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高压静电分选Ag与PET的实验研究

环境工程 2017年第9期35卷 112-116,121页

作者：张子生崔招魏玉省杨杰岳子微河北大学物理科学与技术学院静电研究所河北保定071002

为了提高高压静电分选Ag与聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,简称PET)的效率,寻求可产生较佳分选效率的电压、转速、极间距和电晕线角度。采用自制的线辊式静电分选机,通过单因素实验和部分因子实验,研究了不同条件下Ag... 详细信息

为了提高高压静电分选Ag与聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,简称PET)的效率,寻求可产生较佳分选效率的电压、转速、极间距和电晕线角度。采用自制的线辊式静电分选机,通过单因素实验和部分因子实验,研究了不同条件下Ag与PET的分选效率。结果表明:将Ag与PET从二者混合物中有效分选出来的电压为25~30k V、转速为60~75 r/min、极间距为60~70 mm、电晕极角度为50~60°;当电压为30 k V、转速为75 r/min、电晕极距离为70 mm和电晕极角度为60°时,Ag的分选效率达到了最大值为99.60%,PET的分选效率也达到了最大值为99.98%,为线辊式静电分选机结构设计与参数优化提供了参考。

关键词：高压静电分选银 PET 电压转速极间距电晕线角度

高压静电分选废旧太阳能电池中Cu、Al与PET的研究

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高压静电分选废旧太阳能电池中Cu、Al与PET的研究

作者：赵新美河北大学

学位级别：硕士

人们对化石燃料的大量使用,对环境生态造成巨大污染,因此我国大力推广清洁能源的发展,为光伏技术提供了良好的发展前景,同时太阳能电池的装机量也得到了迅速增长。但太阳能电池的平均使用寿命为25年,势必会出现大量废旧太阳能电池,因此... 详细信息

人们对化石燃料的大量使用,对环境生态造成巨大污染,因此我国大力推广清洁能源的发展,为光伏技术提供了良好的发展前景,同时太阳能电池的装机量也得到了迅速增长。但太阳能电池的平均使用寿命为25年,势必会出现大量废旧太阳能电池,因此如何进行高效回收太阳能电池组件已成为一项至关重要的全球挑战。本文利用高压静电分选回收废旧太阳能电池中铜（Cu）、铝（Al）与聚对苯二甲酸类塑料（Polyethylene terephthalate,PET）材料,采取单因素实验与响应曲面实验探究电压、转辊转速、电晕电极角度与电晕电极间距对颗粒分选效率的影响,得到最佳参数设置,并设计出分选三元混合物的实际方案,为生产线提供理论基础。Cu与Al混合颗粒的分选结果:根据单因素实验分析各因素对Cu与Al颗粒分选效率的影响规律,选择参数的取值范围。利用Design Expert软件进行响应曲面设计实验,分析各因素对分选效率的影响显著性,得出Cu颗粒分选效率在电压40 k V、转辊转速85 r/min、电晕电极角度0°、电晕电极间距80 mm时可达到91.49%;Al颗粒分选效率在电压35 k V、转辊转速85 r/min、电晕电极角度0°、电晕电极间距90 mm时可达到93.83%。Cu与PET混合颗粒的分选结果:根据单因素实验分析各因素对Cu与PET颗粒分选效率的影响规律,选择参数的取值范围。利用Design Expert软件进行响应曲面设计实验,分析各因素对分选效率的影响显著性,得出Cu颗粒分选效率在电压35 k V、转辊转速85 r/min、电晕电极角度20°、电晕电极间距70 mm时可达到98.55%;PET颗粒分选效率在电压34 k V、转辊转速85 r/min、电晕电极角度10°、电晕电极间距70 mm时可达到98.67%。Al与PET混合颗粒的分选结果:根据单因素实验分析各因素对Al与PET颗粒分选效率的影响规律,选择参数的取值范围。利用Design Expert软件进行响应曲面设计实验,分析各因素对分选效率的影响显著性,得出Al颗粒分选效率在电压40 k V、转辊转速65 r/min、电晕电极角度20°、电晕电极间距80 mm时可达到90.28%;PET颗粒分选效率在电压37 k V、转辊转速65 r/min、电晕电极角度20°、电晕电极间距70 mm时可达到96.23%。Cu、Al与PET的三元混合颗粒的两级静电分选实验:第一级静电分选的实验设置参数为:电压为37 k V,转辊转速为65 r/min,电晕电极角度为20°,电晕电极间距为70 mm;第二级静电分选的实验设置参数为:电压为40 k V,转辊转速为85 r/min,电晕电极角度为0°,电晕电极间距为80 mm。两级静电分选从0.1 g Cu、2.5 g Al和10 g PET的混合物中总共分选出Cu颗粒0.091 g,回收率为90.94%,Al分选出2.167 g,回收率为86.69%,同时PET分选出9.673 g,回收效率为96.73%。

