CN110841764A - 用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置及其配套超细粉体制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置及其配套超细粉体制备工艺，该卸料装置包括入料料仓、壳体、叶轮、驱动装置及出料口，所述叶轮上设置有6‑12个叶片，且所述叶片为扭曲叶片，在所述出料口上还设有圆形缓冲筛板；其配套的超细粉体制备工艺是将上述卸料装置与固相力化学反应器的进料口封闭连接并改变了工艺参数。该卸料装置实现了生产原料废弃电路板非金属粉体稳定均匀的定量卸料，该制备工艺大幅提高了制备废弃电路板非金属超细粉体的产量；所制得废弃电路板非金属超细粉体中玻璃纤维长径比为30～50，利用其所制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高25～35％。

Description

用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置及其配套超细粉体制 备工艺
技术领域
本发明属于非金属粉体回收材料及其回收工艺技术领域，涉及一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置及其配套超细粉体制备工艺，具体为废弃电路板非金属超细粉体工业化制备工艺。
背景技术
印刷电路板(PCB)产业是电子电器行业的基础，其产量和用量都很巨大，2012年全球印制电路板产值已达543.10亿美元(国家统计年鉴，2013年)。我国是全球最大的印刷电路板的生产和消费国，约占40％(全球电子电路行业2013年年度报告)。每年我国废弃的印刷电路板(WPCB)超过50万吨(中国塑料行业2013年统计报告),WPCB中的金属材料回收技术己较为成熟，但其中的非金属材料部分是由玻纤以及交联环氧或不饱和树脂组成，约占总重量的50％，由于其不溶不熔，难以回收，一般通过堆放、焚烧或填埋处理，这不仅浪费大量可再回收资源，还对环境造成严重危害。因此，如何将其合理回收利用是国民经济持续发展亟待解决的问题。
本发明发明人的在先授权发明专利“废弃电路板非金属超细粉体及其与聚烯烃的复合材料和它们的制备方法”(申请号：201410524682.6)，公开了将市售废弃电路板非金属粉加入固相力化学反应器中进行碾磨，碾磨后即得平均体积粒径≤65μm，比表面积≥0.12m2/g，粒径分散度小于≤4的废弃电路板超细粉体，并公开了用该超细粉体与聚烯烃制备复合材料的方法是将该超细粉体先与市售废弃聚烯烃粒料、偶联剂、相容剂和聚烯烃蜡制成母料，然后再与市售废弃聚烯烃粒料按1-1.5:1共混均匀后经双螺杆挤出机在190-210℃挤出。
上述在先授权发明专利在实施过程中，实际废弃电路板非金属超细粉体的产量维持在100-150kg/h，相较同类非金属超细粉体的生产工艺其单位时间内产量较低，极大的限制了其后续与聚烯烃的复合材料的工业化制备产量。经本发明的发明人在实施上述在先授权发明专利过程中，总结废弃电路板非金属超细粉体的单位时间内产量一方面受到四川大学自主研发的固相力化学反应器(申请号95111258.9)影响，但该仪器成本较为高昂，通常一台的制备成本在数十万元以上，在实际生成过程中大幅增加该仪器数量将极大影响到生产成本；另一方面主要是受到碾磨过程中的市售废弃电路板非金属粉体的投入量以及制备方法中循环碾磨次数影响，但按照上述在先授权发明专利所公开的制备方法，其原料投入量已趋近饱和，无法进一步提高市售废弃电路板非金属粉体的投入量，同时降低循环碾磨次数将极大影响到所得超细粉末的质量，无法制备得到在先发明中优选技术方案中所公开的平均体积粒径20～65μm，比表面积0.12-0.22m2/g，粒径分散度3.5～4的废弃电路板超细粉体。
经本发明的发明人在生产活动中进一步研究发现，上述在先发明在研发和实施过程中，通常是采用市售的螺杆进料器或星型卸料器实现将市售废弃电路板非金属粉体加入到固相力化学反应器的磨盘当中。其中，螺杆进料器为四川大学自主研发的固相力化学反应器(申请号95111258.9)中已公开的进料技术手段，但市售螺杆进料器具有强制进料的特点，其进料速度难以与固相力化学反应器处理速度匹配，当料进入速度稍快，便会造成进料口堵塞，严重时造成固相力化学反应器卡死，严重影响生产效率。
因此，在实施本发明发明人的在先授权发明专利“废弃电路板非金属超细粉体及其与聚烯烃的复合材料和它们的制备方法”(申请号：201410524682.6)的过程中，实际上是将上述固相力化学反应器中的螺杆进料器替换为了市售的星型卸料器。
