Physical Review Letters–提高废物回收率的新科技

Simon 9年前 (2016-05-10) 3466浏览

近期，来自日本冈山大学和大阪大学的研究学者们，测定了粉末在经空气喷射后形成球体沉积在固定粉床上的表面状态，发现在空气不影响已沉积粉末的情况下，粉床表面存在异常的球体沉积现象。

研究团队进一步分析了产生该异常沉积的原因，发现粉床的局部流化是造成此现象的主要因素。球体流入的过程使得固定的粉床局部流体化，进而形成空位和可渗透的泡沫，这虽然减慢了球体的沉积速度，但是却让球体沉的比想象的更深。在球体密度与粉床的密度接近的前提下，球体最终的沉积深度与球体自身的密度、喷射空气的强度有关，小密度的球体比大密度的球体沉的更深。

干式重力分离技术如今被广泛应用在包括废弃塑料和废弃有色金属在内的废料回收方面。这一技术的主要原理是通过空气喷射技术使粉末流体化，然后再使物体在流体状态下沉积，但是它的局限之处在于只能一次分离出两种密度不同的物体。如今，倘若最新发现的这种异常的沉积现象能够应用在废料分离方面，干式重力分离技术有望一次分离出三种密度不同的物体，这将大大提高废物回收的效率。

另外，改变空气喷射速率和球体/粉末的比例进行实验，将能够为进一步研究敏感大颗粒的分离机制提供基础。

图文导读：

球体密度及相应的沉积深度：沉积深度由球体的重量决定，较轻的球体比重的球体沉积得更深。

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图1：左图，降落压强△P，空气喷射的速率u_o，最低流体化速率u_mf，固定粉床区域的压强先呈线性变化，流体化后压强基本保持不变。该实验在u_o/u_mf≤1的情况下进行。右图，测量球体沉积的装置简图：球体直径D_sphere=30mm，圆柱体容器直径150mm，容器内装有直径0.21-0.25的粉末，高度300mm或者150mm，粉床密度ρ_bed=1.53g/cm³。

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图2：(a)横坐标：时间的对数，纵坐标：粉末高度/球体直径。不同的“球体密度/粉末密度“的图像，不同的球体密度下都有u₀/u_mf=0.95。增补资料[18]中为相对沉积的形象化视频。(b)横纵坐标如a图中所示，0.85≤ρ_sphere/ρ_bed≤1.31，(c)横坐标：球体密度/粉末密度。纵坐标：最终深度h_final/球体直径。容器底部300mm处对应的h/D_sphere=10。h总体呈下降趋势。

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