一种利用低温热处理整形从电子废弃物中分离金属与非金属的方法与流程

本发明涉及电子废弃物资源循环再利用领域，具体涉及一种利用低温热处理整形从电子废弃物中分离金属和非金属的方法。

背景技术：

电子废弃物是指人们在日常生活中淘汰或者失去功能的家用电器及电子产品，包括洗衣机、电冰箱、电视机、空调、收音机、录音机、led灯具、手机、电脑等。随着社会经济的发展和科技的不断进步，电子产品更新换代的速度加快，形成了大量的电子废弃物。目前，电子废弃物是世界上增长最快的固体废弃物，在2017年，世界范围内产生了超过4000万吨的电子垃圾。电子废弃物具有资源和环境双重特性，需要引起人们的重视。一方面，电子废弃物中含有很多对环境和人类健康构成严重威胁的重金属和其他有毒有害有机物，如铅、砷、汞、多氯联苯等；另一方面，电子废弃物中含有众多有价金属，包括金、银、铂、铑、钯等贵金属，镓、铟等稀散金属，以及钇(y)、铈(ce)、钆(gd)等稀土金属。

因此，电子废弃物的资源化回收利用不仅仅能够消除电子废弃物对环境和人类的严重危害，而且能够回收其中大量的有价金属，弥补资源短缺，且能获得经济收益，已经成为全球研究的重点。电子废弃物回收利用的关键是将塑料和金属分开，目前常见的方法主要有机械物理分离和热解分离等。机械物理分离是采用机械设备将电子产品粉碎成颗粒，再利用各组分之间物理性质(如密度、磁性、导电性等)的差异，使得金属和非金属分离。机械物理法虽然对环境友好，节约能源，操作简单，但传统的机械分离发不能够彻底的分离塑料和金属，易造成有价材料的损失。热解法则是通过使用高温对电子废弃物进行加热，将有机成分剥离开来，金属则融化成合金，再加以后续的湿法或火法冶金对金属进行资源化处理。但热解过程中非金属物料会在高温下分解产生有毒有害气体，对环境产生，而且高温会造成大量的能源消耗。

由上可知，现有的机械物理分离和热解分离法均存在一定的缺陷，因此，开发一种节能高效、绿色环保且能够实现电子废弃物中金属和非金属的高效分离的方法，成为本领域技术人员研究的重点。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用低温热处理整形从电子废弃物中分离金属与非金属的方法，实现了对电子废弃物中金属和非金属的高效分离，且条件温和、环境友好，适用于工业化推广应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种利用低温热处理整形从电子废弃物中分离金属与非金属的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将电子废弃物进行破碎；

(2)将步骤(1)破碎后的电子废弃物进行低温热处理整形，得到形状重塑的物料；

(3)将步骤(2)所得物料进行分选，实现金属和非金属的分离。

本发明充分利用有机物相(例如塑料等)在加热过程中容易变形以及金属具有延展性的特点，通过在低温加热的环境中将电子废弃物物料进行碰撞和摩擦，使电子废弃物中塑料和金属的形状分别重整为类球形，进而减少片状物料受气流的影响，提升分选效率。同时，本发明使用干法方式对电子废弃物中金属与非金属进行分离，解决传统破碎分选方法中金属和非金属分选效率低、产品品位低的问题，能够实现电子废弃物中材料的高值化使用，且该方法条件温和、操作简单、对环境友好，金属和非金属分离效率高，适合工业化推广应用。

事实上，本发明提供的方法不仅仅适用于金属和非金属的分离，对于部分金属和金属(物化特性如熔点/延展性等相差较大)结合的电子废弃物而言，通过对温度的有效控制(温度接近其中熔点较低的金属)，配合机械力，同样能够实现对金属和金属的有效分离。同理，上述分离原理同样适用于非金属之间的分离。

本发明步骤(1)中所述电子废弃物包括淘汰和失去使用功能的电冰箱、洗衣机、收音机、电视机、电脑、手机、空调、led灯具或电池等家用电器及电子类产品。但非仅限于此，凡是常用的电子废弃物均适用于本发明。

当待处理的电子废弃物中含有功能未丧失的电子元件时，本发明在步骤(1)对电子废弃物进行破碎前，可以选择对电子废弃物进行拆解，将功能未丧失的电子元件直接回收利用，然后对剩余的废弃物进行破碎。

