一种多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法
【专利摘要】一种多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，包括对废旧塑料进行机械破碎处理；将破碎后的塑料颗粒相互摩擦碰撞荷电后，通过静电分选空间进行带同种电荷的塑料富集料的分离；对带同种电荷的塑料富集料进行电晕荷电后通过静电场作用，分别得到单一组分的塑料颗粒。本发明工艺流程简单，适用范围广，无需识别程序，处理量高，易于工业应用，且无污染等特点，减少环境污染。
【专利说明】一种多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境保护【技术领域】中的工业废弃物处理、资源化领域，具体地，涉及多种废旧硬质塑料的破碎及分选方法，是对废旧塑料进行回收、再生和资源化的一种方法。
【背景技术】
[0002]近半个世纪以来，塑料因其廉价、安全、耐久和轻便等特性在各行业中得到了广泛应用，世界的塑料消耗量也不断快速升高。据报道，过去20年中全球的平均塑料年产量增长幅度超过5%，2010年全球的塑料产量已接近2亿7000万吨，而塑料的需求量仍在不断攀升。虽然塑料制品有着较高的耐久度，但每年仍有大量的塑料遭到废弃。数据显示，在美国城市固体废物中，废旧塑料所占的比例已从1994年的9.5%上升到2010年的12.4%。
[0003]废旧塑料制品的分子结构牢固，自然条件下分解速度极为缓慢。如聚乙烯(polyethylene, PE)聚氯乙烯(polyvinylchloride, PVC)在土壤中约 300-400 年才能完全降解，长期滞留在土壤里破坏了土壤的透气性，降低了土壤的蓄水能力，影响了农作物的水分、养分的吸收，阻碍了禾苗根系的生长，会造成农作物的大幅度减产，使耕地劣化。此外塑料添加剂中的重金属离子及有毒物质会在土壤中扩散、渗透，直接影响地下水质和植物生长。塑料废弃物对海洋生物造成的危害是石油溢漏危害性的4倍，每年仅丢弃在海洋的废弃渔具就在15万吨以上，各种塑料废品在数百万吨以上。据统计，每年全球石油产量中约有4%会被用来生产塑料原料，另有4%会被用作生产塑料副产品的燃料。石油资源是有限的，而我国是一个石油消费大国。到2011年我国石油的净进口量为2.51亿吨，成为世界第一大石油净进口国。需求量猛增导致石油价格暴涨，对塑料工业带来了很大的供求矛盾和冲击。
[0004]目前废旧塑料的资源化处理方法主要有化学方法及物理法。机械物理法易实现工程化，并不会产生二次污染，这种方法备受欢迎。
[0005]经检索，中国发明专利《一种废旧塑料资源化处理方法及设备》(明果英等，专利号201210228475.7)，提供一种废旧塑料资源化处理方法及设备，设备包括破碎分选处理系统和清洗分离处理系统，破碎分选处理系统包括两级原料输送带、两级破碎机、磁选机、两级破碎料输送带，清洗分离处理系统包括清水槽、沉料输送带、盐水槽、螺旋出料机、以及螺旋输送器、浮料提升机，本发明方法由破碎分选和清洗分离两步工艺组成。破碎分选工艺依次由人工分拣、一级破碎、磁选、二级破碎步骤组成，清洗分离工艺采用清水和盐水两种不同密度的液体便废旧塑料各成分分离开来。本发明具有分离效果好、资源回收率高、不产生二次污染等特点。废旧塑料手工拣选、两级破碎、磁选、清水浮选，盐水浮选的分离过程，本发明虽然能够实现混合塑料的分离，但整个分选过程繁琐；方法中将所有破碎的物料采用水槽，盐水槽进行比重差分选，由于许多塑料的密度范围之间都有重叠或者特征密度十分相近(如PVC和PET的特征密度分别为1.39g -cm-3和1.37g*cm-3),因此单纯依靠密度差异分选效率低，产品需要脱水、干燥，并存在着污泥和废水处理等环境污染治理问题。
