CN113477379B - 一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，包括以下步骤：S1：数据稳态清洗，获取废环氧树脂处理系统中破碎与分选工艺的历史数据，并对历史数据进行稳态清洗；S2：建立预测模型，将灰色理论与传统废环氧树脂处理系统中稳态清洗后的历史数据相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法，建立了分选金属回收率与总用水量的预测模型；S3：应用预测模型，将已建立的所述分选金属回收率与工艺用水量的预测模型应用于废环氧树脂处理系统中的单片机中实时控制调节；S4：破碎分选；S5：二次分选。其能够在线实时对废环氧树脂处理系统用水量参数进行预测、分析、优化，进而在保证回收金属纯度的基础上，最大限度的提高金属的回收率。

Description

一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法
技术领域
本发明涉及金属回收技术领域，尤其是涉及一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法。
背景技术
随着电子信息产业的快速发展，废弃的印刷电路板的数量逐年增多，由此带来的环境压力更为突出，由于废弃印刷电路板数量大、适用范围广、再资源化价值高、环境污染严重等特点，因此如何以环境友好的方式处理好废弃电路板，是关系到整个印刷电路板行业可持续健康发展的关键举措问题之一，也是当前世界各国共同关注的重要课题。
废弃印刷电路板的常用处理方法有焚化法、热解法、化学处理法，然而这三种方法对环境的污染危害性较大，并且很难将废气印刷电路板中的环氧树脂与金属分离开来并分别进行回收处理，因此通常采用机械物理法对废弃印刷电路板进行处理。
现有的技术中，机械物理法主要包括破碎和分选两个最重要的步骤，破碎和分选由废环氧树脂处理系统来完成，这两个步骤都具有间歇用水过程的特征，尤其在摇床分选破碎物料过程中，供水量过多时，水的浮力较大，就会导致金属收集池内掺杂环氧树脂等杂质，降低了回收金属的纯度。供水量过少时，水的浮力较小，就会导致一些金属跟随环氧树脂进入沉淀池，从而降低金属的回收率。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，其将灰色模型与传统废环氧树脂处理系统相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法，建立了分选金属回收率与工艺用水量的预测模型，在建模分析的基础上，在线实时对废环氧树脂处理系统用水量参数进行预测、分析、优化，进而在保证回收金属纯度的基础上，最大限度的提高金属的回收率。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，包括以下步骤：
S1：数据稳态清洗，获取废环氧树脂处理系统中破碎与分选工艺的历史数据，包括：总用水量、物料重量、粉尘烟气量、粉尘浓度、沉淀渣量、环氧树脂粉量以及金属量，并对历史数据进行稳态清洗；
S2：建立预测模型，将灰色理论与传统废环氧树脂处理系统中稳态清洗后的历史数据相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法，建立了分选金属回收率与总用水量的预测模型；
S3：应用预测模型，将已建立的所述分选金属回收率与工艺用水量的预测模型应用于废环氧树脂处理系统中的单片机中实时控制调节，在单片机中输入物料重量，利用预测模型自动生成总用水量与金属回收率；
S4：破碎分选，选择最高的所述金属回收率对应的总用水量数据后，往破碎机中投入对应量的工艺水与物料，物料经所述破碎机破碎后粒径为0.8mm以下，然后将物料抽到离心分选机内，进行金属与环氧树脂的分选；
S5：二次分选，分选后的废环氧树脂与水流入沉淀池，金属则收集到离心分选机内，所述沉淀池沉淀后的水经过水泵抽送至所述离心分选机内供水，利用渣桨泵将所述沉淀池的废树脂抽送至所述破碎机再次破碎。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在步骤S2中，基于稳态清洗后的废环氧树脂处理系统运行历史数据，利用灰色理论搭建GM(0，N)的预测模型，按照所述GM(0，N)模型的建模方法得到金属回收率预测模型与总用水量预测模型，通过新产生原材料的数据，对金属回收率预测模型与总用水量预测模型进行不断优化。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述金属回收率预测模型的输出层为回收金属的重量，所述总用水量预测模型的输出层为工艺水的体积。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：搭建所述GM(0，N)的预测模型的包括以下步骤：先对历史数据进行初始化，然后求GM(0，N)的预测模型，最后再对所述GM(0，N)的预测模型进行检验；模型小误差的概率为：