市售的星型卸料器其结构是由壳体、叶轮、密封件及驱动装置等组成，当物料自上部进料口落入到叶轮的叶片间的沟槽中，随叶片的旋转而由下部出料口卸出，从而根据叶轮的转速实现定量卸料。
但是由于市售星型卸料器叶轮的叶片为平面板结构，当电机转动时，叶片与壳体内腔间隙呈非线性由小到大变化，造成固体颗粒及丝状物料卸料速度不连续性，无法实现粒径较小的粉体的定量卸料。因此，上述在先发明在研发过程中其原料的进料实际上是非均匀的，特别是原料选择废旧电路板非金属粉体，由于该粉体含有大量破碎玻璃纤维，造成原料在进料过程中进一步呈现非均匀性，从而直接导致固相力化学反应器在碾磨过程中磨盘中的原料分布是非均匀的，降低了单次碾磨的技术效果，直接影响到了该在先发明为了实现其发明目的所要求保护的制备方法参数。
此外，由于生产原料市售的废弃电路非金属板粉中含水量较高(～15wt％)，将进一步增加粉体内摩擦力，进一步地造成进料不均，若采用烘干处理，则会对固相力化学反应器碾磨过程产生负面影响，降低产品质量以及生成效率。
值得一提的是，上述非稳态的进料方式还会严重影响固相力化学反应器的碾磨操作，造成固相力化学反应器的停机或损坏。
并且按照在先发明中所公开的制备方法，因循环碾磨次数较多，其所得超细粉体中，玻璃纤维长径比较低。对与玻纤增强聚合物材料，存在一个临界长径比(lC)，当玻纤的长径比小于lC时，玻纤增强效果与普通各向同性填料如碳酸钙、滑石粉相同；当长径比大于lC时，应力能有效传导至玻纤上，复合材料强度大大提升。因此保持超细粉末中有长径比较长的玻纤具有十分重要的意义。
因此，若有一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置实现稳定均匀的定量卸料，同时实施配套制备工艺，将极大的改善废弃电路板非金属超细粉体单位时间内的产量。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置及其配套超细粉体制备工艺，从而实现生产原料废弃电路板非金属粉体稳定均匀的定量卸料，并大幅提高了制备废弃电路板非金属超细粉体的产量；所制得废弃电路板非金属超细粉体中玻璃纤维长径比为30～50，利用其所制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高25～35％。
为实现上述目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。
一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置，包括入料料仓、壳体、叶轮、驱动装置及出料口，所述叶轮上设置有6-12个叶片，且所述叶片为扭曲叶片，叶片根部至顶部的高度为80～120mm，叶片根部轴向宽度为180～250mm，自叶片根部至顶部呈“麻花”状自转螺旋，其导程角为80～89°；
在所述出料口上还设有直径为150～250mm的圆形缓冲筛板，所述缓冲筛板上设有朝向进料端的凸型结构，所述凸型结构的纵截面为穹形、锥形或是梯形，
当所述凸型结构的纵截面为穹形时，其弧度为1.5～2rad，距离缓冲筛板中心0％～30％半径的筛孔为φ2～6mm圆形孔洞，距离缓冲筛板中心70％～90％半径的筛孔为φ10～15mm圆形孔洞；
当所述凸型结构的纵截面为锥形时，其顶角为90-160°，距离缓冲筛板中心0％-20％半径的筛孔为φ1～4mm圆形孔洞，距离缓冲筛板中心80％-90％半径的筛孔为φ5～10mm圆形孔洞；
当所述凸型结构的纵截面为梯形时，其上底长100～150mm，其上底与腰的角度为120～150°，位于该凸型结构上底面的筛孔为φ5～8mm圆形孔洞，位于该凸型结构非上底面的筛孔为φ10～20mm圆形孔洞；
所述筛孔的排列为交错排列或是沿缓冲筛板中心螺旋排列。
通常地，所述卸料装置的入料料仓、壳体、出料口在满足容量为250～300L的前提下，其出料口能够与固相力化学反应器的磨盘进料口封闭连接，其具体可通过一L型管道与固相力化学反应器的磨盘进料端连通，其具体结构可参照市售同等容积的星型卸料器叶轮或现有技术。
通常地，所述卸料装置的叶轮与电机传动连接，所述电机在满足带动叶轮转速为6～20r/min的前提下，其具体结构以及传动方式可参照市售同等容积的星型卸料器叶轮或现有技术。
本发明通过扭曲叶片设计，避免了叶轮在转动时其叶片与壳体间隙的瞬时打开与关闭，实现部分超细粉体在间隙完全打开之前进入出料口，同时扭曲叶片结构的凹陷部分，阻止超细粉体在间隙打开后一次性进入出料口，从而实现了均匀的下料效果。
