A generalized particle description framework for the simulation of mechanical recycling in HSC SIM

Abstract

This thesis presents initial designs for the extension of Outotec’s HSC SIM 8 simulation platform into the field of mechanical recycling. The designs focus in the implementation of a generalized particle description framework, which allows flexible characterization of recycling particle populations.

The generalized particle description framework was developed on the basis of a literature review, and observations of recycling particles in a plant environment. The literature review studied the established particle description framework of mineral processing, as well as the particle description frameworks utilized in the early modeling of mechanical recycling. The plant observations were conducted at the Kuusakoski Heinola Works recycling plant. The principal method of observation was the hand sorting of two output fractions of a shredder, which processes end-of-life vehicles and mixed scrap. This sorting study was complemented by freeform observations.

The generalized framework embodies the common structure of the more specific frameworks that have been utilized in both mineral processing and mechanical recycling. Thus, it allows any of those frameworks, or even entirely new ones, to be utilized. This flexibility makes the development of a mechanical recycling simulation platform sensible, even though a common particle description framework has yet to be established in the field.

The initial designs for HSC SIM describe the intended functionality of a set of three user interface elements. The set was designed for the specification of the properties of particle populations in a way that adheres to the new generalized structure. Such functionality sets a foundation for the simulation of mechanical recycling, but this does not yet complete the platform. Thus, it was recommended that the implementation of the designs be followed by three additional development stages: implementation of modeling structures, direct implementation specific properties to the generalized particle description framework, and initiation of the development of a material database.

Tässä työssä esitetään alustava suunnitelma Outotecin HSC SIM simulaatioalustan laajentamiseksi mekaaniseen kierrätykseen. Laajennuksen keskeisin osa on yleistetty partikkelikuvausrakenne, joka mahdollistaa kierrätyspartikkelien joukkojen joustavan karakterisoinnin.

Yleistetty partikkelikuvausrakenne kehitettiin perustuen kirjallisuustutkimukseen sekä kierrätyspartikkelien havainnointiin tehdasympäristössä. Kirjallisuustutkimuksen aiheina olivat mineraalien prosessoinnissa vakiintunut partikkelikuvausrakenne sekä vastaavat rakenteet mekaanisessa kierrätyksessä. Partikkelihavainnot tehtiin Kuusakoski Heinola Works kierrätystehtaalla. Pääasiallinen havaintomenetelmä oli autoja ja sekametallijätettä prosessoivan murskaimen synnyttämien materiaalifraktioiden käsinlajittelu. Käsinlajittelun lisäksi tehdasta, sen toimintaa sekä siellä esiintyviä partikkeleita tarkkailtiin vapaasti.

HSC SIMiä varten kehitetty partikkelikuvausrakenne on yleistetty mineraalien prosessoinnissa ja mekaanisessa kierrätyksessä käytetyistä spesifimmistä rakenteista. Tästä johtuen sen käyttö mahdollistaa näiden olemassa olevien, tai toisten täysin uusien, rakenteiden käytön. Tämä monipuolisuus taas mahdollistaa simulaatioalustan kehityksen huolimatta siitä, ettei mekaanisen kierrätyksen simulointiin ole vakiintunut spesifiä partikkelikuvausrakennetta.

Työssä esitelty alustava suunnitelma HSC SIMin laajentamiseksi selittää kolmen käyttöliittymäelementin aiotun toiminnallisuuden. Elementit suunniteltiin partikkeliryhmien ominaisuuksien määrittämiseksi uuden yleistetyn rakenteen mukaisesti. Kyseinen toiminnallisuus luo perustan mekaanisen kierrätyksen simuloinnille, mutta ei sellaisenaan saata simulaatioalustaa valmiiksi. Tästä johtuen, alustan jatkokehityksen seuraaviksi vaiheiksi suositellaan prosessimallinnusrakenteiden kehittäminen, spesifien ominaisuuksien lisääminen partikkelikuvausrakenteeseen sekä materiaalitietokannan kehityksen aloittaminen.