破碎废弃电路板高压静电分选过程中混合物料颗粒群的荷电机制与分离模型

根据高压静电学理论、机械学动力学、计算机模拟仿真技术研究电晕电极、高压静电极与接地电极耦合产生的电场下,破碎电路板中的金属和非金属混合颗粒群的荷电、受力、颗粒的脱辊点及运动轨迹带，建立描述高压静电耦合场下金属颗粒的运动规律及金属颗粒运动的数学模型。揭示电晕电极与接地电极、高压静电极与接地电极两种耦合场下的金属和非金属颗粒分离的动力学方程。提出"颗粒群运动轨迹带"、"起浮电压"以及"电压与电极距比"等动力学概念，并建立它们的相应判据。为破碎废弃电路板中金属与基板非金属材料的高压静电分离提供理论基础。采用高压静电分离处理废弃电路板，可提高金属颗粒的回收率和品质，将解决废弃电路板的无害化处理和资源化问题，为废弃电路板的无害化处理和资源化提供新途径，对我国可持续发展战略具有重要意义。

完成情况：.1..利用MATLAB对静电分选机内高压静电场的电场强度进行模拟。通过模拟分析电压与电极特性对分选效果的影响，结合实验验证优化高压静电分选机的工艺参数，得到：.1) 电场强度最大值位置偏向于静电极方向。加大电压、采用复合电极结构、减小电极与接地转辊间的距离、增加静电极半径、减小静电极角度、加大电晕电极角度等改善分选效果。.2) 理论计算得到，施加电压提高至12.31 kV左右时，电晕电极发生电晕放电，电选机开始正常工作。.2. 对电晕放电进行了反向放电摄影的探索研究，通过搭建表征corona back discharge (CBD)区域面积，研究电极电压与电极位置对电晕放电的影响，得到：.1) 远距离电极设置（3.5cm）以较低的电场强度得到较大的CBD分布，有利于工业稳定生产应用。.2) 静电极对电晕电极的电晕放电有屏蔽作用，使电晕放电减弱。静电极与电晕电极保持一定的距离可同时达到提升电场分布与破坏离子轰击之间的平衡。.3. 探讨了非金属颗粒的荷电特性，通过非金属荷电量的实际测量，以及非金属颗粒理论荷电量模型的选择进行研究，得到：.1)荷面积比（CSA）较荷质比（CM）更适合表征。电压相同时，转速越大，CSA 越大，回收率越小。提出三个荷电假说，即 CSA 正态分布假说，高低转速假说以及电场风作用假说。.2)比较了经典模型，孙可平模型以及时效模型，与实验结果比较后，经典模型与实验结果最为接近。.4.利用数学模拟软件MATLAB编程，建立了金属颗粒与非金属颗粒在转辊表面的受力模型，得到金属颗粒与非金属颗粒脱离点计算公式，建立了金属颗粒与非金属颗粒运动轨迹的仿真模型并得出如下结论：.1) 该模型可优化高压静电分选机的工艺参数，扩展高压静电分选机的应用领域。在工业生产中，物料收集槽的位置及挡料板的参数可根据模拟轨迹带的结果设置。.2) 在工业生产中，确保设备稳定运行的前提下，高电压可增加金属颗粒与非金属颗粒的收集纯度。转辊转速的增加同时提高了金属的回收率，降低了非金属的回收率。.取得成果：.项目相关研究成果发表SCI收录论文4篇，EI收录论文2篇，其中环境领域顶级期刊Environmental Science and Technology上发表2篇。并参加国际会议做分组报告1次。申请发明专利2项。培养硕士研究生3名（毕业1人）。