高精细胶粉制备方法及其生产线与流程

本发明属于废旧橡胶回收再利用领域，主要涉及高精细胶粉制备方法及其生产线。具体而言，涉及一种在常温碾磨和冷冻研磨整合的环境下生产高精细胶粉的方法及其生产线。
背景技术：
：废旧橡胶中含有丰富的原材料资源。在预先冷却过程中，例如废旧轮胎中的橡胶应在变脆的状态下被轧碎，转变成一种可再次使用的二次原料而回到生产过程中。废旧汽车轮胎和工业橡胶产品废料也是丰富的原料来源。并且，这种废品和废料数量的持续增长对环境构成了相当大的负担。在回收经济的原则和为减少二氧化碳等气体的排放量的大环境下，废汽车轮胎和橡胶产品废料的回收会变得更为重要。橡胶制品有着许多优良的性能，用途十分广泛。自从进入工业化社会以来，橡胶制品的使用量越来越大，随之产生了由大量橡胶废弃物所带来的环境问题：据统计，1997年全世界橡胶消耗量为1677万吨，而产生的废橡胶量已达1000多万吨。目前我国橡胶的总消耗量在200万吨左右，废橡胶量约120万吨，居世界第二位。废橡胶中主要是大量的废旧轮胎，他们在自然界难以分化降解，形成严重的黑色污染。将废弃的硫化橡胶粉碎成精细胶粉或微细胶粉后再次使用，是解决废硫化橡胶的资源化再生利用，综合解决环境保护与资源问题的有效途径。该领域的现有技术主要是低温冷冻粉碎工艺与常温粉碎工艺两类。前者利用液氮或空气压缩冷冻系统将废旧轮胎粉碎，它可以完成废橡胶的回收利用，但是其工艺需要消耗大量电能，使生产成本过高。同时这种工艺所得到的胶粉颗粒，其几何物性不理想，与其他材料结合的性能较差，影响了它的再利用效果。常温粉碎工艺又分为溶剂法与机械法，机械法的机械包括有刀盘式、辊轧式、齿盘式与螺杆挤出式。他们克服了冷冻法的不足，具有较好的发展前景，但橡胶可在-50～150℃范围内保持高弹性、高柔韧性，对它的精细与微细粉碎较之硬质材料要困难的多。胶粉的粒度越小，其再利用的性能越好，应用的附加值也越高。但目前机械法工艺与设备只能加工粗胶粉、细胶粉与60目左右的精细胶粉；80目以上的精细胶粉、微细胶粉以及超微细胶粉的加工则非常困难，尚未出现满足大规模工业生产需要地成熟工艺。专利文献us2002/144933a1中公开了一种使用低温破碎法生产废橡胶和用过的橡胶产品的设备，其中将要破碎的物料进行冷冻的冷冻管道，深度冷冻物料的异物分离装置和破碎类装置，因此，一个多级预破碎系统包括预破碎机预破碎物料被送入一个被分为几个冷冻区域的冷冻系统，在此，低温液态冷冻剂喷洒在该物料上。冷冻系统的出口与一个温度平衡系统相连，并且深度冷冻的物料在逐级破碎的多级精细破碎机中被粉碎成细小的颗粒。本领域中公知的是，低温处理的目的是将废旧橡胶粉碎成适于后续生产工艺中使用的中间原料。为此，例如使用液氮作为制冷剂，从而将弹性的废旧橡胶冷却至理想的低温，以确保废旧橡胶处于易于被碾碎的脆状态。然而，在现有技术中，仍然难以将废旧轮胎深核区冷却，并且使其变脆。这一问题通常需要延长对废旧轮胎的处理时间，这会增加整个生产过程的成本等。同时，被冷却的轮胎还必须在运送过程中由于摩擦的再度升温。此外，例如车辆轮胎的外胎中的纤维或金属增强物等是极具价值的原料，很需要将它们尽可能以纯组分进行回收。另外，现有技术中的低温工艺不够理想的是，仅能使胶粉以及上述提到的金属或纤维的纯度达到97％左右。然而，高纯度的胶粉是应用价值极大的，其可以用来制备具有高产品附加值的热塑性弹性体(tpe)等材料。因此，仍然需要一种改进的废旧橡胶高精细胶粉制备生产线和方法，使得高精细胶粉制备生产线整体上工作于尽可能理想的温度，并且使得所制备出的胶粉等产品具有更有优势的粒径和纯度。技术实现要素：为了解决上述技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，所述方法包括如下步骤：(a)、将废旧橡胶进行破碎分解；(b)、将经破碎分解后的橡胶进行辊碾处理，以获得粗胶粉；(c)、将所述粗胶粉碾磨，随后进行精磨，以获得精细胶粉；(d)、将所述精细胶粉进行冷冻研磨，以获得高精细胶粉，其中，所述步骤(c)在常温下进行，所述步骤(d)在橡胶的脆化温度以下进行。