Figure BDA0003187246780000031
当P>0.95时模型精度为优，P>0.8时模型合格，P>0.7时模型勉强合格，P≤0.7时模型不合格，此时用残差数列进行修正。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：加入破碎机中物料的总重量作为所述总用水量预测模型的输入层的神经元，所述总重量＝金属重量测量值+环氧树脂粉重量测量值+总用水量重量测量值+沉淀渣重量测量值。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在步骤S4中，破碎机破碎时包括粗碎与细碎两个过程，粗碎后物料的粒径为3.2mm，细碎后的物料粒径在0.8mm以下。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述破碎机包括箱体以及设置在所述箱体内的粗碎机构以及细碎机构，所述粗碎机构包括大带轮、电机、转动轴以及多个粗碎棘轮刀，所述转动轴与所述电机传动连接，所述大带轮与多个所述粗碎棘轮刀分别通过花键安装在所述转动轴上，所述粗碎棘轮刀设置在所述箱体的进料口处，所述粗碎棘轮刀的一侧设置有粗碎壁，所述粗碎壁上开设有用于所述粗碎棘轮刀嵌合的凹槽，所述细碎机构通过输料通道与所述粗碎机构连接；
所述细碎机构包括小带轮、转盘以及固定在所述转盘上的多个锤头，所述转盘通过转轴与所述小带轮同轴固定连接，所述小带轮与所述大带轮之间张紧设置有皮带，所述箱体的内壁分别固定连接有托板与弧形板，所述托板与所述弧形板之间活动连接有筛板，所述筛板形成供所述锤头转动的挤压槽，所述挤压槽呈半圆形，所述挤压槽上方的所述箱体上开设有注水孔。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述筛板的两侧分别固定连接有限位板，所述托板的两侧分别开设有供所述限位板嵌设的限位槽，所述限位槽内设置有弹簧，所述弹簧的一端与所述限位槽的侧壁连接，另一端与所述限位板固定连接。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述离心分选机包括转筒与入料管，所述转筒呈锥形，所述入料管的一端延伸至所述转筒内的底部，所述转筒包括由内而外依次固定连接的金属层、电磁铁层以及绝缘层，所述离心分选机工作时，所述电磁铁层通电产生磁性，使得金属层吸附物料中的金属。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明将灰色理论与传统废环氧树脂处理系统中稳态清洗后的历史数据相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法，建立了分选金属回收率与总用水量的预测模型。在建模分析的基础上，将预测模型应用到废环氧树脂处理系统中的破碎分选与二次分选的工序中，其中，二次分选增加了金属的回收率，使得环氧树脂中的金属能够完全分离出来，并且实现了实时对废环氧树脂处理系统用水量参数的预测、分析、优化，进而在保证回收金属纯度的基础上，最大限度的提高金属的回收率。
2.最开始利用离线数据训练产生预测模型，预测模型应用于在线控制调节后，模型并不是一成不变的，而是利用新产生的运行数据对模型进行调整，这样使得预测模型随着机组运行情况在不断优化，调节精度和效率降提升。
3.本发明针对废弃印刷电路板，设计了专用破碎机，其采用了二级破碎的方案，主要包括粗碎和细碎两个过程，粗碎采用辊式挤压剪切破碎，细碎采用环锤式湿法破碎，同时对现有破碎机的刀具和锤头进行创新性设计，粗碎过程中使刀具在挤压的同时具有剪切力，细碎过程中便锤头具有更大的冲击力。
附图说明
图1为本发明的流程简图。
图2为本发明展示破碎机的结构示意图。
图3为本发明展示离心分选机的结构简图。
