变径水介质分选床分选机理的研究

王小春 段晨龙 陈常州

(1中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008；2河南永锦选煤有限公司，河南 禹州 461470)

引言

随着电子产品的日益增多，电子废弃物的回收与再利用已成为人们研究的热点问题。现今处理电子废弃物的方法主要是化学方法和物理方法。采用化学方法对电子废弃物中的金属进行回收，回收效率较高，但会对环境造成污染，加之社会对环境问题的日益重视，人们越来越倾向于对采用物理方法回收废弃电子产品中的贵金属的研究。变径水介质分选床便是采用物理方法进行回收的分选设备。

1 设备工艺原理

变径水介质分选床模型是由给料漏斗、床体、流体分布器、滤袋、循环水箱及水泵等几部分组成的。如图1-1所示，分选在水介质下进行，首先用泵将循环水箱中的水由底流口注入到分选床体之内，循环水溢满床体之后由溢流管流回到循环水箱，这就形成了一个闭合的动力水循环系统。分选时，由给料漏斗给料，采用流量计控制给料速度，当物料进入分选床床体时，轻重物料得到分离。

图1 试验工艺流程设计图

图1-2是变径水介质分选的工艺流程。这种工艺的特点是：1仅包括破碎、筛分和分选三个过程，流程比较简单；2破碎和提供上升水流是主要的能量消耗。由于电路板材质较脆、硬度较小，破碎过程中所需要的能量较少，而且提供上升水流的耗能量比其他分选方法中设备耗能量少，使得整体耗能较少，运行成本较低；3分选过程中用到了水作为介质，原料比较普遍；同时水介质还可以循环利用，减少了资源的浪费.变径水介质分选床的工艺流程是一种理想的分选废弃电路板的方法，与其他物理方法分选电路板相比具有一定的优越性。

2 分选中运动轨迹

分选床内的流体运动轨迹是分析轻重产物分离的关键。在分选过程中，水介质在流体推力和自身重力的作用下沿着床体运动到最高点时，一部分溢出床体进入溢流区；而另一部分则继续留在床体沿船体向下运动。这样在床体的溢流口附近的流体就形成了一个涡流状区域，此区域即为给入的物料颗粒进行分离区域。当给料颗粒进入到涡流状区域时，轻物料颗粒受到的浮力比重力大，因此会沿着溢流水的运动轨迹作为溢流产物；而对于重物料颗粒则受到的重力大于浮力，因此重物料颗粒会沿着回流水的方向沿床体内壁滑落到床体底部成为重产物。可见，涡流状区域的稳定性决定了分选效果的好坏。

图2-1 水介质的运动轨迹

图2-2 轻重颗粒运动轨迹

涡流状区域的形成状况受到水流速度和流体分布器管孔方向的影响，也受到床体倾角的影响。当水流速度超过一定范围内，稳定的涡状区域遭到外力的破坏，逐渐变成沿床体方向的上升流向，使大部分水流越过床体内壁形成溢流，容易使溢流产品中带入大量的铜屑，影响回收率；而如果水流速度小于一定范围，稳定的涡流状区域因缺少外力的维持而不能形成，几乎所有的水流都不能越过床体内壁，使底流产品中混入大量的轻产物，影响精矿的品位。

倾角对涡状区域的形成也很重要。倾角过大，水流在流出床体时仍然具有沿垂直重力方向向上的速度，不可能形成涡状区域；倾角过小，水流的水平速度很小，由于介质间的阻力作用很难形成水平方向的位移，因此也不能形成涡状区域。

料管进入床体后，由于轻产物（玻璃树脂）和重产物（铜）密度差别很大，在进入水流的一段距离便形成了两条运动轨迹，两条运动轨迹有重叠区域，这是由于给料口附近的一段区域内介质并不完全是水，而包括水和轻重产物的复合介质。物料在涡状区域内受到流场作用，轻产物随着从涡状区域里溢出的液体分离出来；重产物则随着涡状区域的下逆流，到了床体内壁，沿着床体内壁向下滑落。

3 干扰沉降

实际分选过程中，并非是有限颗粒在无限介质中的分离运动，而是成群的矿粒在有限介质空间里的分离运动，因此颗粒在分离过程中并不是按照简化模型中提到的分离运动过程，而是存在诸多干扰因素的，主要有：

1、流体介质的粘滞性增加，引起介质阻力变大。由于粒群中任一颗粒的运动均将引起周围的流体运动，同时由于固体颗粒的大量存在，且这些固体又不像流体介质那样易于变形，结果介质就会受到阻尼而不易自由流动，这就相当于增加了流体的粘滞性，从而使颗粒的运动速度降低。

2、颗粒运动时与介质的相对速度增大，导致运动阻力增大。由于粒群在有限的容器中运动时，流体受到容器边界的约束，根据流体的连续性规律，一部分介质的下降便会引起同体积介质的上升，从而引起一股附加的上升水流，使颗粒与介质的相对速度增大，导致介质阻力增加。

3、机械阻力的产生。处于运动中的粒群，颗粒之间、颗粒与器壁之间产生摩擦碰撞，致使每个沉降颗粒除受介质阻力外，还受机械阻力。

颗粒干扰运动时所受阻力的大小，主要取决于介质中固体颗粒的体积含量，以固体容积浓度表示。越大，说明颗粒运动时受到粒群干扰的影响也就愈显著，干扰运动的速度也就越小。

比较接近实际的计算公式为：

其中：—干扰运动末速；—自由运动末速；

固体容积浓度；与矿粒性质有关的试验指数；

考虑以上因素，变径水介质分选并不是完全按照颗粒的密度差异进行分离的，还按照颗粒的形状、大小进行分选；因此控制给料粒级在一定的范围内，使各个颗粒之间的形状、粒度相近，对提高分选效果非常重要。

结论

1、本章主要阐述了变径水介质的分选工艺及原理，通过对分选过程中水介质及轻重颗粒的运动轨迹的分析，提出了涡流状分选区域的稳定性为分选效果的决定因素。

2、分析了影响涡流状分选区域相关因素。床体倾角、水流速度影响涡流状分选区域的形状、范围和稳定性：当涡流状分选区域在外界因素的影响下缩小或变形，分选效果变差；涡状分选区域最大并且很稳定，则分选效果良好。

[1] 何亚群，段晨龙，王海峰，宋树磊等著.电子废弃物资源化处理[M].北京：化学工业出版社.2006.7.

[2] 谢广元，徐州.选矿学[M].中国矿业大学出版社.2001.

[3] 张洪建，赵跃民.变径液固两相流分选床回收废弃线路板中金属的研究[J].中国矿业大学学报.2009.8.4.

[4] 王全强.液固两相流分选废弃电路板[J].徐州：中国矿业大学化工学.