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(d)中的所述冷冻研磨进一步包括：(d1)将所述精细胶粉在全封闭环境下冷冻；(d2)将经冷冻的精细胶粉进一步进行冷脆处理；(d3)将所述冷脆处理后的精细胶粉进行所述冷冻研磨，其中，所述步骤(d1)、(d2)和(d3)中的冷冻是彼此独立的。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(d1)中将所述精细胶粉冷冻至-120℃以下，所述步骤(d2)中的所述冷脆处理将所述精细胶粉进一步冷冻至橡胶的脆化温度以下。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(d3)中的所述冷冻研磨在恒定的低温下进行。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(a)中的所述破碎分解进一步包括小块分割和筛分工序。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(b)进一步包括：从所述粗胶粉中磁选分离出金属制品。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(c)进一步包括：在所述碾磨和所述精磨之间，振动筛分出纤维。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(c)获得的所述精细胶粉包括约80％的粒径为0～2mm范围的精细胶粉和约20％的粒径为2～6mm范围的精细胶粉。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述步骤(d)进一步包括将所述高精细胶粉进行烘干和过滤。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的方法，可选地，所述高精细胶粉中粒径不超过180μm的高精细胶粉比例不低于50％。为了解决上述技术问题，根据本发明的另一方面，提供了一种利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，所述生产线包括破碎系统、造粒系统、碾磨和精磨系统、冷冻研磨系统。其中，所述碾磨和精磨系统在常温下工作，所述冷冻研磨系统在橡胶的脆化温度以下工作。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述冷冻研磨系统进一步包括：第一冷冻研磨子系统，所述第一冷冻研磨子系统将精细胶粉在全封闭环境下冷冻；第二冷冻研磨子系统，所述第二冷冻研磨子系统将经冷冻的精细胶粉进一步进行冷脆处理；第三冷冻研磨子系统，所述第三冷冻研磨子系统将所述冷脆处理后的精细胶粉进行所述冷冻研磨。其中，第一、第二和第三冷冻研磨子系统包括重叠的第一、第二和第三螺旋冷却装置，所述第一、第二和第三螺旋冷却装置分别具有彼此独立工作的供应氮气控制系统。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述第一冷冻研磨子系统的冷却温度为-120℃以下，所述第二冷冻研磨子系统的所述冷脆处理将所述精细胶粉进一步冷冻至橡胶的脆化温度以下。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述第三冷冻研磨子系统中的所述冷冻研磨在恒定的低温下进行。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述破碎系统进一步包括小块分割子系统和筛分子系统。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述生产线进一步包括钢丝分离系统，所述钢丝分离系统用于从所述粗胶粉中分离出金属制品。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述生产线进一步包括清洁与纤维分离系统，所述清洁与纤维分离系统用于振动筛分出纤维。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述冷冻研磨系统获得的所述精细胶粉包括约80％的粒径为0～2mm范围的精细胶粉和约20％的粒径为2～6mm范围的精细胶粉。