附图标记：1、箱体；11、托板；111、限位槽；12、弧形板；13、筛板；131、限位板；14、挤压槽；15、注水孔；2、粗碎机构；21、大带轮；22、转动轴；23、粗碎棘轮刀；24、粗碎壁；25、凹槽；3、细碎机构；31、小带轮；32、转盘；33、锤头；34、皮带；4、输料通道；5、弹簧；6、转筒；61、金属层；62、电磁铁层；63、绝缘层；7、入料管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，包括以下步骤：
S1：数据稳态清洗，获取废环氧树脂处理系统中破碎与分选工艺的历史数据，包括：总用水量、物料重量、粉尘烟气量、粉尘浓度、沉淀渣量、环氧树脂粉量以及金属量，并对历史数据进行稳态清洗；
S2：建立预测模型，将灰色理论与传统废环氧树脂处理系统中稳态清洗后的历史数据相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法，建立了分选金属回收率与总用水量的预测模型；
S3：应用预测模型，将已建立的分选金属回收率与工艺用水量的预测模型应用于废环氧树脂处理系统中的单片机中实时控制调节，在单片机中输入物料重量，利用预测模型自动生成总用水量与金属回收率；
S4：破碎分选，选择最高的金属回收率对应的总用水量数据后，往破碎机中投入对应量的工艺水与物料，物料经破碎机破碎后粒径为0.8mm以下，然后将物料抽到离心分选机内，进行金属与环氧树脂的分选；
S5：二次分选，分选后的废环氧树脂与水流入沉淀池，金属则收集到离心分选机内，沉淀池沉淀后的水经过水泵抽送至离心分选机内供水，利用渣桨泵将沉淀池的废树脂抽送至破碎机再次破碎。
其中，在步骤S2中，基于稳态清洗后的废环氧树脂处理系统运行历史数据，利用灰色理论搭建GM(0，N)的预测模型，按照GM(0，N)模型的建模方法得到金属回收率预测模型与总用水量预测模型，通过新产生原材料的数据，对金属回收率预测模型与总用水量预测模型进行不断优化。最开始利用离线数据训练产生预测模型，预测模型应用于在线控制调节后，模型并不是一成不变的，而是利用新产生的运行数据对模型进行调整，这样使得预测模型随着机组运行情况在不断优化，调节精度和效率降提升。
在本实施例中，金属回收率预测模型的输出层为回收金属的重量，总用水量预测模型的输出层为工艺水的体积。严格把控废环氧树脂处理系统的用水量，选择适合的工艺水的体积，能够最大限度的增加回收金属的重量，提高了回收的效能。加入破碎机中物料的总重量作为总用水量预测模型的输入层的神经元，总重量＝金属重量测量值+环氧树脂粉重量测量值+总用水量重量测量值+沉淀渣重量测量值。在步骤S4中，破碎机破碎时包括粗碎与细碎两个过程，粗碎后物料的粒径为3.2mm，细碎后的物料粒径在0.8mm以下。
其中，搭建GM(0，N)的预测模型的包括以下步骤：先对历史数据进行初始化，然后求GM(0，N)的预测模型，最后再对GM(0，N)的预测模型进行检验；模型小误差的概率为：
Figure BDA0003187246780000071
当P>0.95时模型精度为优，P>0.8时模型合格，P>0.7时模型勉强合格，P≤0.7时模型不合格，此时用残差数列进行修正。
初始化数据时，设xi(k)为变量，i＝1，2，3…，N分别代表N个不同变量，当i＝1时，xi(k)是因变量；当i＝2，3…N时，xi(k)为自变量，得出此公式：xi (0)(k)＝xi(k)/x1(1),GM(0，N)的预测模型为
Figure BDA0003187246780000072
Figure BDA0003187246780000073
原始序列的预测值为
Figure BDA0003187246780000074
在此式中，x1(1)是因变量序列的第一个值，
Figure BDA0003187246780000075
参数列
Figure BDA0003187246780000076
为
Figure BDA0003187246780000077
其中：
Figure BDA0003187246780000078
Figure BDA0003187246780000079
模型小误差的概率为：
Figure BDA00031872467800000712
k＝1,2，…，m，其中，
Figure BDA00031872467800000710
Figure BDA00031872467800000711
当P>0.95时模型精度为优，P>0.8时模型合格，P>0.7时模型勉强合格，P≤0.7时模型不合格，此时用残差数列进行修正。
参照图2，破碎机包括箱体1以及设置在箱体1内的粗碎机构2以及细碎机构3，粗碎机构2包括大带轮21、电机、转动轴22以及多个粗碎棘轮刀23，转动轴22与电机传动连接，大带轮21与多个粗碎棘轮刀23分别通过花键安装在转动轴22上，粗碎棘轮刀23设置在箱体1的进料口处，粗碎棘轮刀23的一侧设置有粗碎壁24，粗碎壁24上开设有用于粗碎棘轮刀23嵌合的凹槽25，细碎机构3通过输料通道4与粗碎机构2连接。
