分选轮胎的方法与流程

本发明涉及基于轮胎的组分分选轮胎的方法以及用于执行该方法的装置。本发明还涉及在为了获得炭材料的热解过程(pyrolysisprocess)中的废橡胶的用途。
背景技术：
乘用车、货车和非公路用(“otr”)轮胎是复杂工程的产品。它们由许多不同的橡胶化合物、许多不同类型的炭黑、如黏土和二氧化硅的填料以及被添加以允许或加速硫化的化学品和矿物质制成。轮胎还具有多个类型的增强用织物以及多个种类和尺寸的钢。一些钢被扭转或编织成坚固的线缆。在化合物的配方中，天然橡胶减少了轮胎内部的热的生成，同时提供高的机械阻力。天然橡胶用于轮胎的许多部分，主要用于卡车和推土机轮胎胎面。合成弹性体在应力下变形并在应力移除时恢复其原始形状(磁滞)。该属性对于高抓力轮胎的制造极有价值。合成橡胶还提供其它特定的属性，最显著地在寿命和滚动阻力领域。合成橡胶主要用于乘用车和摩托车轮胎，因为其给予乘用车和摩托车轮胎良好的抓地性能。添加到橡胶化合物的炭黑使轮胎的耐磨性增加十倍。炭黑占橡胶成分的25％至30％并且给予了轮胎独特的颜色。实际上，该颜色非常有效地抵抗紫外线以防止橡胶开裂和破裂。从沙中获得的二氧化硅具有长期以来被认可的属性，包括橡胶化合物的改善了的抗撕裂性，特别是低滚动阻力，冷表面上的良好抓力和优异的寿命。通过硅酸钠溶液的酸化来制造无定形二氧化硅、硅胶。胶状沉淀物首先被冲洗然后被脱水以制造无色微孔二氧化硅。硫磺是将橡胶从塑性状态转换到弹性状态的硫化剂。硫磺的作用伴随着在生产期间同时使用的延缓和加速产品，这优化了轮胎被硫化时的热作用。此后，在用于子午线轮胎的带束(belt)的增强件中使用钢。金属增强件赋予轮胎耐受性和刚性。织物增强件当前在高性能、高速度轮胎中起到重要作用。聚酯、尼龙、人造丝和芳香族聚酰胺全部用于制造提供附加的耐受性、耐久性和舒适性的增强件。每个轮胎都在侧壁上具有其自身的身份卡，如果你知道如何解码身份卡则该身份卡是有用的。这些标记提供有关轮胎的技术特征及其性能的信息。轮胎回收或橡胶回收是回收因磨耗或不可修复的损坏(诸如刺穿)而不再适合用于车辆的轮胎(通常为车辆的轮胎)的过程。这些轮胎也被称为“寿命终止”(elt)轮胎。由于产量大以及耐久性，这些轮胎是最大和最成问题的废物来源。然而，回收轮胎是困难且昂贵的过程，结果每年数百万的轮胎磨损并通常积聚在垃圾填埋场。废轮胎体积庞大并且即使被压缩也占据相当大的空间。另外这种用过的轮胎如果焚烧还会导致空气污染。一个已知的回收轮胎的方法是借助于热解。热解在没有氧气的情况下利用热分解轮胎以产出钢、挥发性气体和含碳的炭(carbonaceouschar)。us5037628公开了用于通过在一步式热解过程中热解废轮胎而从废轮胎回收含碳材料以形成炭材料的热解方法。us2002119089说明了涉及使用旋转的螺旋钻的用于热解废轮胎的一阶段式过程。炭黑产品具有0.125mm的平均颗粒尺寸使得产品仅适合低级别应用。us2008286192说明了用于轮胎的两阶段式热解的批量处理。炭材料未被碾磨而是直接用于橡胶配方。另外，本发明人的wo2013/095145公开了热解废轮胎以生产能够被碾磨以生产炭黑粉的炭材料的过程，所述炭黑粉能够用作橡胶合成物、墨、漆、沥青、热塑性合成物或热塑性弹性体中的填料或增强剂。炭材料的典型组分是炭黑、残渣材料、二氧化硅、挥发物和水。鉴于废轮胎的多样性，根据wo2013/095145的方法适合用于热解具有不同二氧化硅量的废橡胶。wo2013/095145公开了用作起始材料的用于制备废橡胶的原料轮胎具有低于15％的二氧化硅含量，更优选地具有低于10％并且甚至更优选地低于5％的二氧化硅含量。