本发明上述拆解的方式为人工拆解、机械化拆解或半自动化拆解中的至少一种，具体的拆解方式应视废弃物种类而定。

本发明步骤(1)所述破碎在破碎机中进行，所述破碎机为剪切式破碎、颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机或冲击式破碎机中的至少一种。破碎时破碎机的功率为2.2-13kw，例如可以是2.2kw、3kw、5kw、8kw、10kw、11kw或13kw等，以及上述数值范围内的具体点值。

本发明步骤(1)所述破碎后物料的粒径为0.1-10cm，优选为0.5-5cm，例如可以是0.1cm、0.3cm、0.5cm、0.8cm、1cm、3cm、5cm、8cm或10cm等，以及上述数值范围内的具体点值。

上述破碎机的功率和破碎后物料的粒径只是本发明示例性的列举，并非对本发明进行限制。对于本发明而言，破碎机具体的工作功率和所得物料的粒径可根据处理过程中的实际情况进行具体选择，本发明对其不做特殊限定。

本发明中步骤(2)所述低温热处理整形所使用的设备为改造后的具有控温加热功能的球磨机、棒磨机、柱磨机、管磨机或自磨机中的至少一种。

本发明步骤(2)所述的低温热处理整形技术为同时进行的加热处理和机械处理。其中机械力处理依靠上述磨机实现，处理过程中设备的转速为300-1500r/min，优选为500-1500r/min，例如可以是300r/min、500r/min、800r/min、1000r/min、1200r/min或1500r/min等，以及上述数值之间的具体点值。

本发明步骤(2)所述低温热处理整形的温度为50-300℃，优选为150-250℃，例如可以是150℃、180℃、200℃、230℃、250℃、280℃或300℃等，以及上述数值直接的具体点值。

本发明所述低温热处理整形过程中，处理温度应低于物料(非金属)的熔点，否则会造成熔化粘结，无法实现对物料的形态调控。但相对的，处理温度不能过低，否则会增加物料重塑的难度，同时增加了机械能的损耗，不利于控制成本。

本发明步骤(2)所述低温热处理整形的时间为0.5-15h，优选为3-12h，例如可以是0.5h、1h、3h、5h、8h、10h、12h或15h等，以及上述数值之间的具体的点值。

本发明步骤(2)所述低温热处理整形后得到的物料呈类球形，有利于后续的分选操作。

本发明步骤(3)所述分选的方式为脉冲风选、流化床风选、跳汰选、静电分选或摩擦电选中的至少一种，但非仅限于此，其他合适的分选方式同样适用于本发明。

优选地，所述脉冲风选的脉冲频率为0.5-3hz，例如可以是0.5hz、1hz、1.5hz、2hz、2.5hz或3hz等；风力为50-200kpa，例如可以是50kpa、80kpa、100kpa、130kpa、150kpa、180kpa或200kpa等。

优选地，所述流化床风选的介质是磁铁粉，震动频率为5-20hz，例如可以是5hz、8hz、10hz、13hz、15hz、18hz或20hz等。

优选地，所述静电分选和摩擦电选的电压为30-80kv，例如可以是30kv、40kv、50kv、60kv、70kv或80kv等；进料速度为0.1-10kg/min，例如可以是0.1kg/min、0.5kg/min、1kg/min、3kg/min、5kg/min、8kg/min或10kg/min等。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明中，经过破碎后的电子废弃物物料在低温焙烧的环境中，通过碰撞和摩擦，形状重整成类球形，减小片状物料受气流的影响，有利于后续的分选操作，极大地提高了金属和塑料的分离效率。使得分选后塑料的品位达到90％以上，金属品位达到95％以上，增加了电子废弃物的综合利用价值。

(2)本发明提供的方法条件温和，操作简单，过程绿色无污染，适合工业化应用。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式提供的工艺流程图。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明在具体实施方式部分提供了一种利用低温热处理整形从电子废弃物中分离金属与非金属的方法，如图1所示，所述方法可以为：将电子废弃物经过拆解和功能鉴定后功能完整的部分直接回收利用，对功能丧失的部分进行破碎；然后将破碎后的物料进行低温热处理整形处理得到形状重塑的物料；处理结束后，将所得类球形物料进行分选，实现了金属和非金属(塑料)的分离。

本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供了一种从废旧led灯具中分离金属和非金属的方法，其具体步骤为：

(1)将失去功能的led灯具使用功率为5kw的剪切式破碎机破碎至粒径为2-4cm；

(2)将破碎后的物料放在改造后的具有控温功能的棒磨机中，设置温度为210℃，转速为1000r/min，处理10h，处理结束后得到类球形物料；

(3)使用脉冲风选法对整形后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为100kpa，从风选设备上出料口得到塑料产品，其品位为92.28％，从风选设备下出料口得到金属混合物，其品位为97.36％。