[0006]中国发明专利《废旧电子电器回收塑料的高压静电分选方法》(樊红杰等，专利号201110120653.X)，本发明涉及一种废旧电子电器中塑料的分离纯化方法，在以PET材质的摩擦旋流器内搅拌实现相互摩擦，使塑料通过摩擦带电,依据塑料摩擦带电性能不同,将摩擦带电的塑料和回转电极接触并提供高压静电场，由于离心力和静电力的复合作用，是从回转电极上甩出落下的塑料颗粒由于电位不同而呈现不同轨迹并产生一定距离，用带阳板的容器进行分类收集，从而实现不同种类塑料的分选和纯化，最终回收得到以PS、PP、ABS、PVC等为主的单一组份热塑性塑料颗粒产品纯度可达95%。该发明废旧电子电器破碎、磁选、涡流电选、循环破碎、悬浮风选、高压静电分选得到单一组分塑料，整个分选过程繁琐；方法中悬浮风选无法将密度相近的塑料分离，摩擦旋流器与静电分选机结构描述不清。
[0007]中国发明专利《一种废旧塑料识别与分离装置及方法》(华林等，专利号201210220498.3)，提供一种废旧塑料识别与分离装置，包括破碎装置、摩擦装置、加速装置、恒定磁场装置、比较装置、及收集装置；各种标准纯塑料或废旧塑料经过破碎装置破碎后通过摩擦装置带电，带电后进入加速装置加速，然后以与磁场方向的夹角大于零的相同速度进入恒定磁场，形成不同的运动轨迹，比较装置将废旧塑料颗粒的运动轨迹与各种标准纯塑料颗粒的运动轨迹进行比较，从而确定废旧塑料中与与其具有相同运动轨迹的标准纯塑料种类相同。收集装置收集在磁场中运动轨迹相近的废旧塑料颗粒。本发明还提供一种废旧塑料识别与分离方法。该专利需采用标准纯塑料与带选料进行轨迹对比，从而确定废旧塑料中与与其具有相同运动轨迹的标准纯塑料种类相同，进行识别与分离；收集装置收集在磁场中运动轨迹相近的废旧塑料颗粒；工艺复杂，识别与分离难度高，处理量低，难以工业应用。
[0008]本发明采用的复合式破碎模块与复合式分选模块相结合的破碎静电分离方法，工艺流程简单，适用范围广，无需识别程序，处理量高，易于工业应用。且无污染等特点，减少环境污染。
【发明内容】
[0009]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，该方法将混合塑料进行有效的破碎与分离富集，实现对废旧塑料的回收、再生和资源化处理。
[0010]为实现以上目的，本发明的技术解决方案如下:
[0011]一种多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
[0012]步骤一，对废旧塑料进行机械破碎处理；
[0013]步骤二，然后将破碎后的塑料颗粒相互摩擦碰撞荷电，荷电后的塑料颗粒自由下落落入静电分选空间；该静电分选空间由相反极性的正电极板、负电极板组成，在正、负电极板的作用下将混合塑料中荷相反电荷的塑料颗粒分离，分别得到带同种电荷的塑料富集料；
[0014]步骤三，带同种电荷的塑料富集料进入荷电区域，该荷电区域静电场由数支电晕电极与静电极产生，对带同种电荷的塑料富集料进行电晕荷电；
[0015]荷电后的颗粒与接地导轨接触，不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同，接地导轨末端配置的分选电极产生的静电场作用下，带有不同荷电量的颗粒产生不同的运动轨迹而实现分离，分别得到单一组分的塑料颗粒。[0016]所述的步骤一，对废旧塑料进行机械破碎处理，具体是:
[0017]a.用传送带把废旧塑料产品输送到四齿辊式破碎机，将废旧塑料破碎成粒度为5mm-10mm的碎片；
[0018]或者是:
[0019]b.用传送带把废旧塑料产品输送到中速冲击粉碎机，将废旧塑料粉碎成
0.8mm-2mm的塑料颗粒。
[0020]或者是:
[0021]a.用传送带把废旧塑料产品输送到四齿辊式破碎机，将废旧塑料破碎成粒度为5mm-10mm的碎片；
[0022]b.用传送带把粒度为5mm-10mm的废旧塑料碎片输送到中速冲击粉碎机,进一步把废旧塑料粉碎成0.8mm-2mm的塑料颗粒。
