，给料速度为10%，皮带转速为5.19Hz时，分选效率最大约为85.46%；对于2-5mm粒级的物料，当转子转速为26.32Hz，给料速度为10.21%，皮带转速为5.96Hz时，分选效率最大约为81.59%。,58,形状分选的研究,根据颗粒形状分选固体颗粒的技术，最初广泛应用于农业领域，主要用来脱除粮食和种子中的杂物。近年来，利用形状分选技术提纯形状相同的颗粒，已经应用到矿业、资源精制以及废料再生利用等多个领域中。,59,颗粒形状分选时，首先要考虑颗粒形状特性值的差异。形状特性值包括颗粒的摩擦系数、滚动性、通过筛孔的速度和黏着力等。,形状分选的方法主要分为四类：（1）利用颗粒的摩擦系数或滚动性分选。如球形颗粒的滚动速度大于非球形颗粒，因此在形状分选机中它们的运动速度和轨迹存在着一定的差异，利用这一原理可以实现球形和非球形颗粒的分选；（2）利用颗粒通过筛孔的时间分选。越近似球形的颗粒通过一定大小圆孔的速度越快，与球形偏差越大的颗粒通过的速度越慢；（3）利用颗粒与壁间的黏着力分选。当固体颗粒的粒度和湿度保持一定时，颗粒与器壁间的黏着力大小取决于固体颗粒的形状，球形颗粒的黏着力大于非球形颗粒；（4）利用颗粒在液体中的沉降速度分选。,60,圆面摇床机械结构及工作原理,61,圆面摇床机械结构及工作原理,设备工作时，球形和非球形颗粒混合物通过给料漏斗给到盘面上，球形颗粒滚动性强，在重力势能的作用下沿圆锥面滚下，趋向于沿盘的半径方向运动，从而落入收集槽中；而非球形颗粒滚动性弱，甚至不滚动，由于盘面的差动运动，非球形颗粒受到惯性力和滑动摩擦力的作用，在盘面上作逆时针运动，同时在重力和离心力的作用下沿盘面半径方向运动，运动到盘外缘的颗粒落入收集槽中。,62,颗粒在圆面摇床上的受力分析及动力学方程,颗粒在圆面摇床上的受力分析,63,颗粒在圆面摇床上的动力学方程,颗粒在X/方向上的动力学方程：,颗粒在Z/方向上的动力学方程：,64,颗粒在圆面摇床上的动力学方程,颗粒在Z/方向上的动力学方程：,65,4 试验研究,4.1试验内容及试验方法4.2模拟物料形状分选试验研究4.3废旧印刷电路板破碎后各粒级产物解离特性及形状特性分析 4.4废旧印刷电路板形状分选试验研究,66,4.1试验内容及试验方法,利用不同形状模拟物料对圆面摇床形状分选的可行性进行实验研究；通过圆面摇床对模拟物料的分选效果，考察该分选机作为形状分选机时，对入料形状特性的要求；对废旧印刷电路板冲击破碎后的颗粒解离特性及形状特性进行分析评价，选择合适的物料进行形状分选。,4.1.1试验内容,67,4.1试验内容及试验方法,考察破碎后不同粒级废旧印刷电路板颗粒的可选性。考察不同操作条件（主要指摇床振动频率、盘面旋转角、盘面旋转半径及给料量）对分选效果的影响，并对工作参数进行优化。EMRECAM Ci3 颗粒高速动态分析系统进行颗粒实际运动轨迹的捕捉和分析。,4.1.1试验内容,68,4.1.2分选效果评价指标,本文利用牛顿分选效率、回收率及金属品位来评价分选效果：球形和非球形颗粒的回收率计算：,牛顿分选效率的计算：,品位的计算：,69,4.2模拟物料试验研究,4.2.1模拟物料,70,4.2.2不同形状模拟物料在分选机中运动规律的研究,操作条件为电机转动频率45HZ、摇床盘面旋转半径为140mm、盘面倾角为8。,71,4.2.3颗粒形状对分选效果的影响,振动频率45HZ，旋转半径140mm，给料量100克，两种物料质量比为1：1,72,4.2.3颗粒形状对分选效果的影响,73,4.2.4摇床盘面对分选效果的影响,模拟物料在光滑盘面上试验结果,74,4.2.4摇床盘面对分选效果的影响,相同操作条件下，A、E两种模拟物料在带床条盘面（S）上和光滑盘面（W）上的试验结果对比图,75,4.2.4摇床盘面对分选效果的影响,下面是A、E两种物料的混合物分别在两种盘面上进行分选的试验结果，试验条件为振动频率45HZ，旋转半径140mm，给料量160克，两种物料质量比为1：1。,76,4.2.5给料量及给料质量分数对分选效果的影响,给料物质为圆形度0.956、圆球率0.432的物料B与圆形度0.918，圆球率0.250的物料E的混合物，操作条件为电机振动频率45HZ，旋转半径140mm，盘面倾角8。,B、E混合物料在不同给料量下的分选结果,77,4.2.5给料量及给料质量分数对分选效果的影响,B、E混合物料在不同质量分数下的分选结果,78,4.3废旧印刷电路板破碎后各粒级产物解离特性及形状特性分析,印刷电路板是由基板及插槽、集成电路、电容、开关、电阻等元器件组成的，其中含有铜、铝、铁等多种金属和玻璃纤维、树脂、塑料等多种非金属。