关键词：废旧太阳能电池高压静电分选 Design Expert软件动力学公式响应曲面设计

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废旧光伏电池板中银和铝的高压静电分选

环境科学与技术 2020年第8期43卷 145-151页

作者：陈晓玉张子生赖伟东赵新美吴翠姑董国义河北大学物理科学与技术学院新能源光电器件国家地方联合工程实验室河北保定071002 英利能源(中国)有限公司河北保定071002

为了提高废旧光伏电池板中银(Ag)与铝(Al)的分选效率,得到高压静电分选的最优回收率参数,作者利用线辊式高压静电分选机,对废旧光伏电池板中的Ag和Al进行单因素实验和正交实验,研究了4个主要因素电晕电压(U)、转辊转速(n)、电晕电极角度... 详细信息

为了提高废旧光伏电池板中银(Ag)与铝(Al)的分选效率,得到高压静电分选的最优回收率参数,作者利用线辊式高压静电分选机,对废旧光伏电池板中的Ag和Al进行单因素实验和正交实验,研究了4个主要因素电晕电压(U)、转辊转速(n)、电晕电极角度(θ)和电晕电极间距(S)对Ag和Al回收效率的影响,确定了最优回收率的参数设置。结果表明:U=30 kV,n=80 r/min,θ=-5°,S=60 mm时,Ag的最佳回收率为98.76%,纯度为97.69%,Al的最佳回收率为99.79%,纯度为95.68%;单因素对Ag的分选效率影响的主次顺序为电晕电极角度、电晕电压、电晕电极间距、转辊转速;单因素对Al的分选效率影响的主次顺序为电晕电极角度、电晕电极间距、电晕电压、转辊转速。该研究为优化静电分选机的参数设置提供了依据。

关键词：高压静电分选银铝废旧光伏电池板正交实验

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乘用车聚合物两级高压静电分选方法研究

乘用车聚合物两级高压静电分选方法研究

作者：郑红飞昆明理工大学

学位级别：硕士

近年来,我国的汽车保有量快速增加,需要报废拆解的车辆数量也相应地逐年增加。汽车轻量化的发展使得聚合物占整车重量的比例越来越高,所以报废汽车聚合物的回收、拆解及材料再利用不仅能节约资源,减少环境污染,此外还可以促进聚合物回... 详细信息

