半导体、导体、绝缘体的高压静电分选

作     者：王策 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许振明

授予年度：2016年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：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 

摘      要：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。