提高廢舊塑料再生產(chǎn)品品質(zhì)的預(yù)處理技術(shù)

何德文，周歡年，劉 蕾，梁定民，杜 璐

（中南大學(xué)冶金學(xué)院環(huán)境工程系，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展迅猛，其年產(chǎn)量已超過(guò)2 000萬(wàn)t，穩(wěn)居世界第二位，成為名副其實(shí)的塑料大國(guó)[1]。塑料工業(yè)迅猛發(fā)展給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了負(fù)面影響——“白色污染”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塑料總量中70％～80％的通用塑料在10年內(nèi)將轉(zhuǎn)化為廢棄塑料，其中有50％的塑料也將在兩年內(nèi)轉(zhuǎn)化為廢棄塑料[2]。由于這些廢棄塑料具有大分子結(jié)構(gòu)，不易分解腐爛，長(zhǎng)期分散于自然界中，會(huì)造成環(huán)境污染和影響人體健康[3]。如何對(duì)廢棄塑料進(jìn)行合理地處理處置，消除“白色污染”已勢(shì)在必行。與國(guó)內(nèi)塑料工業(yè)的高速發(fā)展相比，國(guó)內(nèi)廢舊塑料的回收和利用則大大落后于國(guó)際水平。據(jù)報(bào)道，美國(guó)廢塑料回收率達(dá)35％以上，歐洲平均回收率在45％以上，德國(guó)和日本的塑料回收率更是高達(dá)60％，而我國(guó)回收利用率卻只有25％，每年大約有1 400萬(wàn)t廢舊塑料沒(méi)有得到回收和利用，直接造成資源浪費(fèi)達(dá) 280 億元[4，5]。

目前處理廢舊塑料的方法主要有焚燒、填埋和回收利用，但焚燒會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體，造成二次污染，填埋會(huì)占用較大空間，填埋后土壤中殘留的塑料碎片又會(huì)影響土壤透氣性，使農(nóng)作物減產(chǎn)，因此廢塑料處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是回收利用[6-8]。而回收途徑主要分為兩種，一種是將塑料再生成同一品種的原料或分解成單體；另一種是將其制成可綜合利用的其他原料和能源[9]。將廢舊塑料再生后制成新的塑料制品和塑料加工原料是一種有效的回收利用途徑，但目前卻存在回收率低，產(chǎn)品品質(zhì)低等問(wèn)題。針對(duì)廢舊塑料的分選、破碎、清洗預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行研究，考察重選與手工分選相結(jié)合對(duì)不同等級(jí)廢塑分選的可行性；通過(guò)破碎清洗一體化關(guān)鍵技術(shù)研究，考察破碎料粒度與氯乙烯（VCM）含量對(duì)再生塑料物化性質(zhì)的多因素影響。從而探討出一套先進(jìn)可行的廢舊塑料預(yù)處理方案，以提高廢舊塑料的回收率及產(chǎn)品的品質(zhì)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料取自湖南平桂制塑科技實(shí)業(yè)有限公司外購(gòu)的PVC廢舊塑料，其主要種類和成分比例如圖1和圖2所示。

根據(jù)生產(chǎn)工藝，將外購(gòu)原料按外觀顏色分為兩大類：白破碎料、灰破碎料，兩大類原料其所含廢塑料的種類分別如下：

白破碎料：小管料、大管料、二級(jí)管料、一級(jí)片料、普白片料。

灰破碎料：精灰板料、蘭管料、一級(jí)灰板料、開(kāi)關(guān)料、窗簾料、蘭雜料。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟和方法

實(shí)驗(yàn)主要對(duì)廢舊塑料預(yù)處理過(guò)程中分選、破碎和清洗3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)擬采用的技術(shù)路線如圖3。

1.2.1 分選實(shí)驗(yàn)

原料分選先按人工分選，然后結(jié)合一些設(shè)備進(jìn)行分選，具體步驟如下。

（1）人工分選。先將非塑料制品雜物除去（其中金屬雜物很難用手工分選出來(lái)，采用磁鐵清除金屬碎片），然后將油污制品及變黑、變焦等變質(zhì)制品挑揀出來(lái)。再按塑料品種進(jìn)行分類?？上雀鶕?jù)不同塑料的常見(jiàn)用途，以經(jīng)驗(yàn)確定不同廢塑料的品種，若遇到難以分辨的制品則將原料取樣分析，在實(shí)驗(yàn)室中用以下4種方法進(jìn)行鑒別：塑化溫度鑒別法、密度鑒別法、燃燒鑒別法、外觀鑒別法[10，11]。

