CN102784589A - 一种废弃电路板非金属颗粒流化床包覆装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料资源回收技术领域，涉及一种废弃电路板非金属颗粒流化床可控式包覆装置及方法，鼓风机压缩气体经稳压后分为喷动气和流化气；流化气经转子流量计调节流量，加热器加热，由温度控制仪控温后经气体分布板进入射流喷动流化床中使环隙区物料流化；喷动气经过流量计调节流量，加热器加热，由温度控制仪控温后通过同心环形空气管进入流化床内；包覆剂经液体泵加压，通过环隙式喷嘴雾化进入流化床的床体；尾气通过流化床上部的气体出口排出，旋风分离器将尾气中的颗粒分离回收后将尾气排出；待改性颗粒由进料口进入流化床包覆后排入出料仓；其装置结构简单，原理可靠，操作灵活，工艺简单，包覆效果好，回收效率高，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于材料资源回收技术领域，涉及一种废弃电路板非金属颗粒的资源化利用装置和技术工艺，特别是一种废弃电路板非金属颗粒流化床可控式包覆装置及方法。
背景技术：
印制电路板（Printed Circuit Boards，简称PCBs）是电子元器件的支撑体。随着信息产业的高速发展，电路板的生产量急剧增长，随之而来产生了大量的废弃PCBs，由其形成的电子污染已给一些地区带来了严峻的环境污染问题，如何有效地对废弃印刷电路板进行资源化回收处理和利用，已经成为当前所面临的关系到国家经济、社会和环境发展的一个新课题。废弃电路板的物理回收方法是目前广泛采用的较为环保一种处理方式，回收所得到的金属材料再利用技术已经很成熟。但是采用这种处理方法在回收金属材料的同时，还会产生大量的非金属材料，这些占电路板约70wt%的非金属材料主要为玻璃纤维和树脂的混合材料。大量的电路板非金属材料被当作垃圾丢弃、焚烧或掩埋，不仅给地区土壤和水体造成了严重的环境污染风险，而且浪费了大量的可回收资源。将废弃电路板非金属颗粒改性后作为填料制备新的复合材料制品，进而形成原料－产品－原料的封闭循环，是较好且合理的资源化利用方式。目前，制备高性能复合材料的关键技术就在于废弃电路板非金属颗粒的改性包覆，现有对于废弃电路板非金属材料的改性包覆主要通过高速混合机或螺杆挤出机等完成，混合容器内物料处以无序的运动状态，包覆不均匀，同时浪费包衣材料，而且系统中物料处于非密封状态，存在热效率降低，容易出现有机溶媒外泄，无法回收再利用，同时存在对环境和操作人员健康造成危害等不利因素；在现有技术装置内物料相互挤压，容易粘连，分离时极易拉破膜层，包覆成品性能较差，不适宜制备功能性热固性废弃高分子专用料。
目前，流化床技术可进行颗粒状、粉状物料、热敏性物料的造粒、包衣和干燥，以及液态物料的造粒和干燥等，利用流化床喷浆造粒的技术和装置以得到涂层式包衣颗粒或团聚式颗粒产品的造粒设备，已广泛应用于化工、食品、饲料、添加剂等行业中，但在国内外的研究当中，应用于废弃电路板资源化处理中的流态化技术还较少，仅在废弃电路板的热解处理，电路板粉碎料中金属和非金属的分离和富集方面有部分研究。在流态化技术应用于废弃电路板中提取玻璃纤维方面，北京航空航天大学申请过专利：从废印刷电路板的非金属材料中提取玻璃纤维的装置及工业化生产工艺，专利号为200810222962.6；在流态化技术应用于金属和非金属的分离方面，同济大学申请过专利：印刷电路板的多侧线固体流态化气力输送分离装置及方法，专利号为200610023167.5；但通过气固喷动-射流流化床对废弃电路板非金属颗粒进行包覆改性，以生产高附加值产品，目前尚未见有成熟技术报道，主要问题在于当废弃电路板非金属颗粒粉碎到微米尺度时，颗粒呈现巨大的范德华力以及静电力，范德华力可以达到颗粒重力的100~30000倍，因此废弃高分子粉体颗粒在流化床内极难流化。