本发明还通过对缓冲筛板形状的限定以及筛孔大小的限定，从而使得市售废弃电路板非金属粉体在通过筛板时，靠近筛板中心处较小筛孔通过较为细小的粉体，而市售废弃电路板非金属粉体中的破碎玻璃纤维则沿缓冲筛板凸起结构滑到四周较大筛孔处通过。通过上述缓冲筛料形式，一方面进一步加强了卸料的稳定性和均匀性，另一方面又防止了原料粉体规格不一所造成的筛板容易堵塞的问题。同时，因为固相力化学反应器为立式磨盘，其进料方式原本是通过一竖直的加料斗及与之垂直的进料螺杆，通过进料螺杆将原料输送至转动磨盘与固定磨盘之间(具体可参照申请号为95111258.9的专利)。因此在改造上述固相力化学反应器时，将进料螺杆进行了拆卸，改为一L型弯管，将该L型弯管的垂直上端与本发明卸料装置的出料口封闭连接，将该L型弯管的下端与磨盘进料端处封闭连接。上述缓冲筛料形式更为方便将破碎玻璃纤维落入L型弯管中的底层和表层，防止因原料粉体规格不一所造成的堆积空洞，从而使得固相力化学反应器磨盘中原料进料更为均匀。
在利用上述卸料装置的前提下，因其大幅提高了原料进入固相力化学反应器的稳定性和均匀性，其与之配套的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺如下：
一种利用上述卸料装置的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺，是将上述卸料装置与固相力化学反应器的磨盘进料口封闭连接，控制卸料装置中叶轮转速为6～20r/min，以保证达到每分钟进料5～8.5kg市售废弃电路板非金属粉体，碾磨过程中控制固相力化学反应器盘面温度为25～50℃，工作压力为3～5MPa，转速为200～400r/min，循环碾磨为2-4次。
所述的废弃电路板非金属超细粉体工艺产量300～500kg/h。
所述的废弃电路板非金属超细粉体中玻纤长径比可达30～50，制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高25～35％。
通常而言，除本发明所限定的工艺参数外，制备废弃电路板非金属超细粉体所需的技术方案与其它工艺参数与本发明人在先授权发明专利“废弃电路板非金属超细粉体及其与聚烯烃的复合材料和它们的制备方法”(申请号：201410524682.6)一致。
本发明通过大幅提高进料稳定性和均匀性，从而大幅提高了固相力化学反应器磨盘磨面中粉体原料的均匀分布，在碾磨过程中实现固相应力均匀施加在粉体原料上，增加有效接触面积，因此在减少了循环碾磨次数的前提下，所制备得到的超细粉体规格能够与在先申请中保持一致，同时大幅提高了其单位时间内的产量。
同时因为大幅减少了循环碾磨次数，所得废弃电路板非金属超细粉体中玻纤长径比显著高于在先申请技术方案所得，因此利用其制备所得的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较在先申请技术方案显著提高。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明实现了生产原料废弃电路板非金属粉体稳定均匀的定量卸料，并大幅提高了制备废弃电路板非金属超细粉体的产量。
2、本发明所制得废弃电路板非金属超细粉体中玻璃纤维长径比为30～50，利用其所制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高25～35％。
3、本发明基于在先授权专利技术，对工艺设备和工艺参数进行了整体改良并取得了显著的进步，工艺设备提高了进料效率，工艺技术大幅缩短了循环碾磨次数，两者配合从而大幅提高了单位时间内的产品产量。
附图说明
图1为本发明实施例1中卸料装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1中单个叶片结构的正视图。
图3为本发明实施例1中单个叶片结构的左视图。
图4为本发明实施例1中单个叶片结构的俯视图。
图5为本发明实施例1中单个叶片结构的立体图。
图6为本发明实施例1中缓冲筛板水平视角的结构示意图。
图7为本发明实施例1中缓冲筛板俯视视角的结构示意图。
图8为售废弃电路板非金属粉体与本发明实施例1所制得废弃电路板非金属超细粉体对比照片，其中左图为售废弃电路板非金属粉体照片，右图为本发明实施例1所制得废弃电路板非金属超细粉体照片。