（2）結(jié)合一些設(shè)備進(jìn)行分選。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的要求，針對(duì)進(jìn)廠原料的成分、組成的季節(jié)性波動(dòng)等情況，還采取必要的輔助設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的分選工作。如將廢塑料制品經(jīng)破碎送入分選裝置的料斗中，根據(jù)塑料的相對(duì)密度不同，隨風(fēng)飄移的距離也不同的原理，借助風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)力分選[12]。此外，還有利用各種塑料磨擦帶電能力的差異而采取的靜電分選。

1.2.2 破碎實(shí)驗(yàn)

破碎過(guò)程主要對(duì)以下因素進(jìn)行考察：（1）PVC廢料物理性質(zhì)對(duì)破碎機(jī)選擇的影響；（2）不同等級(jí)PVC破碎料粒度對(duì)累積過(guò)篩率的影響；（3）廢破碎料粒度對(duì)化學(xué)成分分析結(jié)果的影響。

1.2.3 清洗實(shí)驗(yàn)

清洗系統(tǒng)主要包括：預(yù)洗部分、清洗部分、漂洗部分等過(guò)程。

（1）預(yù)洗。運(yùn)用循環(huán)冷卻水去掉物料表面的有磨損作用的污染物，同時(shí)利用循環(huán)冷卻水的余熱對(duì)廢塑料進(jìn)行預(yù)熱，各廢料中粘著標(biāo)簽的膠水開(kāi)始熔化，部分PVC廢料也開(kāi)始掉色。

（2）清洗。通過(guò)清洗槽、水平分離器等設(shè)備，將殘留膠水及其他污染物分離開(kāi)來(lái)。在清洗過(guò)程中，可根據(jù)物料的雜質(zhì)含量是否均勻來(lái)選擇連續(xù)或間歇清洗。物料雜質(zhì)含量均勻，選擇連續(xù)清洗；含量不均勻，則選擇間歇清洗。

（3）漂洗。主要目的是分離密度不同的聚合物，以及再次清洗物質(zhì)和平衡pH值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 分選實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)通過(guò)手工分選與機(jī)器設(shè)備分選相結(jié)合的方法，先清除廢塑料中的金屬、沙石、織物等雜物，然后把混雜在一起的不同品種的塑料制品分開(kāi)、歸類，使得制備PVC產(chǎn)品的原料成分單一、性質(zhì)穩(wěn)定，提高了原料的回收率，為清洗、破碎、磨粉、配料、成型等后續(xù)工藝的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)，也為PVC的再生循環(huán)利用、制取高品質(zhì)塑材產(chǎn)品提供了有力保障。

可見(jiàn)，手工分選與重選相結(jié)合的方法對(duì)不同等級(jí)廢舊塑料分選具有可行性。

2.2 破碎實(shí)驗(yàn)

2.2.1 PVC廢料物理性質(zhì)對(duì)破碎機(jī)選擇的影響

用4種破碎機(jī)對(duì)PVC廢料分別進(jìn)行破碎試驗(yàn)。首先用普通破碎機(jī)先破碎到4 mm粒度，然后分別用切割破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和盤式振動(dòng)破碎機(jī)破碎到小于1 mm的分析粒度，接著用孔徑為0.2，0.4，0.8，1.0 mm的篩子篩分。篩分結(jié)果如圖4所示。

圖4 PVC廢料物理性質(zhì)對(duì)破碎機(jī)選擇的影響曲線

由圖4可知，應(yīng)用3種破碎機(jī)破碎所得廢料，其顆粒的累積過(guò)篩率均在35％～100％區(qū)間內(nèi)，且隨粒度（0.1～1.0 mm）增大而增大。以切割破碎機(jī)破碎后的廢料在粒度為0.1～0.4 mm段，其累積過(guò)篩率隨粒度增大從45％～100％呈直線上升趨勢(shì)；而盤式振動(dòng)破碎機(jī)在粒度為0.2～1.0 mm段累積過(guò)篩率隨粒度增大的趨勢(shì)則較為平穩(wěn)。對(duì)應(yīng)于盤式振動(dòng)破碎機(jī)的廢料顆粒粒度分布與所得累積過(guò)篩率范圍最寬，說(shuō)明盤式振動(dòng)破碎機(jī)對(duì)試驗(yàn)廢料樣本破碎效果為最佳。