通过气固射流-喷动流化床内喷动气和流化气的协调配合，以及导流管的引导作用，实现难流化颗粒在流化床内的有序循环；采用环隙式喷嘴，利用高速雾化改性剂液滴与粉体颗粒碰撞产生的局部高压作用区域，液滴和非金属颗粒之间的毛细管力强化改性效果，来实现颗粒的有效包覆改性的技术已成为业内探究的科研任务。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求探讨设计和提供一种高效、环保的废弃电路板非金属颗粒流化床可控式包覆装置及方法，通过喷动气和流化气的协调配合，使颗粒在喷动流化床内有序循环，经底部环隙式喷嘴将雾化的改性剂有效的包覆于颗粒表面，如此多次循环，使颗粒在流化床内完成均匀完整的包覆，以制备功能性废弃电路板非金属填充颗粒。
为了实现上述目的，本发明涉及的装置按功能分为包液系统、热空气喷动系统、流化床包覆系统和气固分离系统；主体结构包括鼓风机、缓冲罐、第一转子流量计、第一加热器、第一温度控制仪、第二转子流量计、第二加热器、第二温度控制仪、存液罐、液体泵、流化气进风口、出料管道、出料仓、环隙式喷嘴、V型分布板、导流管、进料口、床体、旋风分离器、溶剂回收装置、出料口、进料阀门、同心环形空气管、中心液体管、尾气出口、视窗和气体出口；普通鼓风机通过阀门连接缓冲罐，压缩空气经缓冲罐稳压后分为喷动气和流化气两股，两股气体流量和温度均能够单独调节；流化气管路依次连接第一转子流量计、第一加热器和第一温度控制仪，第一温度控制仪一端与第一加热器连接，另一端与流化床底部的流化气进风口相连；喷动气管路依次连接第二转子流量计、第二加热器和第二温度控制仪，第二温度控制仪一端连接第二加热器，另一端与环隙式喷嘴的环形空气管相连；改性包覆剂的存储罐连接于液体泵的一端，液体泵的另一端与环隙式喷嘴的中心液体管相连；尾气出口连接旋风分离器的一端，旋风分离器另一端连接溶剂回收装置，溶剂回收装置上开有气体出口，尾气经净化后由气体出口排入空气；流化床包覆系统中的V型分布板位于流化床的床体的下部的流化气进风口之上；V型分布板底端出料口通过带阀门的出料管道与出料仓相连；环隙式喷嘴同心置于出料管道内，环隙式喷嘴出口与V型分布板底端的出料口平齐，环隙式喷嘴具有一个用于输送液态改性包覆剂的中心液体管和一个用于输送雾化空气的同心环形空气管，流化床的床体内下半部固定制有与床体同心的导流管，导流管通过四个导向螺杆固定于流化床床壁上，导流管的底端与V型分布板上端平齐；流化床的床体在中上部设有一个进料口，进料口与流化床的床体通过进料阀门相连；流化床的床体的上部设有一个尾气出口，床体的壁面上开有视窗，用于观察物料的流化状况。
本发明装置涉及的V形气体分布板的壁面与水平面夹角为25°~75°，壁面上垂直开孔，开孔率为0.5~10%，小孔直径为0.5~2mm；V形分布板最底端开有出料口，环隙式喷嘴与出料口同心平齐；同心环形空气管出口与水平面呈30°~60°夹角，中心液体管直径为1~10mm，中心液体管与同心环形空气管面积之比为1:5~1:50；环隙式喷嘴的同心环形空气管的气体用于物料流化过程中喷动气的输出和包覆过程中改性包覆剂的雾化，同心环形空气管中气体与水平面呈30°~60°夹角流出，能抑制V形分布板上物料的堆积，并在改性包覆剂雾化过程中提高对液体的剪切力，形成细小均匀的雾滴。
