随着全球电子产品更新换代不断加速， 报废电子器件数量正日益剧增， 造成环境的严重污染和资源的巨大浪费， 电子废弃物的再资源化问题亟待解决。 电子废弃物回收过程最大的难题是印刷线路板的回收处理。 目前国内（ 贵屿、台州等） 线路板的处理主要以湿法和火法为主， 湿法是一种化学方法， 只能回收贵金属及铜等金属， 不能回收其他金属及非金属成分， 其浸出液及残渣具有腐蚀性及毒性， 易引起更为严重的环境污染； 而火法是利用高温、焚烧、熔炼、烧结等回收贵金属， 资源浪费大， 且排放有毒气体， 造成环境二次污染。 科学地处理线路板的方法为机械方法（ 物理方法） ， 此方法不产生二次污染，资源回收率高， 可达到近 100% 回收利用， 工艺可操作性好。 而线路板破碎是机械处理方法的关键， 线路板的破碎程度直接关系到金属非金属能否有效解离， 关系到能否达到分选处理的粒径要求， 及金属和非金属的分选效率问题， 直接影响着回收的效果， 是整个机械处理流程的关键环节。 对此问题，中作过相关报道， 但不够系统和深入。 因此， 本文从破碎机型选择入手， 对不同废弃印刷线路板物料的破碎性能及解离性能进行了研究。 并在理论分析的基础上， 确定和优化了废弃印刷线路板的破碎工艺， 同时对破碎机理作了探讨和分析。
1 理论分析按功能不同破碎机械包括破碎机和粉磨机两类。 按构造与工作原理的不同， 常用的破碎机有颚式、锤式、圆锥、反击式和辊式破碎机等； 常用的粉磨机有球磨机、自磨机、风扇磨、振动磨和气流磨等。
通常情况下， 通过物料硬度、强度、粘结性等性能， 以及对处理物料粒度组成及最大粒度等要求， 对破碎机械进行选择。 与矿物、塑料等相比， 线路板有其独特的破碎特性， 首先， 废线路板经预处理后主要由强化树脂板和树脂板上附着铜线等金属及电子器件组成， 硬度较高， 韧性较强， 在剪切力和冲击力作用下更容易破碎。 另外， 大多数基板中有纤维结构，该结构在剪切作用下更容易被破碎。 常规破碎机中颚式破碎机等主要依靠挤压力对物料进行破碎， 很难达到令回收物料充分解离的效果。 锤式破碎机以冲击和剪切力作为主要作用力， 更适合线路板的破碎。 通过对线路板易碎性的进一步分析， 同时由于原物料的二维尺寸很大， 不能直接用粉磨机进行粉碎； 考虑到破碎后物料颗粒粒度的均匀性， 单一破碎难以达到预期效果； 破碎后物料粒度尺寸要求应在（ - 3 0. 3） mm（ 3 mm> 粒度尺寸> 0. 3 mm， 下同） ， 单一剪切式破碎机难以达到要求。 因此， 本流程欲采用 2 级破碎， 即 1 级粗粉破碎和 2 级细粉磨碎过程相结合， 在粗粉过程选用施力方式以劈碎和磨碎为主的剪切式旋转破碎机； 在细粉过程中， 采用施力方式主要为冲击和磨削的冲击式旋转磨碎机。
冲击式破碎机的粉碎过程决定了物粒的最终粒径及粒度分布， 因此， 实验前需要确定粉磨过程的工艺参数， 同时需清晰颗粒粉碎过程可以更好地对其进行控制， 并对破碎机进行改进。 冲击式破碎机的结构示意图及物料在冲击式破碎机内的破碎过程 . 其主要工作部件为带有锤头的转子。 转子由主轴、圆盘、销轴和锤头组成。 物料自上部给料口入机内， 受高速运动的锤头冲击、剪切、研磨作用而粉碎。 在转子下部， 设有筛板， 粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出， 大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤头的打击和研磨， 最后通过筛板排出机外。 此粉碎机对物料粉碎的方式主要有如下形式： 高速旋转的锤头对物料实施的冲击粉碎作用及磨削作用； 颗粒与衬板间的高速碰撞粉碎作用； 颗粒间的碰撞粉碎作用。