细碎机构3包括小带轮31、转盘32以及固定在转盘32上的多个锤头33，转盘32通过转轴与小带轮31同轴固定连接，小带轮31与大带轮21之间张紧设置有皮带34，箱体1的内壁分别固定连接有托板11与弧形板12，托板11与弧形板12之间活动连接有筛板13，筛板13形成供锤头33转动的挤压槽14，挤压槽14呈半圆形，挤压槽14上方的箱体1上开设有注水孔15。
将废弃的印刷电路板放入粗碎壁24与多个粗碎棘轮刀23之间，电机通电工作通过转动轴22带动大带轮21与多个粗碎棘轮刀23旋转，把电路板挤压剪切成边长10-30mm的方形条状，然后受重力的作用通过输料通道4进入细碎部分的破碎腔。大带轮21通过皮带34带动小带轮31转动，小带轮31通过转轴带动转盘32转动，转盘32使得锤头33在破碎腔内转动，物料受到锤头33的高速冲击而破碎，被破碎的物料同时获得动能，高速度地冲向由托板11与筛板13结合形成的破碎板，受到二次破碎，然后落到托板11与弧形板12之间的筛板13上，受锤头33的挤压、研磨以及物料颗粒之间的互相撞击作用，废弃电路板得到进一步破碎，当物料颗粒被破碎到直径0.8mm以下的时候，大部分的金属会与非金属分离并通过筛板13上的筛孔排出箱体1。
进一步的，筛板13的两侧分别固定连接有限位板131，托板11的两侧分别开设有供限位板131嵌设的限位槽111，限位槽111内设置有弹簧5，弹簧5的一端与限位槽111的侧壁连接，另一端与限位板131固定连接。
物料经输料通道4进入破碎腔后，由锤头33对筛板13上的物料进行挤压破碎处理，随着物料的增多，粉末状的物料下降速率变慢，甚至有可能造成筛板13堵塞的现象。筛板13通过限位板131滑动连接在托板11上，提高了筛板13安装的稳定性。当筛板13上的物料增多时，锤头33的一端能够通过附着在筛板13上的物料带动筛板13滑动，此时限位板131在限位槽111内滑动，弹簧5受压紧缩积蓄弹力。当弹簧5无法压缩时，弹簧5的弹力大于锤头33与物料之间的摩擦力时，弹簧5自然回复驱动筛板13恢复到原始状态，筛板13来回滑动呈现出周期性间歇振动的效果，从而使得筛板13上的物料快速的通过筛板13，避免筛板13造成堵塞的现象。
本发明针对废弃印刷电路板，设计了专用破碎机，其采用了二级破碎的方案，主要包括粗碎和细碎两个过程，粗碎采用辊式挤压剪切破碎，细碎采用环锤式湿法破碎，同时对现有破碎机的刀具和锤头33进行创新性设计，粗碎过程中使刀具在挤压的同时具有剪切力，细碎过程中便锤头33具有更大的冲击力。
参照图3，离心分选机包括转筒6与入料管7，转筒6呈锥形，入料管7的一端延伸至转筒6内的底部，转筒6包括由内而外依次固定连接的金属层61、电磁铁层62以及绝缘层63，离心分选机工作时，电磁铁层62通电产生磁性，使得金属层61吸附物料中的金属。
破碎后的物料由离心分选机中心的入料管7给到旋转的呈锥形状的转筒6中，在离心力的作用下沉降和分层，环氧树脂粉等比重小的颗粒在离心力作用下从转筒6的上部溢流排出，而金属等比重大的颗粒沉降到转筒6的内壁上。并且转筒6转动时，其内部的电磁铁层62通电产生磁性，使得物料中的金属吸附在转筒6内壁的金属层61上，当分选完成后，去除离心分选机中的水与环氧树脂粉，关闭电源，吸附在金属层61上的金属由于电磁铁层62的磁性消失，在自身重力的作用下汇集到锥形转筒6的底部，从而实现了对金属的回收。
本实施例的实施原理为：本发明将灰色理论与传统废环氧树脂处理系统中稳态清洗后的历史数据相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法，建立了分选金属回收率与总用水量的预测模型。在建模分析的基础上，将预测模型应用到废环氧树脂处理系统中的破碎分选与二次分选的工序中，其中，二次分选增加了金属的回收率，使得环氧树脂中的金属能够完全分离出来，并且实现了实时对废环氧树脂处理系统用水量参数的预测、分析、优化，进而在保证回收金属纯度的基础上，最大限度的提高金属的回收率。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：数据稳态清洗，获取废环氧树脂处理系统中破碎与分选工艺的历史数据，包括：总用水量、物料重量、粉尘烟气量、粉尘浓度、沉淀渣量、环氧树脂粉量以及金属量，并对历史数据进行稳态清洗；