然而，wo2013/095145完全没有提及根据轮胎的二氧化硅含量分选轮胎的任何方法。美国专利no.4,836,386涉及用于从输送部件分选具有竖直间隔开的上环状胎圈和下环状胎圈的大致水平布置的轮胎的装置，其中输送部件上布置有各种类型的轮胎，所述装置包括：(a)识别部件，其适于确定输送部件上的轮胎的类型；以及(b)通常能够水平移动的搬运部件，其响应于识别部件以用于以通常水平地滑动运动的方式从输送部件移除轮胎，其中搬运部件包括可枢转地安装的臂构件，该臂构件与轮胎的上胎圈的区域接合并引起轮胎的仅被接合的上胎圈区域下方的一侧的略微上升，以便以由于在轮胎被搬运部件移位时在一侧提升轮胎而没有完全地从输送部件提升轮胎所导致的减小的摩擦阻力使轮胎从输送部件横向滑动移动。美国专利no.4,778,060涉及根据轮胎所携载的分配给轮胎制造商的字母数字编码来分选轮胎的分选装置，其中编码以预定间隔直接打印在各轮胎的胎面上。该编码由线型扫描照相机光学读取。信息通过控制在输送带上排出轮胎的微处理器被处理，根据轮胎被分选的集合将轮胎从输送带排出。使用该装置的系统适于如下情况：物品待由字母数字编码识别、转移到被处理的处理站、然后转移到输出站，其中物品从输出站被排出到供应分选输送器的主输送器。欧洲专利申请ep2532610涉及用于通过从形成于轮胎表面的诸如条形码的轮胎识别标记(轮胎识别码)读取信息来分选轮胎的轮胎分选装置。wo2011/159269涉及材料的分类方法，其中可得到许多潜在的分类，所述方法包括如下行为：检测从材料发出的x射线、检测从由材料的一部分蒸发产生的等离子体放射出的光放射；以及基于检测到的x射线和检测到的光放射对材料分类，包括如下行为：通过仅分析两种类型的放射的第一个(检测到的x射线或检测到的光放射)来减少潜在分类的数量；以及通过仅分析两种类型的放射中的未分析的第二个(包括仅分析检测到的光放射和仅分析检测到的x射线)来选择减少的分类数量中的一个。欧洲专利申请ep0652430涉及用于使用聚焦于材料表面的脉冲激光束来确定橡胶化合物和其它含有炭黑的材料中的炭黑浓度和分布的过程，其中各脉冲激光束均利用所含有的元素或分子的辐射特征产生等离子体并且利用激光束的端部区域将表面划分成网格区域，由激光束焦点形成的测量点位于该网格区域中，由此通过检测器单元测量到以光谱线或分子带的形式光谱色散的特征辐射，并且由此从利用随后存储的参照所选元素/分子的辐射强度的数值比计算的并分配到相关的测量点的浓度值，建立至少在表面的一部分上的浓度值曲线。jph07333145涉及用于橡胶片的含硫浓度测量设备，允许在不中断制造过程的情况下测量橡胶片中包含的硫的浓度。wo2015/162443涉及用于切割轮胎的侧壁的装置，其中轮胎被在转板上滑动的爪保持，并且侧壁通过横向相对的刃(blade)与胎面分离。wo2005/077538涉及用于粉碎和回收轮胎、特别是被利用金属线增强的车辆橡胶轮胎的轮胎回收装置。技术实现要素：本发明的目的是提供一种分选轮胎的方法，该方法高度精确并且能够在无需分选步骤前的首先破坏轮胎的步骤的情况下执行该方法。本发明的另一目的是提供用于在热解废轮胎以生产包括炭黑的炭材料的过程中控制炭黑的品质的方法。本发明的另一目的是提供能够连续执行的分选轮胎的方法。本发明的另一目的是提供能够对源自诸如乘用车、卡车、摩托车和农用车的任何车辆的轮胎执行的分选轮胎的方法。本发明的另一目的是提供分选轮胎的方法，该方法不使用包含轮胎识别标记的复杂的数据库。