[0023]步骤a或步骤b为初级破碎模式,步骤a与步骤b相结合为高级破碎模式；可根据废旧塑料需要破碎的粒度要求，确定选择具体的破碎模式以及四齿辊式破碎机和中速冲击粉碎机的工艺参数。
[0024]根据废旧塑料的种类和需要破碎的粒度要求，确定四齿辊式破碎机和中速冲击粉碎机的工艺参数，所述的中速冲击粉碎机的转速等于或大于700转/分。
[0025]所述的步骤二中正电极板、负电极板施加电压为5kV - 60kV,电流为2mA - 5mA。
[0026]本发明的工作原理:混合塑料颗粒经摩擦碰撞荷电后，不同种类塑料颗粒荷相反电荷；带相反电荷的颗粒进入电场区间自由下落，受到电场力与重力的复合作用，电场力与重力作用在颗粒上形成一定的夹角，在下落过程中，带正电的颗粒受负极吸引，偏向负极，落入正电收集区，带负电的颗粒受正极吸引，偏向正极，落入负电收集区，从而实现混合塑料颗粒的初步分离与富集。带同种电荷的塑料富集料经由喂料器进入荷电衰减分选机荷电区域，荷电区域静电场由数支电晕电极与静电极产生，对混合物料进行电晕荷电。荷电后的颗粒与接地电极接触，不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同，接地电极末端配置的分选电极产生的静电场作用下，带有不同荷电量的颗粒产生不同的运动轨迹而实现分离，得到单一组分的塑料颗粒。
[0027]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0028]本发明采用的复合式破碎模块与复合式分选模块相结合的方法与多步复杂破碎后的密度差水选、风力浮选比，具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点，减少环境污染；本发明无需废旧塑料识别工序，处理量高，易于工业应用；本发明中，各设备组成封闭系统，系统之间采用传送带进行物料的传送，整个系统在密封条件下进行，无三废排放，减少环境污染。模块化设计适用各种废旧塑料原料，应用范围广，应用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例1针对经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分混合塑料，如废旧电冰箱资源化后尾料混合塑料的资源化流程图；
[0030]图2为本发明实施例2中针对现有生活垃圾处理自动生产线，通过增加多种硬质废旧塑料模块化破碎与分选方法资源化流程图。
[0031]图3是本发明步骤三中高压静电分离设备的结构示意图。[0032]图中:1为喂料器,2为接地导轨,3为柱状静电极,4为丝状电晕极,5为荷电衰减分选辊，6为毛刷，7为大电荷产物收集槽，8为小电荷产物收集槽，9为中间体产物收集槽，10为绝缘体框架，11为水平滑槽，12为倾斜滑槽，13为圆弧滑槽，14为倾斜滑槽，15为第一电刷，16为第二电刷，17为振动加料器。
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0034]实施例1
[0035]图1为本发明实施例1针对经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分混合塑料，如废旧电冰箱资源化后尾料混合塑料的资源化流程图，如图所示，一种多种废旧塑料的破碎与分选方法，包括如下步骤:
[0036]步骤一、首先用传送带把废旧塑料产品输送到中速冲击粉碎机，把废旧塑料粉碎成0.8mm-2mm的塑料颗粒；
[0037]步骤二、然后将破碎后的塑料颗粒相互摩擦碰撞荷电，荷电后的塑料颗粒自由下落落入静电分选空间；该静电分选空间由相反极性的正电极板、负电极板组成，在正、负电极板的作用下将混合塑料中荷相反电荷的塑料颗粒分离，得到带同种电荷的塑料富集料。