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述生产线进一步包括胶粉干燥系统和胶粉过滤系统，所述胶粉干燥系统用于干燥从所述冷冻研磨系统获得的所述高精细胶粉，所述胶粉过滤系统用于过滤经干燥的所述高精细胶粉。根据本发明的利用废旧橡胶制备高精细胶粉的生产线，可选地，所述高精细胶粉中粒径不超过180μm的高精细胶粉比例不低于50％。根据本发明的高精细胶粉制备方法及其生产线具有如下有益技术效果：(1)减少了总体的能量消耗；(2)能够获得更小粒度的高精细胶粉；(3)不会产生热损伤，高精细胶粉具有稳定的理化性能。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。图1是根据本发明的废旧橡胶的精细胶粉制备生产线组成的原理框图。图2是根据本发明的废旧橡胶的精细胶粉制备生产线中通过冷冻研磨获得的胶粉粒径分布与现有技术中通过室温研磨获得的胶粉粒径分布的对比。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。根据本发明的生产线，制造出的产品主要为高精细胶粉。通过对废旧轮胎进行破碎处理，制备的产品为精细胶粉、钢丝和纤维。仅作为示例，图1示出了根据本发明的废旧橡胶的精细胶粉制备生产线组成的原理框图。按精细胶粉制备生产线的生产工序，将主要工艺的技术路线概括如下：分解—颗粒物生产—碾磨—颗粒物清洁和分类—颗粒物冷却—制粉—干燥—粉末清洁和分类—包装。(1)分解工序示例利用传送装置将废旧轮胎传递给破碎装置，通过剥离分割机、切头机、切圈机等对废旧轮胎进行整体分割成片后，由传送带输送到分割裁断工序。(2)小块分割工序示例使用对扭式预破碎机，将废旧轮胎片分割成小橡胶块(大小约50×50mm)，利用筛分设备进行首次粗筛分，筛分后获取规格大小比较一致的小胶块进入粗胶粉生产工序。(3)颗粒物生产工序示例将前述预处理破碎生成的小胶块，使用大扭力低速平膜碾压机进行辊碾处理，经过2-3级碾压造粒后，生产出不改变物理性质、无化学变化的粗胶粉混合物，将该混合物利用磁选设备分离出铁丝，获得的粗胶粉(含纤维)。(4)碾磨工序示例将前述粗胶粉(含纤维)进行进一步碾磨，碾磨后振动筛筛分出纤维和粗胶粉，粗胶粉通过精磨分成0-2mm的颗粒和2-6mm的颗粒。(5)冷冻研磨示例将上述获得的2-6mm的颗粒输送到冷冻研磨系统，这个冷却系统由三个重叠的螺旋冷却装置，它们都有独立的供应氮气控制系统，在此过程中粗胶粉在全封闭环境下液氮冷冻至-120℃以下，然后被送入主冷却室冷却至脆化温度以下进行冷脆处理。此过程中可以调节传送系统的速度和冷却剂的用量。使用高精度冷磨机组处理脆化后的粗胶粉，利用其反向性研磨机和一个相向转动的高精度筛分器，实现边研磨、边筛分，最终得到高精细橡胶粉。在研磨机上配有可以根据研磨机内温度进行调节的供氮控制器，以保证研磨机温度恒定。生产出来精细胶粉通过集中漏斗、旋转锁定器和集中输送机送到胶粉烘干器，烘干后的各种粒度的胶粉由安全筛和锥形筛再次净化，然后送入料仓，接下来进入包装工序。(6)包装工序示例高精细胶粉通过自动称重、灌装后入库。包装规格为大袋装或者25kg装。下文通过示例的方式详细介绍精细胶粉制备生产线中的冷冻研磨工艺部分。实施例：冷冻研磨工艺根据本发明的实施例，精细研磨系统采用无压设计，适合低温粉碎。材料选择在构造材料方面，除非有其他特殊规定，所有设备和系统元件优选地由低碳钢制作。输送螺杆冷却机优选由不锈钢制成，针式磨粉机的磨粉元件优选地由特质钢制作，适合低温粉碎。入口槽也由不锈钢制作。磨粉机噪音等级在磨粉机噪音等级方面，无噪音防护措施的情况下：约110db(a)。频率范围63-16000hz，根据din45635，第一部分，精度等级3测量表面一体化的声压级(spl)。电气控制在电气控制方面，供给电压：50hz，380v；控制电压：24v。可选地，内部控制柜的电压为230v。工艺规范喂入原料：废旧轮胎颗粒喂入原料99.9％不含以下物质：金属和矿物杂质；从橡胶颗粒中完全除去剩下最多0.1％轮胎纺织纤维；喂料尺寸：2.0-5.0mm最终产品精细度(低温粉碎阶段的产出)：31％＜100μm41％＜125μm(120目)60％＜160μm68％＜180μm(80目)76％＜200μm91％＜300μm96％＜425μm(40目)上述数值是实验室筛分的结果。