S2：建立预测模型，将灰色理论与传统废环氧树脂处理系统中稳 态清洗后的历史数据相结合，基于废环氧树脂处理系统物料衡算方法， 建立了分选金属回收率与总用水量的预测模型；
S3：应用预测模型，将已建立的所述分选金属回收率与工艺用水量的预测模型应用于废环氧树脂处理系统中的单片机中实时控制调节，在单片机中输入物料重量，利用预测模型自动生成总用水量与金属回收率；
S4：破碎分选，选择最高的所述金属回收率对应的总用水量数据后，往破碎机中投入对应量的工艺水与物料，物料经所述破碎机破碎后粒径为 0.8mm 以下，然后将物料抽到离心分选机内，进行金属与环氧树脂的分选；
S5：二次分选，分选后的废环氧树脂与水流入沉淀池，金属则收集到离心分选机内，所述沉淀池沉淀后的水经过水泵抽送至所述离心分选机内供水，利用渣桨泵将所述沉淀池的废树脂抽送至所述破碎机再次破碎；
进一步，在步骤 S2 中，基于稳态清洗后的废环氧树脂处理系统运行历史数据，利用灰色理论搭建 GM(0，N)的预测模型，按照所述
GM（0，N）模型的建模方法得到金属回收率预测模型与总用水量预测模型，通过新产生原材料的数据，对金属回收率预测模型与总用水量预测模型进行不断优化；
所述金属回收率预测模型的输出层为回收金属的重量，所述总用水量预测模型的输出层为工艺水的体积；
加入破碎机中物料的总重量作为所述总用水量预测模型的输入层的神经元，所述总重量=金属重量测量值+环氧树脂粉重量测量值+ 总用水量重量测量值+沉淀渣重量测量值；搭建所述 GM(0，N)的预测模型的包括以下步骤：先对历史数据进行初始化，然后求 GM(0，N) 的预测模型，最后再对所述 GM(0，N)的预测模型进行检验；模型小
误差的概率为：P=P{|s(0)(k) − s|
< 0.6352S}；
当 P>0.95 时模型精度为优，P>0.8 时模型合格，P>0.7 时模型勉强合格，P≤0.7 时模型不合格，此时用残差数列进行修正；
在步骤 S4 中，破碎机破碎时包括粗碎与细碎两个过程，粗碎后物料的粒径为 3.2mm，细碎后的物料粒径在 0.8mm 以下。
2.根据权利要求1所述的一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，其特征在于：所述破碎机包括箱体(1)以及设置在所述箱体(1)内的粗碎机构(2)以及细碎机构(3)，所述粗碎机构(2)包括大带轮(21)、电机、转动轴(22) 以及多个粗碎棘轮刀(23)，所述转动轴(22)与所述电机传动连接，所述大带轮(21)与多个所述粗碎棘轮刀(23)分别通过花键安装在所述转动轴(22)上，所述粗碎棘轮刀(23)设置在所述箱体(1)的进料口处，所述粗碎棘轮刀(23)的一侧设置有粗碎壁(24)，所述粗碎壁(24)上开设有用于所述粗碎棘轮刀(23)嵌合的凹槽(25)，所述细碎机构(3)通过输料通道(4)与所述粗碎机构(2)连接；
所述细碎机构(3)包括小带轮(31)、转盘(32)以及固定在所述转盘(32)上的多个锤头(33)，所述转盘(32)通过转轴与所述小带轮(31) 同轴固定连接，所述小带轮(31)与所述大带轮(21)之间张紧设置有皮带(34)，所述箱体(1)的内壁分别固定连接有托板(11)与弧形板(12)， 所述托板(11)与所述弧形板(12)之间活动连接有筛板(13)，所述筛板(13)形成供所述锤头(33)转动的挤压槽(14)，所述挤压槽(14)呈半圆形，所述挤压槽(14)上方的所述箱体(1)上开设有注水孔(15)。
3.根据权利要求2所述的一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，其特征在于：所述筛板(13)的两侧分别固定连接有限位板(131)， 所述托板(11)的两侧分别开设有供所述限位板(131)嵌设的限位槽(111)，所述限位槽(111)内设置有弹簧(5)，所述弹簧(5)的一端与所 述限位槽(111)的侧壁连接，另一端与所述限位板(131)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于物料衡算的废弃物金属回收方法，其特征在于：所述离心分选机包括转筒(6)与入料管(7)，所述转筒(6)呈锥形，所述入料管(7)的一端延伸至所述转筒(6)内的底部， 所述转筒(6)包括由内而外依次固定连接的金属层(61)、电磁铁层(62) 以及绝缘层(63)，所述离心分选机工作时，所述电磁铁层(62)通电产生磁性，使得金属层(61)吸附物料中的金属。
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