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随着电子电气产品更新换代的加快，使得电子废弃物产生量快速增长。据有关部门统计，目前中国每年有1500万台左右的彩电空调等大家电报废，另有上千万部手机被淘汰，电子废弃物年增长5%～8%。而欧洲电子废物产生量也以每年3%～5%的速度增长。随着印刷电路板产量的快速增加，制造过程中产生的边角废料的数量也越来越多。2006年中国大陆地区电路板产量达到l3万亿平方米，而产生的边角废料约达8.1万t。中国大陆每年大量进口的废弃电器及中国大陆报废电子产品拆解的废旧电路板，其总量达40万t以上，每年需要处理掉的废印制电路板在50万t以上。印刷电路板主要金属、有机物和氧化物组成，其中金属≤50%，氧化物≤35%，有机物≤25%。从中可见，废弃电路板具有很高的价值，其资源化处理也有利于有色金属资源的循环利用，而金属与非金属材料的分离是电子废弃物资源化的关键环节。
近年来，应用气流分选回收城市垃圾中的有价成分，以及在电子废弃物中回收有价金属成为气流分选的一项重要研究内容，并被成功应用于电子废弃物的粗选。在稳定的上升气流的分选中，被分选物料颗粒各组份的沉降末速决定分选效率，料物颗粒依赖于颗粒的自由沉降末速进行分离，而颗粒的沉降末速与颗粒的密度、粒度及形状等因素有关。由于等沉颗粒在传统稳定气流分选装置中很难得到分选，从而造成物料颗粒在传统稳定气流分选装置中分选效果差，分选效率较低。如果在稳定气流分选装置中加入脉动气流，使颗粒受到气流周期性的作用力，从而利用加速度特点的不同而不是沉降末速获得按密度分选。为了探讨脉动气流按密度分选的机理，利用颗粒高速动态分析系统，对物料颗粒在脉动气流分选机中的运动特性进行了研究，并进行了分选实验，以期进一步提高电子废弃物脉动气流分选的效率，达到资源化目的。
1实验
实验选用沉降末速相同的玻璃球与塑料球进行分析研究，塑料球(颗粒A)：密度1.40g／cm3，直径6.0mm，自由沉降末速14.46m／s；玻璃球(颗粒B)：密度2.40g／cm3，直径3.5mm，自由沉降末速14.46m／s。自由沉降末速按牛顿一雷廷智公式计算出球体颗粒在空气中的沉降末速计算。
采用自制2mm×50mm方柱管式脉动气流分选装置，如图1所示。脉动气流由脉动气流发生器产生，脉动气流发生器由电机、变速器、蝶形阀3部分组成，通过电机带动蝶形阀不停地转动，使气体入口横截面面积发生周期性的变化，从而产生规律性的脉动气流。脉动气流变化规律如图2所示利用变频器实现脉动周期可调，最小周期T＝0.43s。实验颗粒由管子中部的给料装置给入，利用日本NAC高速动态摄像系统拍摄颗粒在脉动气流分选装置中的运动状态，拍摄范围入料口400～300mm，然后利用专业NewMovias分析软件对此高度范围内颗粒的位移、速度、加速度等运动特征进行分析。高速动态分析系统的拍摄速度为100幅／s，即每一幅的时间间隔为0.01s。
图2气流量的变化规律
实验时同时将10对等沉颗粒给入方柱管式气流分选机中，利用颗粒高速动态分析系统拍摄等沉颗粒在脉动气流中的运动状态，并捕捉其中的单个塑料球和单个玻璃球进行分析。根据分选实验可知，当气流速度在8.9m／s，脉动频率为1.0Hz时，可以获得很好的分选效果，脉动阀的最高脉动频率为2.3Hz，因此实验中选择气流速度为8.9m／s，脉动频率1.0Hz和2.0Hz这2个频率进行比较研究。