图9为售废弃电路板非金属粉体、按照授权发明专利“废弃电路板非金属超细粉体及其与聚烯烃的复合材料和它们的制备方法”(申请号：201410524682.6)所制备的废弃电路板非金属超细粉体与本发明实施例1所制得废弃电路板非金属超细粉体对比电镜照片，其中左图为售废弃电路板非金属粉体电镜照片，中图为按照在先授权发明专利所制备的废弃电路板非金属超细粉体电镜照片，右图为本发明实施例1所制得废弃电路板非金属超细粉体电镜照片，可以很明显看出本发明实施例1所制得废弃电路板非金属超细粉体保留了长径比较大的玻璃纤维。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。值得指出的是，给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明保护范围。
实施例1
如附图1所示，一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置，包括入料料仓1、壳体2、叶轮3、驱动装置及出料口，所述叶轮3上设置有八个叶片4，且所述叶片4为扭曲叶片，如附图2-5所示，叶片根部至顶部的高度为100mm，叶片根部轴向宽度为200mm，自叶片根部至顶部呈“麻花”状自转螺旋，其导程角为80°，所述自转螺旋如图中所示，为沿叶片根部至顶部的中轴线自转螺旋；
所述卸料装置的入料料仓1的容量为250L，其出料口与固相力化学反应器7的磨盘进料口通过一L型管道6封闭连接；
在所述出料口上还设有直径为200mm的圆形缓冲筛板5，所述缓冲筛板5上设有朝向进料端的凸型结构，所述凸型结构的纵截面为梯形，
如附图6-7所示，所述凸型结构的纵截面为梯形，其上底长120mm，其上底与腰的角度为150°，位于该凸型结构上底面的A筛孔5-1为φ5mm圆形孔洞，位于该凸型结构非上底面的B筛孔5-2为φ10mm圆形孔洞；
所述筛孔的排列为交错排列。
值得说明的是，附图6-7中的筛孔大小及筛孔排列方式仅为更方便的进行结构示意，其具体结构以实施例中的文字为准。
此外，所述卸料装置的叶轮与电机传动连接，所述电机在满足带动叶轮转速为6～20r/min的前提下，其具体结构以及传动方式可参照市售同等容积的星型卸料器叶轮或现有技术，在图1中对电机进行了省略。
在利用上述卸料装置的前提下，因其大幅提高了原料进入固相力化学反应器的稳定性和均匀性，其与之配套的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺如下：
一种利用上述卸料装置的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺，是将上述卸料装置与固相力化学反应器的磨盘进料口封闭连接，控制卸料装置中叶轮转速为20r/min，以保证达到每分钟进料8.5kg市售废弃电路板非金属粉体，碾磨过程中控制固相力化学反应器盘面温度为45℃，工作压力为5MPa，转速为400r/min，循环碾磨为2次。
所述的废弃电路板非金属超细粉体工艺产量500kg/h。
所述的废弃电路板非金属超细粉体中玻纤长径比可达38，制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高28％。
实施例2
一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置，包括入料料仓、壳体、叶轮、驱动装置及出料口，所述叶轮上设置有六个叶片，且所述叶片为扭曲叶片，叶片根部至顶部的高度为80mm，叶片根部轴向宽度为180mm，自叶片根部至顶部呈“麻花”状自转螺旋，其导程角为85°，所述自转螺旋为沿叶片根部至顶部的中轴线自转螺旋；
所述卸料装置的入料料仓1的容量为270L，其出料口与固相力化学反应器的磨盘进料口通过一L型管道封闭连接；
在所述出料口上还设有直径为150mm的圆形缓冲筛板，所述缓冲筛板上设有朝向进料端的凸型结构，所述凸型结构的纵截面为穹形，
所述凸型结构的纵截面为穹形，其弧度为2rad，距离缓冲筛板中心0％～30％半径的筛孔为φ4mm圆形孔洞，距离缓冲筛板中心70％～90％半径的筛孔为φ10mm圆形孔洞；
所述筛孔沿缓冲筛板中心螺旋排列。
此外，所述卸料装置的叶轮与电机传动连接，所述电机在满足带动叶轮转速为6～20r/min的前提下，其具体结构以及传动方式可参照市售同等容积的星型卸料器叶轮或现有技术。
在利用上述卸料装置的前提下，因其大幅提高了原料进入固相力化学反应器的稳定性和均匀性，其与之配套的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺如下：
一种利用上述卸料装置的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺，是将上述卸料装置与固相力化学反应器的磨盘进料口封闭连接，控制卸料装置中叶轮转速为10r/min，以保证达到每分钟进料6.2kg市售废弃电路板非金属粉体，碾磨过程中控制固相力化学反应器盘面温度为31℃，工作压力为4MPa，转速为250r/min，循环碾磨为4次。
