150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

34

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2

Page 3: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

3

(PCB)

, FR-4 ,

/

JKSimMet, Metsim, Modsim

PCB

Trial/Error

Page 4: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

4

,

Recycling

Programming tool: MATLAB R2015a

Page 5: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

PCB

2 (Copper, FR-4)

(Dliberation ≒ 600 )

Zhang and Forssberg, 1997, Wen et al., 2005

5

2. :

(a) FR-4 PCB , (b)

(a) (b)

Page 6: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Modeling

Shredder, Cut crusher

Dmax = 4 mm

, FR-4

: 30%

500

6

3.

graph

D50 Dmax

Page 7: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Andrews-Mika diagram

Beta distribution

modeling

7

4.

Andrews-Mika diagram

𝑝 𝑔 = (1 − 𝐿0 − 𝐿1)𝑔𝛼−1 1 − 𝑔 𝛽−1

Beta(𝛼, 𝛽)

𝑔: 품위

𝑝(𝑔) : 특정입도에서품위𝑔의질량분율

𝐿0: 품위가 0인입자들의질량분율

𝐿1: 품위가 1인입자들의질량분율

Page 8: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

/

graph

Andrews-Mika diagram

: 500

: 10-60%

8

5.

/

Page 9: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

1. Feed

2.

3. Screen size screen Product

4. Screen size

5. Screen size 3,4

ProductGrinding

MillScreen undersize

oversize

( - )

( + )

Feed

9

6.

Page 10: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

𝑓: Feed (𝑛 × 1)

𝑝: Product (𝑛 × 1)

𝐵: Breakage matrix (𝑛 × 𝑛)

𝑆: Selective matrix (𝑛 × 𝑛)

𝐶: Screening matrix (𝑛 × 𝑛)

𝐼: Identity matrix (𝑛 × 𝑛)

Grinding and screening matrix (1st stage)

𝑝 = 𝐵𝑆 + 𝐼 − 𝑆 𝑓 = 𝐷𝑓

𝑝1∘ = 𝐶𝑝 = 𝐶𝐷𝑓 = 𝐶 𝐵𝑆 + 𝐼 − 𝑆 𝑓

𝑝1∗ = 𝐼 − 𝐶 𝑝 = 𝐼 − 𝐶 𝐷𝑓 = 𝐼 − 𝐶 𝐵𝑆 + 𝐼 − 𝑆 𝑓

Circulation (nth stage)

𝑝𝑛∘ = 𝐶𝐷𝑝𝑛−1

∘ = 𝐶𝐷𝐶𝐷𝑝𝑛−2∘ = ⋯ = 𝐶𝐷 𝑛𝑓

𝑝𝑛∗ = 𝐼 − 𝐶 𝐷𝑝𝑛−1

𝑝𝑛 = σ𝑘=1𝑛 𝑝𝑛

Run the circulation until; 𝑝𝑛∘ ≈ 0

oversize

undersize

10

Page 11: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Matrix

Breakage matrix: RR dist’n model (b=0.1, n=1)

Selective matrix: GGS dist’n model (a=0.5, k=1)

Screening matrix: Ideal partition curve

* Both breakage and selective functions are size independent

11

7. Breakage, Selective, Screening function graphical expression

𝐹 𝑥 = 1 − 𝑒−

𝑥𝑏

𝑛𝐹 𝑥 =

𝑥

𝜅

𝛼

Page 12: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Start

Stop

𝑝∘ ≈ 0 ?