本发明涉及的废弃电路板非金属颗粒流化床可控式包覆方法的工作流程是：开启鼓风机，压缩气体经缓冲罐稳压后分为两股：喷动气和流化气，两股气体流量和温度均能单独调节；流化气经第一转子流量计调节气体流量，第一加热器加热，由第一温度控制仪控制温度后，经V形气体分布板进入射流喷动流化床中使环隙区物料流化；喷动气同样经过第二转子流量计调节流量，第二加热器加热，由第二温度控制仪控制温度后，通过位于环隙式喷嘴的同心环形空气管进入流化床内；包液罐内的改性包覆剂，经液体泵加压，通过环隙式喷嘴雾化，喷射进入流化床的床体；尾气通过流化床上部的气体出口排出，外接的旋风分离器将尾气中夹带的颗粒分离回收，然后经溶剂回收装置回收其中的包覆液溶剂蒸汽，之后将完全净化的尾气排出；待改性颗粒由进料口进入流化床，改性包覆完成后，打开出料管道阀门，物料排入出料仓，完成包覆工艺。
本发明涉及的废弃电路板包括单面、双面或多层电路板中的一种或几种；包覆颗粒为拆卸电子元件后的废弃电路板粉碎分离出的0~5mm粒径的非金属颗粒，非金属颗粒为具有三维结构的热固性环氧树脂复合材料，包括玻璃纤维增强的双酚A型环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强的酚醛环氧树脂树脂复合材料、纤维纸和/或玻璃纤维增强环氧树脂复合材料中的一种或几种，还包括树脂、增强材料、各种塑料加工助剂和无机填料；所涉及的改性用的改性包覆剂为偶联剂，包括铬络合物偶联剂、锆类偶联剂、硅烷类偶联剂（KH550、KH560、KH570等）、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂、马来酸酐及其接枝共聚物类偶联剂、聚氨酯类偶联剂或嵌段集合物类偶联剂中的一种或多种组合，改性包覆剂用量为流化床内颗粒质量的0.1~10%。
本发明涉及的废弃电路板非金属颗粒流化床可控式包覆方法的具体步骤如下：
（1）、将干燥冷却的废弃电路板颗粒放入进料口中，打开进料阀门，使颗粒在流化床内的静止料高为1~4倍的流化床直径，关闭阀门，使床体密封；
（2）、打开鼓风机进气系统，流化气经第一转子流量计调节流量后，通过气体分布板进入流化床；同样，喷动气经调节流量后，由环隙式喷嘴的环形空气管进入流化床；流化气和喷动气进气量之比为1000:1~1:1，流化床内表观流速为0.1~10m/s，使颗粒稳定流化；
（3）、开启气体加热器，根据包覆剂物性设定温度为80℃~300℃，待流化床内温度达到设定值后，调节包覆剂液体泵，喷口压力为0~2MPa，启动环隙式喷嘴进行喷雾包膜，根据所选包覆剂物性，喷雾时间为2~60min；
（4）、关闭环隙式喷嘴的喷雾，继续保持流化床内温度及颗粒流态化0.1~1.5h，干燥经包覆剂处理的改性包覆颗粒，并排尽分解产生的气体和溶剂蒸汽；
（5）、改性包覆完成后，关闭加热器及鼓风机，打开流化床下部出料管道内的阀门，出料。
本发明与现有技术相比，在流化床底部设置环隙式喷嘴对废弃电路板颗粒进行改性包覆，利用高速雾化改性剂液滴与粉体颗粒碰撞产生的局部高压作用区域，液滴和非金属颗粒之间的毛细管力强化改性效果，实现颗粒的有效改性包覆。颗粒的改性包覆过程在密闭的流化床体内完成，流化介质空气所夹带的颗粒物料在旋风分离器中进行分离，随后在溶剂回收装置内回收溶剂蒸汽，所排放净化的尾气，整个过程对外界环境无粉尘和有机溶剂污染；采用热空气为介质的干法物理过程，在一套设备上实现废弃电路板非金属颗粒的包覆改性，集混合，改性，造粒，干燥于一体，包覆所得产品无需再次干燥等后续处理，设备简单，操作方便，可实现连续操作，过程容易控制，且设备处理能力强；可避免直接混合时不必要的副反应发生，根据需要选择合适的改性的包覆剂，所生产的功能性增强填充专用颗粒可用于各种复合材料的制备，填充材料来源广泛，价格低廉，改性后与基体界面有良好的相容性；其装置结构简单，原理可靠，操作使用灵活，造价低，其工艺过程简单，包覆效果好，回收效率高，利用性好，环境友好，经济可观。