最后对2～0.5mm粒级的电子废弃物进行了分选实验研究。
2结果分析
在气流速度为8.9m／s，脉动频率为1.0Hz时，对脉动气流分选装置的给料处进行录像，选择一个塑料颗粒和一个玻璃颗粒进行分析，每隔0.05s取一次点。脉动频率为1.0Hz时颗粒的位移、速度、加速度变化曲线分别如图3a～c所示。
图3脉动频率为1.0Hz时塑料颗粒和玻璃颗粒的位移、速度和加速度曲线
从图3a中可以看出，颗粒B在第1个脉动周期内上升0.15m后下降，并落人分选装置底部；颗粒A在上升阶段的位移量大于颗粒B的位移量，达到0.35m，其位移的变化周期与气流脉动周期基本相同，颗粒A在经过多个个脉动周期变化最终上升成为轻产物，由于高速摄像机拍摄时间的限制未能记录后期的运动状态。从图3b可以看出，颗粒B的速度最高达到0.5m／s，而颗粒A的速度达到1.0m／s，在1.0～1.80m／s之间周期性变化，变化周期与脉动气流的周期一致。
从图3c我们可以发现两颗粒在一个周期内的加速度变化曲线非常相似，颗粒A的加速度周期变化重复性非常高。颗粒A的加速度绝对值最高达20.0m／s2，远大于颗粒B的加速度最高绝对值11.0m／s2，且在20.0～11.0m／s2范围内，还可以发现在第1个周期内下降时的颗粒B加速度绝对值略大于颗粒A。在一个周期内加速度变化波形具有两个明显的波峰，颗粒A的变化周期略滞后于颗粒B。
同样在气流速度为8.9m／s时，将脉动气流的脉动频率设为2.0Hz，重复上述实验过程，分析此时颗粒运动状态的变化。
脉动频率为2.0Hz时颗粒的位移变化曲线如图4所示。从图4中可以看到颗粒A进入分选管后并未直接上升，而是在入料口的下方近壁处悬浮，在脉动气流的作用下做上下的上下运动，在第3个周期开始迅速上升并被带出分选机，对此我们认为颗粒A在开始2个周期内由于边壁效应造成的。从图4中可以看出颗粒B首先并未下降，而是在前2个周期内上升达到0.22m之后才开始逐步下降，经过几个周期的运动，最终作为重产物被分选出。颗粒B的位移变化波形比较规则，与气流脉动周期非常一致，为0.5s。
图4脉动频率为2.0Hz时塑料颗粒和玻璃颗粒的位移曲线
脉动频率为2.0Hz时颗粒的速度变化曲线如图5所示。从图5中可以看到，颗粒A的速度变化范围较大，在1.3～1.0m／s之间，周期明显与脉动气流变化一致，但周期变化起伏较大，在第3个周期开始速度一直为正值，说明了颗粒A的分离过程。颗粒B的速度变化比较规则，波动不大，但有逐步降低的趋势，变化周期与脉动气流变化周期一致，为0.5s。颗粒A的速度绝对值远大于颗粒的速度绝对值。
图5脉动频率为2.0Hz时塑料颗粒和玻璃颗粒的速度曲线
图6所示为颗粒A和颗粒B的加速度变化曲线，从图6中可以看出，2个颗粒的加速度的变化曲线呈规律的周期性变化，波形非常相似。在周期内加速度比较剧烈，振动幅度较大，在25～15m／s2之间变化。在一个周期内加速度变化波形具有2个明显的波峰，高峰出现在每个周期的约1／4周期时，低峰出现在约3／4周期时，而波谷在约1／2周期时。此外我们可以发现颗粒A的变化周期滞后于颗粒B的约半个周期。
图6脉动频率为2.0Hz时塑料颗粒和玻璃颗粒的加速度曲线
由于高速摄像机镜头范围和拍摄时间的限制不能对颗粒运动轨迹完全跟踪，但足以说明2种颗粒的运动特性。在实验结果的分析过程中发现，颗粒A和B的位移、速度、加速度都呈现明显的周期性变化，周期与脉动气流的周期非常一致。在加速度的变化波形中每个周期出现2个波峰，主波峰出现在每个周期的约1／4周期时，次波峰出现在约3／4周期时，而波谷在约1／2周期时。