近年来,我国的汽车保有量快速增加,需要报废拆解的车辆数量也相应地逐年增加。汽车轻量化的发展使得聚合物占整车重量的比例越来越高,所以报废汽车聚合物的回收、拆解及材料再利用不仅能节约资源,减少环境污染,此外还可以促进聚合物回收产业的发展,从环境和经济两方面考虑都具有长远的发展意义。高压静电分选作为一种新型的分选技术,由于其具有较宽的粒径处理范围、设备操作简单、能耗低、不涉及水污染及二次处理等优点,因此在工业中的应用也越来越广泛。论文基于高压静电分选技术,以常用汽车聚合物颗粒为研究对象,对混合聚合物颗粒的荷电及分选展开研究,研究内容及结论如下:(1)基于赫兹理论,分析了聚合物颗粒间碰撞及颗粒与摩擦桶壁碰撞引起的颗粒间的电荷转移和电荷积累现象,建立了聚合物颗粒的摩擦荷电模型以及电荷衰减模型。依据荷电研究理论,分析了颗粒在电场中所受的电场力、重力及空气阻力,构建了颗粒的受力模型,根据受力情况,分别建立带电颗粒在x方向和y方向受力时的二阶微分方程,从而得到了带电聚合物颗粒在静电分选腔内的运动轨迹。(2)利用COMSOL Multiphysics仿真平台,对带电颗粒在静电分选腔的运动轨迹进行了模拟。通过改变静电场电压、电极板间距及电极板倾角三个变量的水平,研究颗粒在两级高压电场中的运动轨迹变化规律。从模拟的结果来看,分离二元混合颗粒时的最优工艺参数为:静电场电压40-50KV,电极间距125mm,电极板倾角为5°-10°;分离三元混合颗粒时的最优工艺参数为:静电场电压40KV,两侧电极板与竖直电极板的间距为160mm,两侧电极板倾角为20°,此工艺参数下得到的颗粒模拟轨迹较为理想。(3)采用单因素和响应曲面优化实验方法开展乘用车聚合物分选实验,以优化后的工艺参数进行的实验结果表明,ABS/PE混合颗粒一级分选后,ABS颗粒的纯度为98.15%,回收率为82.43%,PE颗粒的纯度为95.69%,回收率为85.2%;PA/PP/PE混合颗粒二级分选后,PA颗粒的纯度为98.56%,回收率为96%,PP颗粒的纯度为81.93%,回收率为87.5%,PE颗粒的纯度为86.11%,回收率为73%。综上所述,论文基于高压静电分选技术,开展了乘用车聚合物颗粒在摩擦桶式荷电器中的摩擦荷电理论探索,并构建了聚合物颗粒在两级高压电场中的受力模型,对其在静电分选腔的运动轨迹进行了仿真研究,并基于构建的层叠式两级高压静电分选实验平台对常用汽车聚合物开展分选实验。论文为报废乘用车聚合物的绿色高效分选及高附加值回收再利用提供参考。

关键词：乘用车聚合物回收分类轨迹模拟高压静电分选

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破碎废弃印刷电路板的高压静电分选

破碎废弃印刷电路板的高压静电分选

作者：路洪洲上海交通大学

学位级别：硕士

废弃电路板中蕴含的金属是天然矿藏品位的几十倍甚至几百倍,具有重要的回收价值。目前国内处理废弃电路板主要采用破碎后利用密度差的气流风选和水选进行金属与非金属的分选,存在效率低和二次污染等问题。电路板是玻璃纤维强化树脂等非... 详细信息

废弃电路板中蕴含的金属是天然矿藏品位的几十倍甚至几百倍,具有重要的回收价值。目前国内处理废弃电路板主要采用破碎后利用密度差的气流风选和水选进行金属与非金属的分选,存在效率低和二次污染等问题。电路板是玻璃纤维强化树脂等非金属材料和多种金属的混合物,其中金属和非金属紧密结合,分选难,在电子废弃物中最复杂、最难处理,处理时要求技术含量高。因此,本文采用剪切式旋转破碎机和冲击式旋转磨碎机进行两级破碎,达到金属-非金属充分解离的程度,然后应用辊式电晕-静电复合电场高压电选机,对已破碎的废弃电路板进行金属颗粒与非金属颗粒分选,同时对金属之间的分选进行理论分析和实验研究。系统地分析了高压静电分选过程的影响因素以及优化了工艺流程,并对电场强度分布、分选过程进行模拟,提出了理论模型和理论公式,为开发出废弃电路板无害化处理与资源化技术提供理论基础。利用Matlab和Ansys软件对分选空间的电场分布进行模拟,发现了电极位置、电极曲率以及电压强度等对接地电极表面以及空间电场分布有重要的影响,减小高压电极与接地电极间的距离,提高施加电压强度可以提高接地电极表面电场强度以及空间电场强度,增加静电极半径,适当减小静电极的角度,适当增大电晕电极角度,可以改变电场强度分布,改善分选效果,并通过试验对模拟结果进行了论证,得到了电场强度分布和分选效果较理想的分选工艺参数。在理论上分析了接地电极转速、物料形状对分选效率和金属、非金属富集品位的影响,建立了“荷电临界转速模型”、“脱辊临界转速模型”和颗粒的“形状感应荷电模型”,进而得到了最佳转速公式,提出了同时提高金属纯度和非金属回收率的方法:1)增加电晕极数量,增大电晕区宽度和电晕电场强度,从提高“荷电临界转速”角度来提高“脱辊临界转速”;2)在避免火花放电的前提下,提高应用电压并减少放电距离,以提高电晕电场强度及颗粒荷电量;3)增大GE(接地电极)的曲率以及调整电晕极位置,以到达在保证最大荷电的前提下减少颗粒在接地电极表面的电荷损失。本文量化了转速和物料形状对分选的影响。得到同一种导的物料的形状易分选难易程度:球状>丝状>片状。对利用高压静电分选技术用于不同金属间的分选在理论上进行了探讨,通过待分选物料的受力分析和轨迹模拟,证实该方法在理论上的可行性。经过系统的理论分析和大量的实验,作者确定了工艺流程,优化了工艺参数,为高压静电分选方法的研究奠定了理论基础,为该方法的工业应用创造了条件。