附图说明：
图1为本发明方法实现的整体系统装置结构原理示意图。
图2为本发明装置中涉及的射流-喷动流化床电路板非金属颗粒包覆装置结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步的详细叙述。
本实施例的废弃电路板非金属颗粒包覆改性工艺装置包括包液系统、热空气喷动系统、流化床包覆系统和气固分离系统，如图1所示；主体结构包括鼓风机1、缓冲罐2、第一转子流量计3、第一加热器4、第一温度控制仪5、第二转子流量计6、第二加热器7、第二温度控制仪8、存液罐9、液体泵10、流化气进风口11、出料管道12、出料仓13、环隙式喷嘴14、V型分布板15、导流管16、进料口17、床体18、旋风分离器19、溶剂回收装置20、出料口21、进料阀门22、同心环形空气管23、中心液体管24、尾气出口25、视窗26和气体出口27；普通鼓风机1通过阀门连接缓冲罐2，压缩空气经缓冲罐2稳压后分为两股：喷动气和流化气，两股气体流量和温度均可单独调节；流化气管路依次连接第一转子流量计3、第一加热器4和第一温度控制仪5，第一温度控制仪5一端与第一加热器4连接，另一端与流化床底部的进风口11相连；喷动气管路依次连接第二转子流量计6、第二加热器7和第二温度控制仪8，第二温度控制仪8一端连接第二加热器7，另一端与环隙式喷嘴14的环形空气管相连；改性包覆剂的存储罐9连接于液体泵10的一端，液体泵10的另一端与环隙式喷嘴14的中心液体管24相连；尾气出口25连接旋风分离器19的一端，旋风分离器19另一端连接溶剂回收装置20，溶剂回收装置20上开有气体出口27，尾气经净化后由气体出口27排入空气。
本实施例涉及的废弃电路板非金属颗粒包覆装置主体为流化床包覆系统，如图2所示，其V型分布板15位于流化床床体18的下部，流化气进风口11之上；V型分布板15底端出料口21通过带阀门的出料管道12与出料仓13相连；环隙式喷嘴14同心置于出料管道12内，其喷嘴出口与V型分布板15底端的出料口21平齐，环隙式喷嘴14具有一个用于输送液态包覆剂的中心液体管24以及一个用于输送雾化空气的同心环形空气管23，流化床床体内下半部固定有与床体同心的导流管16，通过四个导向螺杆固定于流化床床壁上，导流管16的底端与V型分布板15上端平齐；流化床的床体18在中上部设有一个进料口17，进料口17与流化床的床体床体18通过进料阀门22相连；流化床的床体18的上部设有一个尾气出口25，床体18的壁面上开有视窗26，用于观察物料的流化状况。
实施例1：
先按照图1所示结构连接各部件，将粒径为0.05~0.1mm的废弃电路板非金属颗粒在80~120℃下干燥0.5~1h，将干燥的废弃电路板颗粒放入进料口17中，打开进料阀门，关闭出料阀门，使颗粒在流化床内的静止料高为1.5倍的流化床直径，关闭进料阀门，使床体密封；打开流化气进气系统及加热装置，调节转子流量计流量及加热器，流化床表观气速为0.2~0.5m/s，流化床下部气体温度为80~150℃，使物料在流化床内稳定流化；以硅烷偶联剂KH550作为改性包覆剂，将浓度为1%水解完全的KH550放