通过这种分析，可非常精确的决定颗粒尺寸的分布。然而，本领域技术人员应理解的是，由于筛分/分级性能能力的不同，与分析筛上获得的结果相比，生产运行将出现一些偏差。因此，上述数值只是示例，对本发明的保护范围不起限定作用，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。喂入原料的湿度：约1％液态氮的消耗：约1.7kg本领域技术人员应理解的是，由于实施例中的粉碎机属于大型粉碎机，并且氮的质量不同，因而无法计算准确的氮消耗量。并且，因为连续运行，可能会出现一些数值浮动。其他影响氮消耗的因素是氮储存装置至消耗物间的管道长度以及管道绝缘情况。因此氮消耗量可能上升和其质量降低。废料密度(喂入原料)：330g/dm3喂入原料的温度：20-25℃分析装置：空气喷射筛分析方法：2000pa低压4’筛选时间增加1.0％助剂产能：达到1400kg/h，每条线(要求总产量3970kg/h)在分级器后的精细度方面，因为事实上一个分级器一直有重叠，达到的纯度被称为d90。这意味着，分类程序后的每个最终比分包括偏离目标比分最高10％的颗粒。在磨粉机上达到的一般比例：(1)a类比分＜180μm(80目)＞180μm(80目)40％＜100μm38％＜180μm63％＜125μm54％＜200μm9％＜180μm96％＜315μm93％＜200μm喂入材料中：细粒级别82％粗粒级别18％(2)b类比分1、原料供应根据本发明的实施例，在原料供应方面，主要包括：(1)料仓，其用于储存约25m3的橡胶颗粒。(2)排放螺杆，数量方面优选地是3个，将产品喂入升降机。排放螺杆设置有驱动马达，功率方面优选地为3.0kw。优选地，还可配置有高、低料位显示器。本领域技术人员应理解的是，这一料仓由现场设备填充橡胶颗粒和/或手动从大袋或类似的储存装置中装入。(3)喂料螺杆，其将橡胶颗粒喂入低温粉碎阶段。优选地，喂料螺杆配置有约1.5kw的驱动装置(例如，驱动马达)。2、低温冷却阶段(1)喂料计量螺杆，其配置约0.75kw可变驱动马达。优选地，喂料计量螺杆具有喂料料斗。作为示例，喂料料斗的容积约为130l。作为示例，在操作中，用于连续的产量调节和通过齿轮箱和变频器持续将原料喂入升降机。(2)升降机，其配置为输送原料(橡胶颗粒)，从地面到顶上的螺杆冷却机。作为示例，升降机的参数如下：升降机的高度7m皮带的宽度160mm吊桶的宽度140mm吊桶的数量约6个/m驱动马达功率约1.5kw(3)第一电子金属分离器，其用于全自动从橡胶颗粒中清除金属杂质。作为示例，橡胶颗粒中的金属杂质可以包括、但不限于铁或无铁金属。作为示例，下表列出了第一电子金属分离器的相关参数。压缩空气供应5bar压缩空气需求每个提取物约0.1l灵敏度1.8mm(fe)优选地，第一电子金属分离器配置有传感器、压缩空气、电力供应和机械功能的自我调节。本领域技术人员应理解的是，第一电子金属分离器仅由于安全性的考虑才会安装。此外，在操作中，必须确保没有主要金属杂质进入针式磨粉机。(4)第一旋转阀，其作为输送螺杆冷却机上方的空气锁和喂料装置。优选地，第一旋转阀经本领域中能够实现的特殊设计被配置为在低温环境下运行。优选地，第一旋转阀装配有齿轮马达n＝0.55kw。(5)低温输送螺杆冷却机，其通过氮气(n2)脆化橡胶颗粒。优选地，在冷却剂需求方面可以达到2500kg/h。优选地，低温输送螺杆冷却机具有槽和盖，二者用快速闭合装置固定。槽和盖可以被实施为具有低温绝缘和过压/低压保护的双层套管。可选地，可以取下盖子进行清洁。优选地，冷却部分长度约为3000mm，齿轮马达的功率约为n＝3.0kw，并且装配有变频器(变频器可以安装在控制柜中)。优选地，在产品接触部件的选用方面，可使用316l不锈钢或1.4571不锈钢(欧盟牌号，对应国标0cr18ni12mo2ti)制造。(6)自动低温系统，其与与控件、第一旋转阀和显示器安装在一起。(7)入口箱，其连接在低温输送螺杆冷却机和针式磨粉机之间。