[0038]步骤三、带同种电荷的塑料富集料进入荷电区域，该荷电区域静电场由数支电晕电极与静电极产生，对带同种电荷的塑料富集料进行电晕荷电；
[0039]荷电后的颗粒与接地导轨接触，不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同，接地导轨末端配置的分选电极产生的静电场作用下，带有不同荷电量的颗粒产生不同的运动轨迹而实现分离，得到单一组分的塑料颗粒。所述电晕电极，静电极施加电压为5kV - 60kV,电流为2mA - 5mA。
[0040]针对两种混合塑料颗粒的分离与富集，如食用塑料瓶(主要由聚酯(PET)与聚丙烯(PP)组成)中PET与PP的分离。混合塑料颗粒由摩擦碰撞荷电后带相反电荷(PET带正电，PP带负电)，经自由下落分选区的静电场与重力场综合作用，带正负电荷的混合颗粒被分离。高级分选模式由摩擦碰撞荷电、自由下落分选、电晕荷电、荷电衰减分选组成。针对多种混合塑料颗粒的分离与富集，如废旧电器电子产品中的塑料成分(主要由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)，聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)组成)中ABS、PVC,PE与PP的分离。混合塑料颗粒由摩擦碰撞荷电后带相反电荷(ABS、PP带正电，PE, PVC带负电)，经自由下落分选区的静电场与重力场综合作用，带正负电荷的混合颗粒被分离。ABS与PP进入正电电晕荷电区，由于荷电衰减率的不同，由荷电衰减空间中静电力、离心力、重力的复合作用，使ABS与PP分离。PE与PVC进入负电电晕荷电区，经由荷电衰减分选实现分离，最终实现单一组分ABS、PP、PE与PVC的富集与资源化。本实施例中废旧冰箱经机械预处理后塑料与金属分离，混合塑料由ABS、PP、PE与PS组成。经分选处理，最后到ABS、PP、PE与PS单体塑料颗粒富集体。
[0041]实施例2[0042]图2为本发明实施例2中针对现有生活垃圾处理自动生产线，通过增加多种硬质废旧塑料模块化破碎与分选方法资源化流程图，如图所示，一种多种废旧塑料的破碎与分选方法，包括如下步骤:
[0043]步骤一、首先用传送带把废旧塑料产品输送到四齿辊式破碎机，将废旧塑料破碎成粒度为5mm-10mm的碎片；
[0044]然后用传送带把粒度为5mm-10mm的废旧塑料碎片输送到中速冲击粉碎机,进一步把废旧塑料粉碎成0.8mm-2mm的塑料颗粒。
[0045]步骤二、然后将破碎后的塑料颗粒相互摩擦碰撞荷电，荷电后的塑料颗粒自由下落落入静电分选空间；该静电分选空间由相反极性的正电极板、负电极板组成，在正、负电极板的作用下将混合塑料中荷相反电荷的塑料颗粒分离，得到带同种电荷的塑料富集料。
[0046]步骤三、带同种电荷的塑料富集料进入荷电区域，该荷电区域静电场由数支电晕电极与静电极产生，对带同种电荷的塑料富集料进行电晕荷电；
[0047]荷电后的颗粒与接地导轨接触，不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同，接地导轨末端配置的分选电极产生的静电场作用下，带有不同荷电量的颗粒产生不同的运动轨迹而实现分离，得到单一组分的塑料颗粒。
[0048]本实施例针对城市生活垃圾以及废旧家电(如四机一脑，电视机、冰箱、空调、洗衣机、电脑)四齿辊式破碎机将大块废料破碎成5mm-10mm的大颗粒，再利用中速冲击式破碎机将物料破碎成0.尺寸的待选物料。通过增加多种硬质废旧塑料模块化破碎与分选方法实现混合塑料A、B、C、D实现富集与资源化。