入存液罐9内，包覆剂用量为流化床内物料质量的0.1~1.5%；调节液体泵10，使改性包覆剂通过环隙式喷嘴进入流化床内对颗粒进行改性包覆，改性包覆时间为20~40min；改性包覆完成后，关闭环隙式喷嘴，颗粒继续在流化床内流化30~60min，待改性颗粒完全干燥后打开出料阀门出料；本实施例的改性电路板非金属颗粒作为填料填充聚丙烯复合材料，在填充量不大于50%时，与未改性填料制备复合材料的力学性能进行对比，改性填料复合材料力学性能得到很大提高，弯曲模量、弯曲强度、拉伸屈服强度增幅60%以上。
实施例2：
本实施例先将粒径为0.1~0.3mm的废电路板非金属颗粒在80~120℃下干燥0.5~1h，将干燥的废电路板颗粒放入进料口17中，打开进料阀门，关闭出料阀门，使颗粒在流化床内的静止料高为2倍的流化床直径，关闭进料阀门，使床体密封；打开流化气进气系统及加热装置，调节转子流量计流量及加热器，流化床表观气速为0.3~1m/s，流化床下部气体温度为80~120℃，使物料在流化床内稳定流化；以硅烷偶联剂KH560作为改性包覆剂，将水解完全的KH560放入存液罐9内，调节液体泵10，使改性包裹剂通过环隙式喷嘴进入流化床内对颗粒进行改性包覆，改性包裹时间为20~40min；改性包裹完成后，关闭环隙式喷嘴，颗粒继续在流化床内流化30~60min，待改性颗粒完全干燥后打开出料阀门出料；本实施例的改性电路板非金属颗粒作为填料填充聚乙烯复合材料，在填充量小于50%时，复合材料弯曲模量、弯曲强度、拉伸屈服强度随填料含量的增加而提高，且大于未改性颗粒制备的复合材料。
Claims (4)
1.一种废弃电路板非金属颗粒流化床包覆装置，其特征在于涉及的装置按功能分为包液系统、热空气喷动系统、流化床包覆系统和气固分离系统；主体结构包括鼓风机、缓冲罐、第一转子流量计、第一加热器、第一温度控制仪、第二转子流量计、第二加热器、第二温度控制仪、存液罐、液体泵、流化气进风口、出料管道、出料仓、环隙式喷嘴、V型分布板、导流管、进料口、床体、旋风分离器、溶剂回收装置、出料口、进料阀门、同心环形空气管、中心液体管、尾气出口、视窗和气体出口；普通鼓风机通过阀门连接缓冲罐，压缩空气经缓冲罐稳压后分为喷动气和流化气两股，两股气体流量和温度均能够单独调节；流化气管路依次连接第一转子流量计、第一加热器和第一温度控制仪，第一温度控制仪一端与第一加热器连接，另一端与流化床底部的流化气进风口相连；喷动气管路依次连接第二转子流量计、第二加热器和第二温度控制仪，第二温度控制仪一端连接第二加热器，另一端与环隙式喷嘴的环形空气管相连；改性包覆剂的存储罐连接于液体泵的一端，液体泵的另一端与环隙式喷嘴的中心液体管相连；尾气出口连接旋风分离器的一端，旋风分离器另一端连接溶剂回收装置，溶剂回收装置上开有气体出口，尾气经净化后由气体出口排入空气；流化床包覆系统中的V型分布板位于流化床的床体的下部的流化气进风口之上；V型分布板底端出料口通过带阀门的出料管道与出料仓相连；环隙式喷嘴同心置于出料管道内，环隙式喷嘴出口与V型分布板底端的出料口平齐，环隙式喷嘴具有一个用于输送液态改性包覆剂的中心液体管和一个用于输送雾化空气的同心环形空气管，流化床的床体内下半部固定制有与床体同心的导流管，导流管通过四个导向螺杆固定于流化床床壁上，导流管的底端与V型分布板上端平齐；流化床的床体在中上部设有一个进料口，进料口与流化床的床体通过进料阀门相连；流化床的床体的上部设有一个尾气出口，床体的壁面上开有视窗，用于观察物料的流化状况。