本发明的一个方面是由于这些废轮胎的合成物对热解过程中产生的炭黑的品质的影响而将废轮胎分离成至少两个流。基于轮胎的组分分选轮胎的本方法的特征在于基于轮胎的二氧化硅含量分选轮胎。通过使用该分选技术，本发明人将能够控制在热解废轮胎以生产包括炭黑的炭材料的过程中输出的炭黑中的二氧化硅含量。在优选的分选轮胎的方法中，通过使用从电阻(er)、x射线荧光(xrf)、近红外(nir)和激光诱导等离子体光谱仪(lips)的组中选择的一个或多个基于传感器的技术测量所述轮胎的所述二氧化硅含量。通过使用该分选技术，本发明人将能够把输出的炭黑中的二氧化硅含量控制在5％至25％范围之间的±1重量％。电阻率(er)是指使用电绝缘测试仪测量轮胎的表面电阻的测量。由于能够将二氧化硅识别为绝缘体，所以轮胎的二氧化硅含量越高，轮胎的表面电阻就越高。近红外(inr)光谱仪(nirs)是使用电磁光谱的近红外区域(从大约700nm到2500nm)的光谱学方法，其中光谱被用于将特定特征分配给特定的化学成分。激光诱导等离子体光谱仪(lips)或激光诱导击穿光谱仪(libs)是使用高能激光脉冲作为激发源的类型的原子放射光谱仪，其中激光聚焦以形成使样品分裂成原子并被激发的等离子体。在分选轮胎的本方法的另一实施方式中，通过使用从电阻(er)、x射线荧光(xrf)、近红外(nir)和激光诱导等离子体光谱仪(lips)的组中选择的基于传感器的技术的组合来测量轮胎的二氧化硅含量。优选的分选轮胎的方法基于x射线荧光(xrf)。该x射线荧光(xrf)是来自已通过与高能x射线或伽马射线的冲击而被激发的材料的特有的“次级”(或荧光)x射线的放射。优选用于本xrf技术的辐射是x辐射。x射线的光子具有比伽马辐射低的能量。该测量装置的示例是在线xrf分析仪，即由balticscientificinstruments制造的con-x03m型。这种装置使用封闭几何形状的测量单元以及空气从测量空间的局部排出。测量设备接近被分析的材料的表面是光元件的xrf测量的重要方面：光元件放射的xrf光子具有非常低的能量并且容易被吸收在样品表面与分析仪之间的空气间隙中。本发明人发现，距含硅材料的较小的距离以及空气从测量元件的排出能够提供以较高精度和较低检测极限检测产生于材料的二氧化硅xrf线并得到较高品质和可靠性的结果的机会。在根据本发明的方法中，不必预先处理待分选的轮胎。这意味着使用未损坏的轮胎作为初始材料。然而，在实践中，优选在开始预分选方法之前将诸如塑料、纸张、沙石的被识别为非轮胎的材料移除。为了防止不期望的干扰信号或低强度信号，优选轮胎的待进行测量的表面是干的。术语“干”的意思是不存在含水层或存在水滴。请注意“干”不意味着0％的湿度，因为轮胎周围的空气有时因自然环境而潮湿。本发明人发现，优选在轮胎的胎面表面进行轮胎的测量。本发明人发现轮胎中使用的大多数二氧化硅存在于轮胎胎面表面，而不存在于侧壁。因此，优选在轮胎的二氧化硅含量占优势的部分进行二氧化硅含量的测量。现代的子午线乘用车轮胎由多种橡胶化合物制成，其中胎面占据橡胶化合物的单一最大百分比，即大约33重量％。为了能够控制热解废轮胎的过程中输出的炭黑中的二氧化硅含量，优选地，将所述轮胎分选为低二氧化硅含量流和高二氧化硅含量流。优选的是，所述低二氧化硅含量流由90％的轮胎具有低于15重量％的二氧化硅百分比的轮胎构成，并且所述高二氧化硅含量流由90％的轮胎具有高于15重量％的二氧化硅百分比的轮胎构成，其中重量百分比基于轮胎的总重量。