关键词：印刷电路板高压静电分选破碎电晕荷电 Matlab Ansys

破碎废旧电路板高压静电分选系统的在线监测与控制

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破碎废旧电路板高压静电分选系统的在线监测与控制

作者：周全上海交通大学

学位级别：硕士

随着技术更新换代的加快和电子工业市场的不断扩大,电子废弃物呈快速增长的态势,目前我国每年产生电子废弃物约500万吨左右。除此之外,国外还有大量的电子废弃物流向我国。电路板作为电子和信息工业的基础,几乎应用于所有电子电气产品中... 详细信息

随着技术更新换代的加快和电子工业市场的不断扩大,电子废弃物呈快速增长的态势,目前我国每年产生电子废弃物约500万吨左右。除此之外,国外还有大量的电子废弃物流向我国。电路板作为电子和信息工业的基础,几乎应用于所有电子电气产品中,电子废弃物的增加导致了废旧电路板的迅速增加。废旧电路板中蕴含的贵金属品位是天然矿藏的数十甚至数百倍,具有很高的回收利用价值。同时,由于废旧电路板结构和成分复杂,含有大量有毒有害物质,若不采用环境友好方式处理,将对自然环境和人体健康造成严重威胁。目前,废旧电路板落后的处理方法造成了严重的环境污染和大量的资源浪费,亟需建立一套科学、高效、环境友好的处置和回收技术。高压静电分选技术可以实现破碎废旧电路板中金属和非金属的物理分离,并具有高效、低耗、环境友好等显著优点,是目前废旧电路板的无害化处理和资源化利用先进技术之一。为此,本文在前期建立高压静电分选生产线与参数优化的基础上,系统地研究了静电分选过程监测与控制方法,提出了分选过程中存在的问题,并针对这些问题进行了理论分析,设计了解决方案,为废旧电路板的无害化处理与工业化应用提供了理论基础和新方法。通过理论分析,自主研发了一套完整的在线监测系统:硬件方面,通过需求分析与比较选择,使用合适的硬件搭建了在线监测系统硬件平台;软件方面,通过在LabVIEW图形编程环境下编写程序,很好地完成了在线监测系统建设目标,该程序可以对信号进行实时分析和计算,并绘制出控制图,从而保证可以在线动态地监测现场设备的运行情况;实验证明,当系统稳定性受到破坏时这一系统能敏锐地发觉并自动即时报警,避免了更多不合格产品的产生;这一系统还能自动记录并保存历史数据,为后期研究和进行数据挖掘提供了方便。对破碎废旧电路板高压静电分选系统进行了PLC控制系统的设计,确定了控制系统的运行流程,通过GX Developer软件编写了控制程序;设计了仿真实验并进行了仿真验证,实验结果证明,所开发的PLC程序逻辑正确,能自动完成控制系统的运行流程,为破碎废旧电路板高压静电分选系统的工业化应用提供可靠的控制和操作系统。针对废旧电路板的高压静电分选进行神经网络原理的理论分析,选用BP神经网络作为建模类型,使用MATLAB编写了核心程序,使用LabVIEW设计了人机交互界面,并将MATLAB与LabVIEW两大软件加以整合,设计并进行了验证实验。实验表明,所建立的神经网络模型能较好地模拟实际生产过程,为智能控制器的设计提供基础。