在脉动气流中，因为密度不同，颗粒A受到的作用力(上升时为曳力，下降时为阻力)比对颗粒受到的作用力大。当气流带动颗粒A和B同时上升时，颗粒A受到更显著的作用，上升得快；而在下降时颗粒A受到气流的阻力更显著，下降得慢由于多数颗粒是受到脉动气流的持续作用，逐步累积实现分选，因此选择合理的脉动频率有利于提高物料的分离速度，从而避免物料在分选管内的集聚。此外在实验过程中，由于采用的脉动气流分选装置横截面积较小，边壁效应影响较大，实验时出现部分颗粒在管壁悬浮，需多个脉动周期的气流作用才实现分离。高速动态分选实验证明利用加速度特点的不同可以实现等沉颗粒按密度分选。
3电子废弃物的分选
实验使用的废弃电路板主要来自废弃电脑主板，拆除含汞电容后采用剪切式破碎机和锤式破碎机(排料口筛网孔径为2.0mm)两级破碎。电路板上的元器件以及插脚与基板的结合度是较低的，很容易实现材料的分离，在<2mm粒级已完全解离；而基板里的铜箔层通过胶粘剂与基板结合紧密，不容易实现材料分离，但在<2mm粒级也已基本解离。破碎物料的颗粒越小，金属解离度越大，解离情况越好，有利于金属和非金属材料的分离。各粒级金属品位基本上随着粒度的减小而降低，72.77％的金属主要分布在2～0．5mm粒级，因此实验选择2～0.5mm粒级的废弃电路板破碎物料进行脉动气流分选。
根据脉动气流分选的工作原理和基础实验的结果，确定影响分选的主要因素有气流速度、脉动频率、给料量等。在此只对气流速度和脉动频率两个因素进行研究，分选柱的大小固定，给料采用批量给料，给料量为100g／次。实验采用Design-Expert6.0软件中的ResponseSurface模块进行实验设计，采用了2因素6水平正交实验，共36组实验，表1为正交实验条件及水平。
表1实验设计基本信息表
根据试验得到的36组数据，建立了分选效率和各因素变量之间关系的二次方模型，以实际影响因素数值表示的分选效率模型如下。
式中：A代表气流速度，取值范围是4.0～9.6m／s；B代表脉动频率，取值范围是0.75～2.0Hz。表2～4为所建立的二次方模型的方差分析和置信度分析。从模型的拟合结果来看，其标准偏差为3.50，能满足预测精度要求，气流速度和脉动频率对2.0～0.5mm废弃电路板破碎物料的分选效率有显著影响。从不同操作因素之间的交互作用的影响看，气流速度和脉动频率的交互作用对分选效率也有显著影响。
在对2.0～0.5mm废弃电路板破碎物料的分选效率进行分析和因素模型拟合的基础上，进一步利用Design-Expert6.0对试验参数进行了优化，当气流速度为6.2m／s，脉动频率为1.69Hz时分选效率最高，达89.97％。
4结论
1)颗粒位移、速度、加速度都呈现明显的周期性变化，周期与脉动气流的周期一致，在一个周期内加速度变化波形具有两个明显的特征波峰，主波峰出现在每个周期的约1／4周期时，次波峰出现在约3／4周期时，而波谷在约1／2周期时。
2)脉动气流对低密度颗粒的作用力显著，而对高密度颗粒受脉动气流的作用力不显著，从而增强颗粒按密度分离的效果，通过周期性的累积效应使等沉颗粒得以按密度分离。
3)气流速度、脉动频率以及两者的交互作用对2.0～0.5mm废弃电路板破碎物料的分选效率有显著影响。经对脉动气流分选机操作参数优化后分选效率达89.97％，达到了金属富集的目的。