𝑝∘ ← 𝐶𝐷𝑓𝑝∗ ← 𝐼 − 𝐶 𝐷𝑓

𝑝 ← 𝑝 + 𝑝∗Enter 𝑓, 𝐵, 𝑆, 𝐶

Print 𝑝𝐷 ← 𝐵𝑆 + 𝐼 − 𝑆

Initialize 𝑝

𝑓 ← 𝑝∘

yes

no

Algorithm

12

8. Algorithm

Page 13: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Knelson concentrator

5 chamber (fluidizing water)

chamber

chamber

13

𝑁

𝑄

PCB 분쇄물FR-4

9. Knelson concentrator

Page 14: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Knelson concentrator ( )

(𝐹𝑑) (𝐹𝑐)

𝐹𝑑 : , ,

𝐹𝑐 : , , chamber ,

Fd

Particle properties (𝑑, 𝜌𝑠)

Operating condition (𝑄,𝑁)

𝑓(𝑑, 𝜌𝑓 , 𝑄)

𝑁

r

𝑄 Fc𝑓(𝑑, 𝜌𝑠, 𝑟, 𝑁)

14

10. Knelson concentrator

Page 15: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

1. Feed Knelson concentrator ( KC)

2. KC chamber /

3. 2.

4. 2. 3. Product1, Product2

15

FeedKnelson

Concentrator

Operating Condition

Product1

Product2

11.

Page 16: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Mathematical expression

𝐹𝑑 =1

2𝜌𝑓𝑣

2𝐴𝑠𝐶𝐷 =𝜋

8𝜌𝑓𝐷

2 𝑄

𝐴

2𝐶𝐷

𝐹𝑐 =𝑚𝑉2

𝑟=

4

6𝜋3𝜌𝑠𝐷

3𝑅𝑁2

𝑋 =𝐹𝑑

𝐹𝑐=

241

𝜋2×

1

𝐴2𝑅×

𝜌𝑓

𝜌𝑠×

𝐶𝐷

𝐷×

𝑄

𝑁

2

𝑋 > 1: overflow (tailings)

𝑋 < 1: underflow (concentrate)

시료의변수

𝜌𝑠: 입자, 유체의밀도

𝐷: 입자의직경

공정변수

𝑄: 유동수의유입량

𝑁: chamber의회전수

기타상수

𝐶𝐷: 입자의저항계수 (Drag coefficient)

𝐴: 유동수(fluidizing water)의유입면적

𝑅: 입자의회전반경

1st

chamberFeed2nd

chamber

3rd

chamber

4th

chamber

5th

chamber Tailingso/f o/f o/f o/f

u/f

o/f

u/f u/f u/f u/f

Concentrate

16

12. Knelson concentrator u/f, o/f

Page 17: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Algorithm

17

Start

𝑗 ← 1(grade class)

Enter 𝑄,𝑁, 𝜌𝑓 , 𝑓

𝑖 ← 1(particle size)

Initiate 𝑝1, 𝑝2

𝑝1 ← 𝑝1 + 𝑓𝑖,𝑗

𝑋𝑓𝑖,𝑗 < 1 ?

calc. 𝑋𝑓𝑖,𝑗 in nth chmb.

𝑛 ← 1(chamber no.)

End of 𝑗?

End of 𝑖?

𝑛 ← 𝑛 + 1

𝑗 ← 𝑗 + 1

𝑝2 ← 𝑝2 + 𝑓𝑖,𝑗

𝑛 = 5 ?

𝑖 ← 𝑖 + 1

Print 𝑝1, 𝑝2

Stopno

no

no

no

yes yes

yes

yes13.

algorithm

Page 18: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Simulation

stream

(Particle size distribution)

/ (Particle size / grade distribution)

/

(Grade) vs. (Recovery)

(Newton’s efficiency)

18

Grinding MillKnelson

Concentrator

Product1

Feed

Product2

14.