所述的废弃电路板非金属超细粉体工艺产量380kg/h。
所述的废弃电路板非金属超细粉体中玻纤长径可达42，制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高32％。
实施例3
一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置，包括入料料仓、壳体、叶轮、驱动装置及出料口，所述叶轮上设置有十二个叶片，且所述叶片为扭曲叶片，叶片根部至顶部的高度为120mm，叶片根部轴向宽度为250mm，自叶片根部至顶部呈“麻花”状自转螺旋，其导程角为89°，所述自转螺旋为沿叶片根部至顶部的中轴线自转螺旋；
所述卸料装置的入料料仓1的容量为300L，其出料口与固相力化学反应器的磨盘进料口通过一L型管道封闭连接；
在所述出料口上还设有直径为250mm的圆形缓冲筛板，所述缓冲筛板上设有朝向进料端的凸型结构，所述凸型结构的纵截面为锥形，
所述凸型结构的纵截面为锥形，其弧度为2rad，其顶角为150°，距离缓冲筛板中心0％-20％半径的筛孔为φ2mm圆形孔洞，距离缓冲筛板中心80％-90％半径的筛孔为φ10mm圆形孔洞；
所述筛孔为交错排列。
此外，所述卸料装置的叶轮与电机传动连接，所述电机在满足带动叶轮转速为6～20r/min的前提下，其具体结构以及传动方式可参照市售同等容积的星型卸料器叶轮或现有技术。
在利用上述卸料装置的前提下，因其大幅提高了原料进入固相力化学反应器的稳定性和均匀性，其与之配套的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺如下：
一种利用上述卸料装置的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺，是将上述卸料装置与固相力化学反应器的磨盘进料口封闭连接，控制卸料装置中叶轮转速为6r/min，以保证达到每分钟进料5kg市售废弃电路板非金属粉体，碾磨过程中控制固相力化学反应器盘面温度为25℃，工作压力为3MPa，转速为200r/min，循环碾磨为4次。
所述的废弃电路板非金属超细粉体工艺产量300kg/h。
所述的废弃电路板非金属超细粉体中玻纤长径比可达50，制备的聚乙烯/废弃非金属细粉复合材料的弯曲模量较原工艺参数提高35％。

Claims (4)

1.一种用于废弃电路板非金属粉体的卸料装置，其特征在于包括入料料仓、壳体、叶轮、驱动装置及出料口，所述叶轮上设置有6-12个叶片，且所述叶片为扭曲叶片，叶片根部至顶部的高度为80～120mm，叶片根部轴向宽度为180～250mm，自叶片根部至顶部呈“麻花”状自转螺旋，其导程角为80～89°；
在所述出料口上还设有直径为150～250mm的圆形缓冲筛板，所述缓冲筛板上设有朝向进料端的凸型结构，所述凸型结构的纵截面为穹形、锥形或是梯形，
当所述凸型结构的纵截面为穹形时，其弧度为1.5～2rad，距离缓冲筛板中心0％～30％半径的筛孔为φ2～6mm圆形孔洞，距离缓冲筛板中心70％～90％半径的筛孔为φ10～15mm圆形孔洞；
当所述凸型结构的纵截面为锥形时，其顶角为90-160°，距离缓冲筛板中心0％-20％半径的筛孔为φ1～4mm圆形孔洞，距离缓冲筛板中心80％-90％半径的筛孔为φ5～10mm圆形孔洞；
当所述凸型结构的纵截面为梯形时，其上底长100～150mm，其上底与腰的角度为120～150°，位于该凸型结构上底面的筛孔为φ5～8mm圆形孔洞，位于该凸型结构非上底面的筛孔为φ10～20mm圆形孔洞；
所述筛孔的排列为交错排列或是沿缓冲筛板中心螺旋排列。
2.根据权利要求1所述卸料装置，其特征在于：所述卸料装置的入料料仓容量为250～300L。
3.一种安装有权利要求1所述卸料装置的固相力化学反应器，其特征在于将权利要求1所述卸料装置的出料口通过L型弯管与固相力化学反应器的磨盘进料口封闭连接，所述固相力化学反应器为中国专利申请号95111258.9中所记载的设备。
4.一种利用权利要求3所述固相力化学反应器的废弃电路板非金属超细粉体的制备工艺，其特征在于控制卸料装置中叶轮转速为6～20r/min，并控制每分钟进料5～8.5kg市售废弃电路板非金属粉体，碾磨过程中控制固相力化学反应器盘面温度为25～50℃，工作压力为3～5MPa，转速为200～400r/min，循环碾磨为2-4次。
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