根据另一优选实施方式，优选地，将所述轮胎分选为低二氧化硅含量流和高二氧化硅含量流，其中所述低二氧化硅含量流由95％的轮胎具有低于15重量％的二氧化硅百分比的轮胎构成，并且所述高二氧化硅含量流由95％的轮胎具有高于15重量％的二氧化硅百分比的轮胎构成，其中重量百分比基于轮胎的总重量。在另一实施方式中，轮胎被分选为多个流，即均具有不同范围的二氧化硅含量的流。请注意一些流可能具有重叠范围的二氧化硅含量。因而，本发明没有明确限制为仅两个流，即低二氧化硅含量流和高二氧化硅含量流，而是也能够存在较高数量的流。在另一实施方式中，还能够使已经分选的流经过附加的分选步骤。例如，分选的第一步骤提供轮胎的原始划分，在该初始分选步骤之后使先前获得的流中的一个流进一步经过分选方法。例如，通过轮胎(例如小汽车轮胎和卡车轮胎)的收集点已经完成了初始分选步骤。小汽车轮胎进一步经过分选步骤，特别是根据基于轮胎的二氧化硅含量分选轮胎的本方法。请注意轮胎的收集点的位置能够与待执行本方法的位置不同。根据基于轮胎的二氧化硅含量分选轮胎的本方法的连续模式，待分选的轮胎被放置于输送器，其中因此放置的轮胎被所述输送器搬运到用于测量所述轮胎的二氧化硅含量的至少一个站，所述站还包括用于分析通过所述测量方法提供的数据的部件，以及用于提供分离由此被测量为所述低二氧化硅含量流和所述高二氧化硅含量流的轮胎用的信号的部件。在本方法的实施方式中，所述高二氧化硅含量流在破坏过程中被至少破坏为包含胎面的高二氧化硅含量流和不包含胎面的高二氧化硅含量流，特别地基于所述包含胎面的高二氧化硅含量流的总重量，所述包含胎面的高二氧化硅含量流中的二氧化硅百分比在20重量％至50重量％的范围内，优选地在30重量％至40重量％的范围内。另外，基于所述不包含胎面的高二氧化硅含量流的总重量，所述不包含胎面的高二氧化硅含量流中的二氧化硅百分比在小于5重量％的范围内，优选地在小于2重量％的范围内。在另一实施方式中，所述低二氧化硅含量流在破坏过程中被至少破坏为包含胎面的低二氧化硅含量流和不包含胎面的低二氧化硅含量流，特别地基于所述包含胎面的低二氧化硅含量流的总重量，所述包含胎面的低二氧化硅含量流中的二氧化硅百分比在小于5重量％的范围内，优选地在小于2重量％的范围内。另外，基于所述不包含胎面的低二氧化硅含量流的总重量，所述不包含胎面的低二氧化硅含量流中的二氧化硅百分比在小于5重量％的范围内，优选地在小于2重量％的范围内。根据这些实施方式，轮胎、特别是乘用车轮胎被分选为二氧化硅轮胎(即高二氧化硅含量流)和非二氧化硅轮胎(即低二氧化硅含量流)。所谓的二氧化硅轮胎被至少破坏成包含胎面流(treadcomprisingstream)和不包含胎面流(non-treadcomprisingstream)。本发明人发现，在该包含胎面流中，二氧化硅含量通常在33-38重量％的范围内。该包含胎面流中的炭黑含量通常在5-10重量％的范围内，其中炭黑是相对小的平均主要颗粒尺寸(例如平均主要颗粒尺寸在18-23纳米的范围内)，例如n100、n200、n300系列，astm“n”标准，astm1765-14。该不包含胎面流中的二氧化硅含量通常<2重量％。该不包含胎面流中的炭黑含量通常为25-30重量％，其中炭黑是相对大的平均主要颗粒尺寸(例如平均主要颗粒尺寸在58-63纳米的范围内)，例如n500、n600、n700系列，astm“n”标准，astm1765-14。所谓的非二氧化硅轮胎被至少破坏成包含胎面流和不包含胎面流。本发明人发现，在该包含胎面流中，二氧化硅含量通常<1重量％。