印刷电路板中各组分间的力学特性存在着较大的差异，其中的金属（如铜、锡、铝、锌等）具有良好的延展性，在机械力的作用下容易发生弯曲变形，很难产生裂缝或断裂，不易被粉碎；而塑料性脆易裂，容易破碎；其中起固结作用的热固性树脂在常温下也呈脆性，易于破碎；电路板基体材料玻璃丝具有良好的弹塑性，在压力及拉力作用下也易于变形且难以断裂，但在低温环境下或高速冲击力作用下玻璃丝易发生脆性断裂。印刷电路板中各金属与非金属组分之间通过较弱的粘结力或连接力结合起来，远小于同组分间的内部键力，所以在受到合适的机械力作用时，容易发生各组分间沿结合面破碎。,79,4.3废旧印刷电路板破碎后各粒级产物解离特性及形状特性分析,52mm粒级PCB破碎产物,21mm粒级PCB破碎产物,10.5mm粒级PCB破碎产物,80,4.3废旧印刷电路板破碎后各粒级产物解离特性及形状特性分析,0.50.25mm粒级PCB破碎产物,0.250.125mm粒级PCB破碎产物,0.125mm以下粒级PCB 破碎产物,81,4.3废旧印刷电路板破碎后各粒级产物解离特性及形状特性分析,根据上面的实验结果可知，插槽的组成成分简单，各组分间结合力较弱，比较容易解离，一般在1mm左右就已充分解离，并且由颗粒形状观察可知，破碎后，插槽中的塑料呈球状或颗粒状，而金属呈原有的长条状，横截面为矩形，这种形状上的差异，为金属和塑料的形状分选提供了良好的前提条件。,82,4.3废旧印刷电路板破碎后各粒级产物解离特性及形状特性分析,插槽中的金属垂直插入基板中，底部用焊锡和基板固定，上部与塑料结合，这种插槽与基板的连接方式使得插槽很容易从基板上拆卸下来单独处理，插槽的单独处理也可以使后续基板的破碎分选得到简化、节省能耗，并且在一般的物理分选方法中，破碎插槽颗粒的形状对分选过程产生着一定的影响，所以对破碎插槽的单独处理也可以减小对后续处理的影响。,83,4.4废旧印刷电路板形状分选试验研究,影响分选效果的因素主要有摇床本身的操作特性和入料颗粒的物理性质。根据本试验给定的系统以及模拟物料的试验结果，确定后续试验主要可调因素有电机转动频率、盘面旋转半径及给料量。,84,4.4废旧印刷电路板形状分选试验研究,4.4.1摇床振动频率对分选效果的影响,不同频率下52mm粒级破碎插槽分选结果,85,4.4.1摇床振动频率对分选效果的影响,不同频率下21mm粒级破碎插槽分选结果,操作条件：盘面旋转半径140mm、给料量20克,86,4.4.2摇床盘面旋转半径对分选效果的影响,不同旋转半径下52mm粒级破碎插槽分选结果,87,4.4.2摇床盘面旋转半径对分选效果的影响,不同旋转半径下21mm粒级破碎插槽分选结果,操作条件：摇床振动频率45HZ、给料量20克,88,4.4.3给料量对分选效果的影响,不同给料量下52mm粒级破碎插槽分选结果,89,4.4.3给料量对分选效果的影响,不同给料量下52mm粒级破碎插槽分选结果,操作条件：摇床振动频率45HZ、盘面旋转半径140mm,90,4.4.4二次分选试验,两粒级破碎插槽二次分选与一次分选结果比较表,91,4.4.5正交试验研究,4.4.5.1 52mm粒级破碎插槽正交试验结果及分析,92,4.4.5.1 52mm粒级破碎插槽正交试验结果及分析,各类模型方差分析表,R2综合分析,93,4.4.5.1 52mm粒级破碎插槽正交试验结果及分析,推荐模型方差分析,从上表可以看出对于52mm粒级破碎插槽的分选，因素A（给料量）是显著因素，而因素C（旋转半径）是不显著因素。因素与评价指标间的关系：=+64.21-1.99A-1.83B+1.27C 其中表示牛顿分选效率、A表示给料量、B表示摇床振动频率、C表示盘面旋转半径,94,4.4.5.2 21mm粒级破碎插槽正交试验结果及分析,95,4.4.5.2 21mm粒级破碎插槽正交试验结果及分析,各类模型方差分析,R2综合分析,96,4.4.5.2 21mm粒级破碎插槽正交试验结果及分析,推荐模型方差分析,从上表可以看出，对于21mm粒级破碎插槽，A和C及A、B的交互作用是显著因素因素与评价指标间的关系：+69.99-2.04A-0.73B+2.27 C+2.71 A B-2.50 A C-0.14 B C其中表示牛顿分选效率、A表示给料量、B表示摇床振动频率、C表示盘面旋转半径,97,5 摇床盘面及盘面上颗粒运动轨迹分析,（1）摇床盘面上任一点的运动轨迹,（2）模拟物料颗粒在分选机中的运动轨迹,98,5 摇床盘面及盘面上颗粒运动轨迹分析,（3）52mm粒级破碎插槽颗粒的运动轨迹,（4）21mm粒级破碎插槽颗粒的运动轨迹,99,干法分选的缺点,无法有效回收细粒级组分。-0.074mm以下。,