變徑水介質(zhì)分選床分選機理的研究

王小春 段晨龍 陳常州

(1中國礦業(yè)大學化工學院，江蘇 徐州 221008；2河南永錦選煤有限公司，河南 禹州 461470)

引言

隨著電子產(chǎn)品的日益增多，電子廢棄物的回收與再利用已成為人們研究的熱點問題。現(xiàn)今處理電子廢棄物的方法主要是化學方法和物理方法。采用化學方法對電子廢棄物中的金屬進行回收，回收效率較高，但會對環(huán)境造成污染，加之社會對環(huán)境問題的日益重視，人們越來越傾向于對采用物理方法回收廢棄電子產(chǎn)品中的貴金屬的研究。變徑水介質(zhì)分選床便是采用物理方法進行回收的分選設(shè)備。

1 設(shè)備工藝原理

變徑水介質(zhì)分選床模型是由給料漏斗、床體、流體分布器、濾袋、循環(huán)水箱及水泵等幾部分組成的。如圖1-1所示，分選在水介質(zhì)下進行，首先用泵將循環(huán)水箱中的水由底流口注入到分選床體之內(nèi)，循環(huán)水溢滿床體之后由溢流管流回到循環(huán)水箱，這就形成了一個閉合的動力水循環(huán)系統(tǒng)。分選時，由給料漏斗給料，采用流量計控制給料速度，當物料進入分選床床體時，輕重物料得到分離。

圖1 試驗工藝流程設(shè)計圖

圖1-2是變徑水介質(zhì)分選的工藝流程。這種工藝的特點是：1僅包括破碎、篩分和分選三個過程，流程比較簡單；2破碎和提供上升水流是主要的能量消耗。由于電路板材質(zhì)較脆、硬度較小，破碎過程中所需要的能量較少，而且提供上升水流的耗能量比其他分選方法中設(shè)備耗能量少，使得整體耗能較少，運行成本較低；3分選過程中用到了水作為介質(zhì)，原料比較普遍；同時水介質(zhì)還可以循環(huán)利用，減少了資源的浪費.變徑水介質(zhì)分選床的工藝流程是一種理想的分選廢棄電路板的方法，與其他物理方法分選電路板相比具有一定的優(yōu)越性。

2 分選中運動軌跡

分選床內(nèi)的流體運動軌跡是分析輕重產(chǎn)物分離的關(guān)鍵。在分選過程中，水介質(zhì)在流體推力和自身重力的作用下沿著床體運動到最高點時，一部分溢出床體進入溢流區(qū)；而另一部分則繼續(xù)留在床體沿船體向下運動。這樣在床體的溢流口附近的流體就形成了一個渦流狀區(qū)域，此區(qū)域即為給入的物料顆粒進行分離區(qū)域。當給料顆粒進入到渦流狀區(qū)域時，輕物料顆粒受到的浮力比重力大，因此會沿著溢流水的運動軌跡作為溢流產(chǎn)物；而對于重物料顆粒則受到的重力大于浮力，因此重物料顆粒會沿著回流水的方向沿床體內(nèi)壁滑落到床體底部成為重產(chǎn)物。可見，渦流狀區(qū)域的穩(wěn)定性決定了分選效果的好壞。

圖2-1 水介質(zhì)的運動軌跡

圖2-2 輕重顆粒運動軌跡

渦流狀區(qū)域的形成狀況受到水流速度和流體分布器管孔方向的影響，也受到床體傾角的影響。當水流速度超過一定范圍內(nèi)，穩(wěn)定的渦狀區(qū)域遭到外力的破壞，逐漸變成沿床體方向的上升流向，使大部分水流越過床體內(nèi)壁形成溢流，容易使溢流產(chǎn)品中帶入大量的銅屑，影響回收率；而如果水流速度小于一定范圍，穩(wěn)定的渦流狀區(qū)域因缺少外力的維持而不能形成，幾乎所有的水流都不能越過床體內(nèi)壁，使底流產(chǎn)品中混入大量的輕產(chǎn)物，影響精礦的品位。