关键词：电子废弃物废旧电路板高压静电分选在线监测 LabVIEW PLC控制神经网络

报废动力锂电池的预处理与高压静电分选回收研究

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报废动力锂电池的预处理与高压静电分选回收研究

作者：高勇合肥工业大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车的快速发展,作为其核心的动力锂电池的用量也必然迅速增长,因此将会产生大量的报废动力锂电池。大量报废的动力锂电池如果不进行有效的回收处理,不仅会造成严重的环境污染,同时也是一种资源浪费。近年来,报废动力锂电池... 详细信息

随着新能源汽车的快速发展,作为其核心的动力锂电池的用量也必然迅速增长,因此将会产生大量的报废动力锂电池。大量报废的动力锂电池如果不进行有效的回收处理,不仅会造成严重的环境污染,同时也是一种资源浪费。近年来,报废动力锂电池的回收利用研究一直是资源环境领域关注的热点,且仍处于探索阶段。因此,对其回收处理技术进行研究,具有十分重要的战略意义。本文以报废动力锂电池为研究对象,对其回收处理技术与方法进行研究。首先,采用低温热处理后再破碎的方法对报废动力锂电池进行回收预处理,并通过多组实验研究分析了热处理温度和时间对破碎后电极材料解离效果的影响。然后,采用高压静电分选法来对电池破碎产物混合物料中的各组分进行分离,建立了高压静电分选数学模型,分析了物料颗粒在分选时的运动情况,并采用COMSOL Multiphysics对分选电场进行了模拟,分析了电压特性和电极特性等参数对分选效果的影响。最后设计并进行了高压静电分选实验,验证了模型的准确性。在报废动力锂电池的回收预处理研究中发现:采用低温热处理的方法对电池正极片处理后再破碎,能明显提高破碎后铝箔上正极电极材料的解离率,并且当热处理温度与时间分别达到300℃与120 min时,就能实现正极电极材料的充分解离。在电池破碎产物高压静电分选研究中发现:高压静电分选法能够有效分离报废动力锂电池破碎产物混合物料,增大电压、减小静电极与转辊间距离时能够改善混合物料的分选效果,改变静电极角度能够满足不同的分选要求。

关键词：报废动力锂电池回收高压静电分选预处理正极材料解离

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半导体、导体、绝缘体的高压静电分选

半导体、导体、绝缘体的高压静电分选

作者：王策上海交通大学

学位级别：硕士

废弃半导体存储介质是电子废弃物中数量巨大且较为特殊的一类,包括电脑内存条、U盘、闪存等以半导体芯片为信息存储元器件的电子产品。它们一方面载有隐私信息,需要被安全销毁,另一方面富含金属导体、半导体、绝缘体材料,极具回收价值... 详细信息

废弃半导体存储介质是电子废弃物中数量巨大且较为特殊的一类,包括电脑内存条、U盘、闪存等以半导体芯片为信息存储元器件的电子产品。它们一方面载有隐私信息,需要被安全销毁,另一方面富含金属导体、半导体、绝缘体材料,极具回收价值。通过破碎法可以粉碎信息存储材料半导体硅,使存储信息得到安全销毁;高压静电分选能实现半导体、导体、绝缘体的分选。本文主要研究了高压静电分选半导体、导体、绝缘体的过程。半导体存储介质破碎至一定粒度可以实现信息安全销毁,进而通过高压静电分选技术可以实现半导体、导体、绝缘体分离。通过运动规律总结、分选参数优化、系统构建及优化等步骤实现半导体、导体、绝缘体的分离回收。根据高压静电场中的颗粒介电性质,绝缘体较易分离,半导体与导体颗粒较难分离。本文首先分析半导体、导体在高压静电场中的运动规律,其次设计半导体、导体、绝缘体分选实验并优化参数,最终提出采用破碎-风力分选-高压静电分选来实现半导体存储介质的信息安全销毁和半导体、导体、绝缘体物料分离,为进一步资源化做好准备。通过进行两次高压静电分选,可以实现半导体、导体、绝缘体分离。第一次高压静电分选可以分离出绝缘体。第二次高压静电分选在合适的参数条件下可分离半导体、导体。分别对两次高压静电分选进行中心复合设计,分析了电压（U）、转辊转速（n）两个因子对分选效果影响。建立数学模型,作出等值线图和响应曲面图,进行响应优化后得出对于0.15-0.3mm粒径的颗粒,金属（半导体、导体）与非金属（绝缘体）分选最佳参数为U=27kV,n=74rpm。半导体硅和导体铜分选的最佳参数条件为U=2.5kV,n=61rpm。对半导体存储介质,采用破碎-风力分选-高压静电分选系统进行处理。多级破碎后信息存储材料半导体破碎至0.15mm以下,信息不能够再恢复,达到安全销毁标准。经过风力分选-高压静电分选后,半导体、导体、绝缘体物料可以得到收集并进一步利用。最终实现信息销毁、资源利用和环境友好。为确定系统工艺参数,实验对风机蝶阀角度（α）,风机频率（f）,电选电压（U）,电选机转辊转速（n）等因素对半导体收集量（M）的影响进行研究,通过因子设计建立了非线性数学模型,进而通过响应优化得出最优工艺参数设置为:α=30°,f=45 Hz,U=30 kV,n=40 rpm。在此参数下,金属导体收集率达90.3%,半导体硅收集率达61.0%,实现了半导体存储介质破碎销毁和物料分选。