与锤头线速度一致。 撞击在瞬间完成， 由转速 n 知， 转子每转一圈的时间为 60/ n， 可假定撞击时间近似为锤头越过在圆周中以最小维度顺序排列一个单体的时间， 即 t = 60 d/ （ 2n r） ， d 为颗粒的最小维度， 既最小直径（ 线路板的厚度） . 由冲量公式：F c = m p（ dv/ dt）（ 1）得60dF c 2 rn = 2m p rn 60（ 2）式中， m p为单体颗粒质量。 进而推出F c = m（2n r）2 60 60d = m（nr）2 91. 281 59 d（ 3）从式（ 3） 得到物料颗粒与 F c、n 及r 的函数关系。 当磨碎机进料要求单体物粒尺寸为 10 mm 10 mm 2 mm（ 板厚约为 2 mm） 时， 经计算物料的松散密度= 615 kg/ m 3， 松散系数为 1. 21， 可算得 m. F c与 n及r 的关系。
（ a） F c与 n 的关系（ b） F c与 r 的关系当 n= 1 440 r/ min， r= 0. 2 m， 可算得单体物粒在撞击式破碎机中所受的撞击力为68. 15 N， 相当于 68. 15 N 力作用在面积仅为3. 5 mm 2（ 锤刃宽 7 mm） 的物粒表面， 计算可得压强为19. 471 4 MPa， 电路板的抗冲击强度约为1 176 J/ m 2， 当超过线路板基板的冲击强度时， 即可达到物料的完全破碎。
2 实验方法2. 1 设备和物料根据上述理论分析， 本试验采用剪切式旋转破碎机(气流破碎机用新型式料材预设数据研究)和冲击式旋转磨碎机相结合进行 1 级和 2 级破碎。 剪切式破碎机 n= 1 440 r/ min， r= 0. 25 m. 根据以上推导的颗粒受力关系， 确定冲击式旋转磨碎机n= 2 000 r/ min， r= 0. 2 m. 利用 8411 型电动振筛机对破碎后物料分级筛选， 得到 7 级粒度分布， 1 级粒度为 1. 2 mm， 2 级为（ - 1. 2 0. 8） mm， 3 级为（ - 0. 8 0. 6） mm， 4 级为（ - 0. 6 0. 45） mm， 5 级为（ - 0. 45 0. 3） mm， 6 级为（ - 0. 3 0. 15） mm， 7级为- 0. 15 mm. 物料为带电子元件的废旧线路板（ PCBs） 和不带电子元件的线路板厂废弃单层电路板料（ PWBs） ， PCBs 取自上海市废旧物品收购站，PWBs 购于上海华丰线路板厂。　　2. 2 实验过程2. 2. 1 废旧线路板预处理由于 PCBs 上附有的电子器件， 包括电容器等含有铅砷等有害物质， 同时存在可再使用的电子元件， 破碎前选择性地拆解， 即将有毒害的部件和有使用价值的部件先拆解下来，是电子废弃物必须的处理过程， 故在其破碎前进行拆解预处理。　　2. 2. 2 破碎剪切破碎： PCBs 一级破碎前后物料状态2. 2. 3 分级和分析处理利用分级振动筛对破碎后物料进行分级（ 分为 1 7 级） . 分级后分析各粒级物料的粒度、形状、解离度等， 以进一步对破碎过程进行优化。 粉碎物料的平均粒径按以下公式计算：D = i d i m i i m i i = 1， 2， 3， &（4）式中： D 为一次破碎的平均粒径（ mm） ； d i为各级颗粒的平均粒径（ mm） ； m i为各级颗粒质量（ kg） .