[0049]所述的步骤三由高压静电分离设备完成，图3是本发明步骤三中高压静电分离设备的结构示意图，如图所示，该设备包括表面覆盖有光滑金属皮带的接地导轨，设置在该接地导轨中部上方的电晕荷电装置，以及设置在该接地导轨尾部上方的荷电衰减分选辊装置；所述的金属皮带通过第二电刷接地；所述的电晕荷电装置包括圆柱状静电极和丝状电晕极，所述的圆柱状静电极与丝状电晕电极平行放置在所述的接地导轨中部上方，所述的圆柱状静电极、丝状电晕极与高压电源串联；所述的荷电衰减分选辊装置包括表面为导电金属材质的分选辊、设置该分选辊一侧的毛刷、以及设置在该毛刷下方的大电荷产物收集槽，所述的分选辊通过第一电刷与高压电源连接，所述的和丝状电晕极相连接的高压电源与和第一电刷相连接的高压电源的极性相反；还包括设置在所述的接地导轨尾部下方的小电荷产物收集槽，以及设置在该接地导轨尾部外侧下方的中间体产物收集槽。
[0050]本发明采用的破碎与分选方法，具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点；本实施例无需废旧塑料识别工序，处理量高，易于工业应用；各设备组成封闭系统，系统之间采用传送带进行物料的传送，整个系统在密封条件下进行，无三废排放，减少环境污染。模块化设计适用各种废旧塑料原料，应用范围广，应用性强。
[0051]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 步骤一，对废旧塑料进行机械破碎处理； 步骤二，将破碎后的塑料颗粒相互摩擦碰撞荷电，荷电后的塑料颗粒自由下落落入静电分选空间；该静电分选空间由相反极性的正电极板、负电极板组成，在正、负电极板的作用下将混合塑料中荷相反电荷的塑料颗粒分离，分别得到带同种电荷的塑料富集料； 步骤三，带同种电荷的塑料富集料进入荷电区域，该荷电区域静电场由数支电晕电极与静电极产生，对带同种电荷的塑料富集料进行电晕荷电； 荷电后的颗粒与接地导轨接触，不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同，接地导轨末端配置的分选电极产生的静电场作用下，带有不同荷电量的颗粒产生不同的运动轨迹而实现分离，分别得到单一组分的塑料颗粒。
2.根据权利要求1所述的多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，其特征在于，所述的步骤一，对废旧塑料进行机械破碎处理，具体是: a.用传送带把废旧塑料产品输送到四齿辊式破碎机，将废旧塑料破碎成粒度为5mm-10mm的碎片； 或者是: b.用传送带把废旧塑料产品输送到中速冲击粉碎机，将废旧塑料粉碎成0.8mm-2mm的塑料颗粒。 或者是: a.用传送带把废旧塑料产品输送到四齿辊式破碎机，将废旧塑料破碎成粒度为5mm-10mm的碎片； b.用传送带把粒度为5mm-10mm的废旧塑料碎片输送到中速冲击粉碎机,进一步把废旧塑料粉碎成0.8mm-2mm的塑料颗粒。
3.根据权利要求2所述的多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，其特征在于，根据废旧塑料的种类和需要破碎的粒度要求，确定四齿辊式破碎机和中速冲击粉碎机的工艺参数，所述的中速冲击粉碎机的转速等于或大于700转/分。
4.根据权利要求1所述的多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，其特征在于，所述正电极板、负电极板上设置有极板调节转轴，用以调节正、负电极板的角度；正、负电极板的角度0_90度可调。
5.根据权利要求1所述的多种硬质废旧塑料的破碎与分选方法，其特征在于，所述的步骤二中正电极板、负电极板施加电压为5kV - 60kV,电流为2mA - 5mA。
【文档编号】B29B17/00GK103692574SQ201310695082
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】李佳, 许振明 申请人:上海交通大学