Page 19: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Screen size

Feed

D80: 2,000 → 110

D50: 1,800 → 100

Feed

Screen size 500

19

15. screen size

simulation

Page 20: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

/

20

16. / / simulation

(aperture size: 500 )

Page 21: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Fluidizing water /

Q = 6, 12 L/min ,

/

u/f o/f

Fluidizing water

o/f

Yield, Recovery

21

17. Fluidizing water

u/f, o/f / (N=1,000 rpm)

Q = 6 L/min, overflow Q = 12 L/min, overflow

Q = 6 L/min, underflow Q = 12 L/min, underflow

Page 22: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Fluidizing water

22

18. Fluidizing water

Recovery vs. Grade graph (N = 1,000 rpm)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Re

co

ve

ry

Grade of concentrate

Q = 3 L/min

Q = 6 L/min

Q = 9 L/min

Q = 12 L/min

27%

63%

11%

5%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

Newton's efficiency

3 L/min 6 L/min 9 L/min 12 L/min

19. Fluidizing water

Newton’s efficiency (N = 1,000 rpm)

Page 23: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Chamber /

N=500, 1,000 rpm

/

Chamber

, u/f

23

20. Chamber

u/f, o/f (Q=6 L/min)

N = 500 rpm, overflow N = 1,000 rpm, overflow

N = 500 rpm, underflow N = 1,000 rpm, underflow

Page 24: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

Chamber /

24

21. Chamber

Recovery vs. Grade graph (Q = 6 L/min)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Re

co

ve

ry

Grade of concentrate

N = 1,250 rpm

N = 1,000 rpm

5%

30%

63%59%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

Newton's efficiency

500 rpm 750 rpm 1,000 rpm 1,250 rpm

22. Chamber

Newton’s efficiency (Q = 6 L/min)

N = 750 rpm

N = 500 rpm←

N

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Q: 3, 6, 9, 12 L/min

N: 500, 750, 1,000 1,250 rpm

Max. Newton effi.: 63%

#1. Q: 3 L/min, N: 500 rpm

#2. Q: 6 L/min, N: 1,000 rpm

25

63%

5%

0% 0%

43%

30%

5%

1%

27%

63%

11%

5%

0%

59%

44%

11%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

3 L/min 6 L/min 9 L/min 12 L/min

500 rpm

750 rpm

1,000 rpm

1,250 rpm

23. Fluidizing water

Chamber

Newton’s efficiency

𝑋 =𝐹𝑑𝐹𝑐

=241

𝜋2×

1

𝐴2𝑅×𝜌𝑓

𝜌𝑠×𝐶𝐷𝐷×

𝑄

𝑁

2

Page 26: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

: 34.56%

: 89.29 %

: 67.74%

26

Grinding MillKnelson

Concentrator

Product1

Feed

Product2

Feed Ground product Concentrate Tailings

24. /

① ②③

① ② ③ ④

Page 27: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

,

,

Knelson concentrator (Newton efficiency)

#1. Q: 3 L/min, N: 500 rpm

#2. Q: 6 L/min, N: 1,000 rpm

: 34.56%

: 89.29 %

: 67.74%

27

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Particle

(Flowrate) FlowRate 1 x 1

( )

(Components) Componentsi 1 x 2

i ( ), text

ex> {‘Copper’, ‘FR-4’}

(Density) Densityi 1 x 2

i

ex> [2 9]

(Particle size range) PSRi 1 x 13

i (Nominal size)

ex> [45 62.5, 90, 125, … 2,800]

31

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Particle ( )

(Particle size distribution) PSDi 1 x 13

i

ex> [0.1, 0.15, … 0.1]

(Grade distribution) GDi,j 13 x 12

i j

ex> [0 0.1 0.12, … 0.1]

(Drag coefficient) C_D 1 x 1

ex> 0.47

32

Page 33: 150507 2015년 춘계 한국자원리싸이클링학회 발표자료 (박승수)

/

Particle size, Particle size distribution of feed

Breakage, Selective and Screening matrix of grinding mill

Particle size distribution of product

ProductGrinding

MillScreen undersize

oversize

( - )

( + )

Feed

33

6.

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Flowrate, Density of solid, Particle size, Particle size distribution,

Drag coefficient of feed

Rotating number, Flowrate of fluidizing water, Density of the fluid

Flowrate, Particle size distribution of concentrate and tailings

34

FeedKnelson

Concentrator

Operating Condition

Product1

Product2

11.