实施例2

本实施例提供了一种从废弃的led灯具中的混合物料中分离金属和非金属的方法，其具体步骤为：

(1)将废弃的led灯具的混合物料使用功率为10kw的颚式破碎机破碎至粒径为0.5-2cm；

(2)使用改造后具有加热功能的球磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为220℃，转速为1000r/min，处理时间为10h；

(3)使用静电分选方法对整形后的物料进行分选，控制电压为40kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为92.85％，得到的金属混合物的品位为95.78％。

实施例3

本实施例提供了一种从废旧笔记本电脑中分离金属和非金属的方法，如图1所示，其具体步骤为：

(1)手动拆解废旧笔记本电脑，对其中的电子元件进行检测，检测合格的电子元件，直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为2.2kw的剪切式破碎机破碎至粒径为6-8cm；

(3)将破碎后的物料加入改造后的具有控温功能的棒磨机中，设置焙烧温度为150℃，转速为1200r/min，处理时间为12h；

(4)使用脉冲风选法对整形后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为150kpa，从风选设备上出料口得到塑料产品，其品位为91.67％，从风选设备下出料口得到金属混合物，其品位为95.23％。

实施例4

本实施例提供了一种从废旧笔记本电脑中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)手动拆解废旧笔记本电脑，对其中的电子元件进行检验，检测合格的电子元件，直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为8kw的颚式破碎机破碎至粒径为0.5-2cm；

(3)使用改造后具有加热功能的球磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为280℃，转速为500r/min，处理时间为10h；

(4)使用静电分选法对整形后的物料进行分选，控制电压为50kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为92.89％，得到的金属混合物品位的为96.12％。

实施例5

本实施例提供了一种从淘汰的家用空调中分离金属和非金属的方法，其具体步骤为：

(1)手工拆解淘汰的家用空调，对其中的电子元件进行检验，检验合格的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后的剩余废弃物使用功率为7.5kw的冲击式破碎机破碎至粒径为1-4cm；

(3)将破碎后的物料放入改造后的具有控温功能的棒磨机中，设置焙烧温度为80℃，转速为1500r/min，处理时间为15h；

(4)使用脉冲风选设备对整形的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为150kpa，从风选设备的上出料口得到塑料产品，其品位为93.12％，从风选设备的下出料口得到金属混合物，其品位为97.78％。

实施例6

本实施例提供了一种从淘汰的家用空调中分离金属和非金属的方法，其具体步骤为：

(1)使用机械化拆解淘汰的家用空调，对其中的电子元件进行检验，检验合格的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为11kw的冲击式破碎机破碎至粒径为0.5-2cm；

(3)将破碎后的物料放入改造后的具有控温功能的棒磨机中，设置焙烧温度为150℃，转速为1300r/min，处理时间为14h；

(4)使用脉冲风选设备对整形的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为150kpa，从风选设备的上出料口得到塑料产品，其品位为94.02％，从风选设备的下出料口得到金属混合物，其品位为97.12％。

实施例7

本实施例提供了一种从废弃的收音机、录音机的混合物料中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)将废弃的收音机、录音机的混合物料使用功率为7kw的颚式破碎机破碎至粒径为1-3cm；

(2)使用改造后具有加热功能的球磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为210℃，转速为800r/min，处理时间为8h；

(3)使用静电分选方法对整形后的物料进行分选，控制电压为70kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为94.51％，得到的金属混合物的品位为97.32％。

实施例8

本实施例提供了一种从废弃的收音机、录音机的混合物料中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)将废弃的收音机、录音机的混合物料使用功率为12kw的颚式破碎机破碎至粒径为0.2-1.5cm；

(2)使用改造后具有加热功能的棒磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为230℃，转速为1000r/min，处理时间为11.5h；

(3)使用静电分选方法对整形后的物料进行分选，控制电压为60kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为95.51％，得到的金属混合物的品位为97.72％。

实施例9

本实施例提供了一种从淘汰的手机中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)手工拆解淘汰的手机，对其中的电子元件进行功能性检验，检验合格的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为7kw的辊式破碎机破碎至粒径为1-3cm；

(3)使用改造后具有加热功能的管磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为200℃，转速为950r/min，处理时间为6h；

(4)使用静电分选的方式对物料进行分选，控制电压50kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为90.78％，得到的金属混合物的品位为95.23％。