优选地，入口箱通过法兰连接至低温输送螺杆冷却机，并且通过底部法兰与针式磨粉机入口相匹配。优选地，入口箱具有连接管道的侧向插口，并且可通过支架而允许安装在针式磨粉机上。在材料方面，入口箱可以由不锈钢制成。(8)针式磨粉机，其经本领域能够实现的特殊设计而适于在低温下进行磨粉操作。下文详述根据本发明的针式磨粉机的优选实施方式。针式磨粉机具有如下：坚固的磨粉机外罩，带门，门宽敞开，允许快速清洁，维护和检查；针式磨粉机带2个旋转针盘，针盘和针均由特殊耐低温钢制作；特殊轴承用于低温磨粉；特殊的密封和冲洗气体防止研磨室中的润滑剂和轴承室中的冲洗水进入并加以保护；用于外罩侧面和门侧驱动的整个v型皮带驱动单元，带有皮带防护装置，带有用于供应冲洗气体的连接插座；电磁门的联锁，带悬吊磁铁和停机监控器，以确保在针盘运行时门不能打开。(9)三相鼠笼式电机，其优选地具有功率n＝132kw，并且配备有ptc传感器。(10)安装平台，其用于安装针式磨粉机、电机和全自动过滤器(下文)等。(11)出口箱，其优选地设置在安装平台下方。(12)排放螺杆，其优选地位于出口箱下方，用于将磨好的产品进给到第二旋转阀(见下文)中。优选地，排放螺杆配置有功率约为1.5kw的驱动马达。(13)第二旋转阀，其作为输送螺杆冷却机上方的空气锁和喂料装置。优选地，第二旋转阀经本领域中能够实现的特殊设计被配置为在低温环境下运行。优选地，第二旋转阀装配有齿轮马达n＝0.55kw。(14)第二电子金属分离器，其用于全自动从橡胶颗粒中清除金属杂质。作为示例，橡胶颗粒中的金属杂质可以包括、但不限于铁或无铁金属。作为示例，下表列出了第二电子金属分离器的相关参数。压缩空气供应5bar压缩空气需求每个提取物约0.1l灵敏度1.8mm(fe)优选地，第二电子金属分离器配置有传感器、压缩空气、电力供应和机械功能的自我调节。(15)全自动过滤器，其被配置为与上述针式磨粉机相适应。在全自动过滤器的效率方面，优选地，借助残留粉尘的含量来衡量，则该含量不大于10mg/m3。优选地，全自动过滤器通过压缩空气来吹扫、清洁过滤器元件，而不必单独关闭过滤器的腔室。此外，根据本发明的全自动过滤器适合连续运行。根据本发明的全自动过滤器的工作范围如下：a、清洁空气室和清洁空气出口插座；b、位于过滤器头上的原始气体插座；c、带门和接地线的过滤器外罩；d、一套电磁阀；e、聚酯过滤元件(抗静电)；f、固定循环控制单元；g、整个过滤器的接地线。(16)管道，如本领域技术人员能够理解的，其用于气体的循环运行。(17)压缩空气系统，其适于压缩氮气(n2)，并且允许过滤器清洁和轴承冲洗等。优选地，压缩空气系统具有活塞压缩器、压缩空气箱，并且配置有驱动马达、减压器和控制单元等，同时也包含所需的附件。(18)连接管道套件，其布置在压缩器系统和压缩空气消耗物之间。(19)隔音柜，其适于上述的针式磨粉机。优选地，隔音柜的尺寸约为15000×5000×6000mm3(长×宽×高)。在实施例中，隔音柜可以具有如下构造：带顶部的四面柜、100mm隔音器、排气消声器、双翼门、照明系统(优选地可以是八个氖灯)等。在实施例中，隔音柜可以采用如下表面处理，其外部涂覆有粉末涂层，其内部镀覆有锌材料。在实施例中，使用上述隔音柜，声音水平可以降低到约85db(a)(集成表面声压等级根据din45635第1部分、精度等级为3)。根据本发明的高精细胶粉制备方法及其生产线具有如下有益技术效果：(1)减少了总体的能量消耗；(2)能够获得更小粒度的高精细胶粉；(3)不会产生热损伤，高精细胶粉具有稳定的理化性能。图2是根据本发明的废旧橡胶的精细胶粉制备生产线中通过冷冻研磨获得的胶粉粒径分布与现有技术中通过室温研磨获得的胶粉粒径分布的对比。在图2中，菱形数据点代表现有技术中通过室温研磨获得的胶粉粒径分布，正方形数据点代表根据本发明的废旧橡胶的精细胶粉制备生产线中通过冷冻研磨获得的胶粉粒径分布。从图2中可以看出，d50值从常温研磨的约480μm精细化到了冷冻研磨的约180μm。即，总体来说，根据本发明的废旧橡胶的精细胶粉制备生产线能够获得更小粒度的高精细胶粉。以上所述仅是本发明的示例性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。当前第1页12