2.2.2 不同等級(jí)PVC破碎料粒度對(duì)累積過(guò)篩率的影響

把不同等級(jí)的每種廢料（以白料為樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其代表不同等級(jí)的樣品種類依次為小管料、大管料、片料、普白片料）從大到小按照分析所需要的粒度進(jìn)行分類，用破碎機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行破碎，以滿足工藝實(shí)驗(yàn)的粒度要求。隨后分別以孔徑為0.2，0.4，0.8，1.0 mm的篩子篩分，得到如圖5所示的粒度對(duì)累計(jì)過(guò)篩率的關(guān)系曲線圖。

圖5 廢PVC破碎料粒度與累積過(guò)篩率的關(guān)系曲線

從圖5可知，4種等級(jí)廢料的累積過(guò)篩率均隨粒度的增大而增加，但在同一粒度的累積過(guò)篩率為：小管料＞大管料＞一級(jí)片料＞普白片料。

2.2.3 廢料粒度對(duì)于化學(xué)成分分析結(jié)果的影響

4種不同等級(jí)廢料破碎到小于1.0 mm粒度后，按照小于 0.2，0.2～0.4，0.4～0.8，0.8～1.0 mm，大于 1.0 mm分為5個(gè)粒級(jí)，然后分別測(cè)定4種廢料不同粒級(jí)VCM的含量。表5是PVC廢料在不同粒級(jí)時(shí)VCM的含量變化特征。

表5 廢PVC破碎料在不同粒級(jí)時(shí)VCM的含量變化特征

從表5可以看出，一級(jí)片料、普白片料VCM的含量隨粒級(jí)的變化不顯著，而小管料與大管料則VCM的含量隨著粒度的增加明顯降低，均有較顯著的變化。且同粒級(jí)中，低粒級(jí)段（≤0.8 mm）各廢料中VCM含量依次降低；而高粒級(jí)段（≥0.8 mm）中，片料普遍比管料的VCM含量要高。

從對(duì)上述4種廢料進(jìn)行的不同粒度VCM含量分析結(jié)果來(lái)看，同一種廢料在不同粒級(jí)時(shí)所含的化學(xué)成分的含量有明顯的變化，出現(xiàn)這種情況的原因，只能歸結(jié)為廢料本身物質(zhì)成分分布的不均勻性和樣品在破碎到不同粒度時(shí)物質(zhì)成分分布的不均勻性。

2.3 清洗實(shí)驗(yàn)

在正常情況下，按照上述步驟進(jìn)行高質(zhì)量的清洗后，廢塑料中各種雜質(zhì)的含量均被控制在10-5左右，保證了塑材產(chǎn)品的品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)所得PVC型材產(chǎn)品雜質(zhì)粒子數(shù)≤12個(gè)/900 cm2，超出國(guó)標(biāo)GB5761-1993相應(yīng)的SG3型號(hào)優(yōu)等品要求的16個(gè)/900 cm2。而且整個(gè)系統(tǒng)以節(jié)約用水為原則，實(shí)現(xiàn)水循環(huán)利用率大于90％。

3 結(jié)論

（1）盤式振動(dòng)破碎機(jī)對(duì)廢料破碎的適應(yīng)性最佳；考慮不同等級(jí)廢PVC原料的物理性質(zhì)，回收廢料中的白料以小管料為最佳，大管料次之，一級(jí)片料再次之，普白片料較差；同一種廢料在不同粒級(jí)時(shí)所含的化學(xué)成分的含量有明顯的變化，故可根據(jù)不同等級(jí)類別、不同粒級(jí)的原料物理性能測(cè)試和化學(xué)成分分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)以不同等級(jí)廢PVC為生產(chǎn)原料的工藝調(diào)整不同的配方比例，以求達(dá)到優(yōu)化工藝參數(shù)、節(jié)省生產(chǎn)成本、制取優(yōu)質(zhì)塑材產(chǎn)品的預(yù)期目標(biāo)。

（2）清洗過(guò)程開(kāi)發(fā)了廢舊塑料預(yù)洗、清洗和漂洗的清洗系統(tǒng)，可有效降低廢塑料中各種雜質(zhì)的含量，且顯著提高水的重復(fù)使用率，環(huán)保效益好，具有極大的推廣價(jià)值。

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