实施例10

本实施例提供了一种从淘汰的手机中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)手工拆解淘汰的手机，对其中的电子元件进行功能性检验，检验合格的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为13kw的辊式破碎机破碎至粒径为0.1-1cm；

(3)使用改造后具有加热功能的球磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为220℃，转速为1200r/min，处理时间为3h；

(4)使用静电分选的方式对物料进行分选，控制电压70kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为91.16％，得到的金属混合物的品位为95.08％。

实施例11

本实施例提供了一种从废弃的电冰箱和空调的混合物料中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)使用人工拆解，将电冰箱和空调中的电子元件拆除，进行功能性检验，检验合格的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为4kw的剪切试破碎机破碎至粒径为4-6cm；

(3)使用改造后的具有控温功能的棒磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为180℃，转速为1100r/min，处理时间为10h；

(4)使用脉冲风选的方法对整形后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为150kpa，从风选设备的上出料口得到塑料混合物，其品位为91.11％，从风选设备下出料口得到金属混合物，其品位为95.32％。

实施例12

本实施例提供了一种从废弃的电冰箱和空调的混合物料中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)使用机械智能拆解，将电冰箱和空调中的电子元件拆除，进行功能性检验，检验合格的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为10kw的剪切试破碎机破碎至粒径为2-4cm；

(3)使用改造后的具有控温功能的棒磨机对破碎后的物料进行处理，设置温度为220℃，转速为850r/min，处理时间为12h；

(4)使用脉冲风选的方法对整形后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为200kpa，从风选设备的上出料口得到塑料混合物，其品位为93.31％，从风选设备的下出料口得到金属混合物，其品位为96.22％。

对比例1

本对比例提供了一种使用传统方法从led灯具中回收金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)将废弃的led灯具使用功率为7kw的剪切试破碎机破碎至粒径为1-3cm；

(2)使用脉冲式风选机对破碎后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为100kpa，从风选设备的上出料口得到塑料的混合物，其品位为60.21％，从风选设备的下出料口得到金属混合物，其品位为71.32％。

对比例2

本对比例提供了一种使用传统方法从废弃的收音机、录音机的混合物料中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)将废弃的收音机、录音机的混合物料使用功率为13kw的颚式破碎机破碎至粒径为0.1-1cm；

(2)使用静电分选方法对整形后的物料进行分选，控制电压为60kv，分选结束后，得到的塑料混合物的品位为58.59％，得到的金属混合物的品位为53.32％。

对比例3

本对比例提供了一种使用传统方法从淘汰的电冰箱中分离金属和非金属的方法，其具体步骤包括：

(1)人工拆解淘汰电冰箱中的电子元件，对电子元件进行功能性检验，对功能完整的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为7kw的颚式破碎机破碎至粒径为1-3cm；

(3)使用脉冲风选对破碎后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为150kpa，从风选设备的上出料口得到塑料混合物，其品位为64.56％，从风选设备的下出料口得到金属混合物，其品位为59.23％。

对比例4

本对比例提供了一种使用传统方法从废旧的洗衣机中分离金属和非金属的方法，其具体步骤如下：

(1)使用机械化拆解废旧洗衣机中的电子元件，对电子元件进行功能性检验，对功能完整的电子元件直接回用；

(2)将步骤(1)回收后剩余的废弃物使用功率为7kw的颚式破碎机破碎至粒径为1-3cm；

(3)使用脉冲风选对破碎后的物料进行分选，频率为1.5hz，风力为150kpa，从风选设备的上出料口得到塑料混合物，其品位为62.56％，从风选设备的下出料口得到金属混合物，其品位为64.23％。

对比例5

与实施例1相比，本对比例除了去掉步骤(2)中的加热处理外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。即，在常温下利用棒磨机以1000r/min的转速对破碎后的物料进行整形处理。

结果显示，经过分选后，所得塑料混合物的品位为80.41％，金属混合物的品位为76.22％。

对比例6

与实施例1相比，本对比例除了去掉步骤(2)中的棒磨机机械处理外，其他步骤和条件与实施例1完全相同。即，在210℃(无机械力)的条件下对破碎后的物料进行整形处理。

结果显示，经过分选后，所得塑料混合物的品位为70.70％，金属混合物的品位为71.38％。

由上述的实施例和对比例可知，本发明提供的利用低温热处理整形技术分离电子废弃物中金属和非金属方法操作简单，过程绿色无污染，且很大程度地提高了电子废弃物中金属和非金属的分离效率，分别得到品位很高的塑料混合物和金属混合物，提升了电子废弃物的综合利用率。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。