2.根据权利要求1所述的废弃电路板非金属颗粒流化床包覆装置，其特征在于涉及的V形气体分布板的壁面与水平面夹角为25°~75°，壁面上垂直开孔，开孔率为0.5~10%，孔直径为0.5~2mm；V形分布板最底端开有出料口，环隙式喷嘴与出料口同心平齐；同心环形空气管出口与水平面呈30°~60°夹角，中心液体管直径为1~10mm；环隙式喷嘴的同心环形空气管的气体用于物料流化过程中喷动气的输出和包覆过程中改性包覆剂的雾化，同心环形空气管中气体与水平面呈30°~60°夹角流出，能抑制V形分布板上物料的堆积，并在改性包覆剂雾化过程中提高对液体的剪切力，形成细小均匀的雾滴。
3.根据权利要求1所述的废弃电路板非金属颗粒流化床包覆方法，其特征在于开启鼓风机，压缩气体经缓冲罐稳压后分为喷动气和流化气，两股气体流量和温度均能单独调节；流化气经第一转子流量计调节气体流量，第一加热器加热，由第一温度控制仪控制温度后，经V形气体分布板进入射流喷动流化床中使环隙区物料流化；喷动气同样经过第二转子流量计调节流量，第二加热器加热，由第二温度控制仪控制温度后，通过位于环隙式喷嘴的同心环形空气管进入流化床内；包液罐内的改性包覆剂，经液体泵加压，通过环隙式喷嘴雾化，喷射进入流化床的床体；尾气通过流化床上部的气体出口排出，外接的旋风分离器将尾气中夹带的颗粒分离回收，然后经溶剂回收装置回收其中的包覆液溶剂蒸汽，之后将完全净化的尾气排出；待改性包覆颗粒由进料口进入流化床，改性包覆完成后，打开出料管道阀门，物料排入出料仓，完成包覆工艺，具体步骤如下：
（1）、将干燥冷却的废弃电路板颗粒放入进料口中，打开进料阀门，使颗粒在流化床内的静止料高为1~4倍的流化床直径，关闭阀门，使床体密封；
（2）、打开鼓风机进气系统，流化气经第一转子流量计调节流量后，通过气体分布板进入流化床；同样，喷动气经调节流量后，由环隙式喷嘴的环形空气管进入流化床；流化气和喷动气进气量之比为1000:1~1:1，流化床内表观流速为0.1~10m/s，使颗粒稳定流化；
（3）、开启气体加热器，根据包覆剂物性设定温度为80℃~300℃，待流化床内温度达到设定值后，调节包覆剂液体泵，喷口压力为0~2MPa，启动环隙式喷嘴进行喷雾包膜，根据所选包覆剂物性，喷雾时间为2~60min；
（4）、关闭喷雾，继续保持流化床内温度及颗粒流态化0.1~1.5h，干燥经包覆处理的改性包覆颗粒，并分解产生的气体和溶剂蒸汽；
（5）、改性包覆完成后，关闭加热器及鼓风机，打开流化床下部出料管道内的阀门，出料。
4.根据权利要求1所述的废弃电路板非金属颗粒流化床包覆装置，其特征在于涉及的废弃电路板包括单面、双面或多层电路板中的一种或几种；包覆颗粒为拆卸电子元件后的废弃电路板粉碎分离出的0~5mm粒径的非金属颗粒，非金属颗粒为具有三维结构的热固性环氧树脂复合材料，包括玻璃纤维增强的双酚A型环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强的酚醛环氧树脂树脂复合材料、纤维纸和/或玻璃纤维增强环氧树脂复合材料中的一种或几种，还包括树脂、增强材料、各种塑料加工助剂和无机填料；所涉及的改性用的改性包覆剂为偶联剂，包括铬络合物偶联剂、锆类偶联剂、硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂、马来酸酐及其接枝共聚物类偶联剂、聚氨酯类偶联剂或嵌段集合物类偶联剂中的一种或多种组合，改性包覆剂用量为流化床内颗粒质量的0.1~10%。
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