关键词：半导体存储介质风力分选高压静电分选因子设计响应优化

破碎废旧电路板高压静电分选技术的优化与改进

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破碎废旧电路板高压静电分选技术的优化与改进

作者：秦玉飞上海交通大学

学位级别：硕士

随着国民经济的快速增长和人们生活水平的提高,废弃的电子电气产品也在快速增长。而作为电子电气产品的核心和基础,电路板的随意遗弃和不规范回收利用带来了严重的环境问题。从另一方面看,废旧电路板中又含有大量的具有回收价值的金属... 详细信息

随着国民经济的快速增长和人们生活水平的提高,废弃的电子电气产品也在快速增长。而作为电子电气产品的核心和基础,电路板的随意遗弃和不规范回收利用带来了严重的环境问题。从另一方面看,废旧电路板中又含有大量的具有回收价值的金属和非金属,但是我国现行的回收处理技术依然比较落后,对自然环境的污染很大,也有悖于国家的可持续发展的基本国策。因此,急需开发建立一套高效、环保、无污染的废旧电路板绿色处理工艺。通过前人大量的实验证明高压静电分选技术具有高效、低耗、环境友好等显著优点,可以有效实现破碎废旧电路板中金属和非金属的物理分离,是目前废旧电路板无害化处理和资源化利用的先进技术之一。本文在已有的多级破碎+高压静电分选工艺的基础上,进一步就高压静电分选核心工艺的系统因素与分选效果之间的关系进行统计学分析,利用中心复合设计方法建立起两者之间的二阶模型。在实验室水平下发现U=28.5 kV、N=60 rpm、α1 =25°、s1 =70 mm、α2=75°、s2 =90 mm能实现中间产物量的最小化。同时对静电分选外部影响因素对高压静电分选技术的影响机理、影响程度进行了深入的研究。通过实验发现非金属粉末和环境湿度会降低静电分选过程的效率和稳定性。非金属粉末主要通过填充效应、包裹效应和粘着效应来降低金属颗粒的导电性,而环境湿度的增加会增大非金属颗粒表面的导电性。并且提出在高压静电分选进料中的非金属粉末含量不能超过10%,待分选物料存放和运行过程的环境湿度不能超过70%。为减弱外部因素对高压静电分选的不利作用,依据田口思想设计了稳健性设计。通过实验分析,要保持分选过程稳健性,减少外部因素的影响,则高压静电分选的操作参数可设为U=28.5 kV、N=60 rpm。鉴于废旧电路板中非金属的大量存在,造成静电分选过程的处理量与分选效果的矛盾,同时破碎过程中的过破碎产生的大量非金属粉末会严重危害静电分选过程。为彻底解决上述问题,本文提出采用旋风分离的预处理技术。在阐述旋风分离器的Barth模型之后,利用该模型设计构建了实验室级别的三级旋风分离装置。

关键词：废旧电路板高压静电分选过程优化技术改进