3 试验结果3. 1 粉碎物料的平均粒径及颗粒形状PCBs 物料总质量为 32. 90 kg， 经式（ 4） 计算，PCBs 2 级破碎后平均粒径 D = 0. 410 6 mm， PWBs物料总量为58. 77 kg ， 其2 级破碎后D = 0. 407 7 mm， 可见二者差异不大。
破碎后物粒形状对回收线路板的后续处理（ 金属与非金属分选） 是至关重要的， 直接影响分选的效果和效率。 由于线路板上附有电子器件种类较多， 故破碎后物粒形状差别很大。
3. 2 粒度分布两种物料粒度分布 . 第 1级粒度的质量均相对较少， 而第 7 级物料的质量几乎均占总的 50% . 在（ - 1. 2 0. 45） mm 两种物料差异很大， PCBs 物料（ - 1. 2 0. 8） mm（ 2 级粒度）只占总量的 12%， 而 PWBs 物料在此粒级含量则达到 20% ， 同时， PCBs 物料（ - 0. 6 0. 45） mm（ 4 级粒度） 占总量的 16% ， 而 PWBs 物料在此粒级含量只有 8%. 可见不同物料粒度分布差异较大。
（ a） PCBs（ b） PWBs 3. 3 解离尺寸粉碎的目的就是使线路板中金属与非金属达到完全解离， 同时破碎到一定的粒径范围， 利用后续处理对已解离的金属、非金属进行分选。 实验结果表明， 两种物料的解离尺寸明显不同， PCBs 物料的在- 1. 2 mm可以达到 100% 的解离 ，4 过程分析4. 1 解离度及粒度分布不同的分析对于两种不同的物料， 最终破碎结果 ，解离度差异很大。 对两种物料分析发现， 废旧 PCBs物料中电子元器件多， 含有较多的铜线、陶瓷颗粒等， 破碎后易形成尖角状或小的圆球状硬质颗粒， 如其硬度较大， 在废旧 PCBs 物料粉碎过程中， 这些硬质点起了很大作用， 致使物粒更容易破碎， 金属与非金属更容易剥离。
在冲击式破碎机破碎过程中， 物粒主要受锤头的撞击力和锤头面的磨剥力作用， 物粒在力的作用下出现裂纹破碎或被磨剥。 在PCBs 物料粉碎过程中， 有两种情况与 PWBs 料破碎过程不同： 在锤击破碎过程， 硬质点相当于楔尖， 由于此种硬质点更小， 更尖锐， 在单位面积上物料受力点增多， 受力面减小， 单位面积上受力更大，在力 F c作用下， 硬质颗粒对物粒施加强烈的张应力， 当张应力达到物料的抗劈强度极限时物粒被劈碎， 在 PCBs 物料粉碎过程中， 锤头与物料可能不直接接触， 而是锤头打击陶瓷颗粒等硬质点， 由于锤头对陶瓷等硬质点的传动作用， 使得硬质点获得和锤头同样的速度， 对物料产生剪切力作用， 当达到物料的剪切强度极限时， 物料被剥离， 由于硬质点在破碎过程的作用， 使得物料上的金属与非金属更容易剥离。 同时两种物料的粒度分布也受此影响， PCBs 物料比 PWBs 在（ - 1. 2 0. 8） mm 的占质量分数要少， 既大粒径的颗粒少， 符合以上分析。
而 PWBs 物料在- 0. 15 mm粒级比例高于 PCBs 物料， 这是由于 PWBs 物料含金属少， 只有少量铜， 剪切强度极限低， 故粉屑较多。
4. 2 冲击粉碎过程能耗分析线路板的破碎过程前述已经分析， 但实际的破碎过程要比理想状况复杂得多， 物粒的受力与锤尖和衬板的距离、物料在机腔内的松散度及物料与锤头的接触位置等都有关系， 由上述受力分析公式可以认为， 当物料颗粒受力达到其屈服强度时， 直接与锤尖接触的物料颗粒在瞬间一次破碎， 而其他不直接接触的物料颗粒则不一定一次达到破碎的程度，可以认为在多次交变载荷作用力下， 物料颗粒先后发生不同程度的变形， 积累一定的能量后， 产生裂纹， 最后才破碎。 同样依照表面粉碎模型， 在磨削过程仅在颗粒表面产生破坏， 从颗粒表面不断削下微粉成分， 这一破坏不涉及颗粒的内部， 即雷廷格提出（10）从能耗的角度考虑， 1 级破碎的能耗必然低于 2 级破碎， 达到整个破碎过程能耗最小， 就必须按照多碎少磨的原则。 废弃线路板作为一种电子垃圾， 其回收处理要求低成本， 低能耗， 因此， 在量产处理时，如何在破碎过程使能耗最小化是十分重要的， 实际操作中可以按照式（ 10） 得出 1 级和 2 级破碎的最佳比例。
5 结论（ 1） 采用剪切式和冲击式旋转破碎机相结合的粉碎方式， 能对线路板进行有效粉碎， 同时在粉碎的基础上对线路板中金属和非金属能有效地解离。 剪切式旋转破碎机的工作转速为1 440 r/ min， r = 0. 25 m， 冲击式旋转磨碎机工作转速为2 000 r/ min， r= 0. 2 m.
（ 2） PCBs 板在 1. 2 mm 以下完全解离， PWBs板在0. 6 mm以下完全解离。 解离度不同的原因是物料不同导致冲击破碎的机理不同。 PWBs 板0. 6 mm粒级物料在二次粉碎后可完全解离。
（ 3） 该机械破碎系统可以将废弃线路板破碎到平均粒径为 0. 4 mm 左右， 粒度主要集中在（ - 1. 2 0. 1） mm 范围内， 线路板物粒形状以球状和片状及多棱角状为主。
 
 
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