傾角對渦狀區(qū)域的形成也很重要。傾角過大，水流在流出床體時仍然具有沿垂直重力方向向上的速度，不可能形成渦狀區(qū)域；傾角過小，水流的水平速度很小，由于介質(zhì)間的阻力作用很難形成水平方向的位移，因此也不能形成渦狀區(qū)域。

料管進入床體后，由于輕產(chǎn)物（玻璃樹脂）和重產(chǎn)物（銅）密度差別很大，在進入水流的一段距離便形成了兩條運動軌跡，兩條運動軌跡有重疊區(qū)域，這是由于給料口附近的一段區(qū)域內(nèi)介質(zhì)并不完全是水，而包括水和輕重產(chǎn)物的復合介質(zhì)。物料在渦狀區(qū)域內(nèi)受到流場作用，輕產(chǎn)物隨著從渦狀區(qū)域里溢出的液體分離出來；重產(chǎn)物則隨著渦狀區(qū)域的下逆流，到了床體內(nèi)壁，沿著床體內(nèi)壁向下滑落。

3 干擾沉降

實際分選過程中，并非是有限顆粒在無限介質(zhì)中的分離運動，而是成群的礦粒在有限介質(zhì)空間里的分離運動，因此顆粒在分離過程中并不是按照簡化模型中提到的分離運動過程，而是存在諸多干擾因素的，主要有：

1、流體介質(zhì)的粘滯性增加，引起介質(zhì)阻力變大。由于粒群中任一顆粒的運動均將引起周圍的流體運動，同時由于固體顆粒的大量存在，且這些固體又不像流體介質(zhì)那樣易于變形，結(jié)果介質(zhì)就會受到阻尼而不易自由流動，這就相當于增加了流體的粘滯性，從而使顆粒的運動速度降低。

2、顆粒運動時與介質(zhì)的相對速度增大，導致運動阻力增大。由于粒群在有限的容器中運動時，流體受到容器邊界的約束，根據(jù)流體的連續(xù)性規(guī)律，一部分介質(zhì)的下降便會引起同體積介質(zhì)的上升，從而引起一股附加的上升水流，使顆粒與介質(zhì)的相對速度增大，導致介質(zhì)阻力增加。

3、機械阻力的產(chǎn)生。處于運動中的粒群，顆粒之間、顆粒與器壁之間產(chǎn)生摩擦碰撞，致使每個沉降顆粒除受介質(zhì)阻力外，還受機械阻力。

顆粒干擾運動時所受阻力的大小，主要取決于介質(zhì)中固體顆粒的體積含量，以固體容積濃度表示。越大，說明顆粒運動時受到粒群干擾的影響也就愈顯著，干擾運動的速度也就越小。

比較接近實際的計算公式為：

其中：—干擾運動末速；—自由運動末速；

固體容積濃度；與礦粒性質(zhì)有關(guān)的試驗指數(shù)；

考慮以上因素，變徑水介質(zhì)分選并不是完全按照顆粒的密度差異進行分離的，還按照顆粒的形狀、大小進行分選；因此控制給料粒級在一定的范圍內(nèi)，使各個顆粒之間的形狀、粒度相近，對提高分選效果非常重要。

結(jié)論

1、本章主要闡述了變徑水介質(zhì)的分選工藝及原理，通過對分選過程中水介質(zhì)及輕重顆粒的運動軌跡的分析，提出了渦流狀分選區(qū)域的穩(wěn)定性為分選效果的決定因素。

2、分析了影響渦流狀分選區(qū)域相關(guān)因素。床體傾角、水流速度影響渦流狀分選區(qū)域的形狀、范圍和穩(wěn)定性：當渦流狀分選區(qū)域在外界因素的影響下縮小或變形，分選效果變差；渦狀分選區(qū)域最大并且很穩(wěn)定，則分選效果良好。

[1] 何亞群，段晨龍，王海峰，宋樹磊等著.電子廢棄物資源化處理[M].北京：化學工業(yè)出版社.2006.7.

[2] 謝廣元，徐州.選礦學[M].中國礦業(yè)大學出版社.2001.

[3] 張洪建，趙躍民.變徑液固兩相流分選床回收廢棄線路板中金屬的研究[J].中國礦業(yè)大學學報.2009.8.4.

[4] 王全強.液固兩相流分選廢棄電路板[J].徐州：中國礦業(yè)大學化工學.