该包含胎面流中的炭黑含量通常在25-30重量％的范围内，其中炭黑是相对小的平均主要颗粒尺寸(例如平均主要颗粒尺寸在18-23纳米的范围内)，例如n100、n200、n300系列，astm“n”标准，astm1765-14。本发明人发现，该不包含胎面流中的二氧化硅含量通常<2重量％。该不包含胎面流中的炭黑含量通常在25-30重量％的范围内，其中炭黑是相对大的平均主要颗粒尺寸(例如平均主要颗粒尺寸在58-63纳米的范围内)，例如n500、n600、n700系列，astm“n”标准，astm1765-14。唯一的附图以框图示出了以上讨论的过程。乘用车轮胎15分离成二氧化硅轮胎1和非二氧化硅轮胎2。二氧化硅轮胎1分离成胎面3和非胎面4。胎面3由高二氧化硅含量7和低炭黑含量(并且具有相对小的平均主要颗粒尺寸)8组成。非胎面4由低二氧化硅含量9和高炭黑含量(并且具有相对大的平均主要颗粒尺寸)10组成。非二氧化硅轮胎2分离成胎面5和非胎面6。胎面5由低二氧化硅含量11和高炭黑含量(并且具有相对小的平均主要颗粒尺寸)12组成。非胎面6由低二氧化硅含量13和高炭黑含量(并且具有相对大的平均主要颗粒尺寸)14组成。与仅根据二氧化硅含量的区分相比，将这些轮胎组分分离将提供更差异化的产品。胎面：非胎面分离过程可以需要两个步骤：例如通过使用像trst-cut(商标，tirerecyclingsolutionsa，例如wo2015/162443中公开的装置)的机器从剩余轮胎中分离胎面和内衬层，例如通过使用喷水切割工具从内衬层分离胎面。本发明进一步涉及用于执行如上讨论的方法的装置，其中本装置包括用于将未分选的轮胎输送到位于下游的测量站的部件，所述测量站包括用于测量所述轮胎的二氧化硅含量的部件，所述测量站还包括用于分析由所述测量部件提供的数据的部件和用于提供分离由此被测量为所述低二氧化硅含量流和所述高二氧化硅含量流的轮胎用的信号的部件。包括软件和算法的计算机系统能够用于处理通过测量所述轮胎的二氧化硅含量的部件所产生的数据。这里能够提到校正曲线作为将通过测量所述轮胎的二氧化硅含量的部件所产生的数据转换为二氧化硅含量的值的适当的算法。用于测量所述轮胎的二氧化硅含量的所述部件包括从电阻(er)、x射线荧光(xrf)、近红外(nir)和激光诱导等离子体光谱仪(lips)的组中选择的一个或多个基于传感器的技术，其中优选应用根据x射线荧光(xrf)的测量方法。在另一实施方式中，所述装置还包括用于干燥未分选的轮胎的部件，用于干燥未分选的轮胎的所述部件被定位于包括用于测量所述轮胎的二氧化硅含量的部件的测量站的上游。作为用于干燥轮胎的该部件的示例，能够提到设置有用于传送加压空气的软管的站。能够预热待供给的空气。本发明进一步涉及在为了获得炭材料的热解过程中的废橡胶的用途，其中所述废橡胶是根据上述分选方法获得的由95％的轮胎具有低于15重量％的二氧化硅百分比的轮胎构成的低二氧化硅含量流。根据另一实施方式，优选在为了获得炭材料的热解过程中使用废橡胶，其中所述废橡胶是根据上述分选方法获得的由95％的轮胎具有高于15重量％的二氧化硅百分比的轮胎构成的高二氧化硅含量流。该热解过程优选包括至少两阶段式热解过程，其中所述两阶段式热解过程包括：a)为了获得中间的炭材料的第一热解阶段，和b)为了获得所述炭材料的第二热解阶段，并且在转动的炉中执行阶段a)和b)中的至少一者，所述废橡胶被给送到所述第一热解阶段。在已讨论的本发明人的wo2013/095145中已公开了包括过程条件的用于该两阶段热解过程的优选的方法。本文使用的术语“二氧化硅”是指二氧化硅或无定形二氧化硅、硅胶。例如通过硅酸钠溶液的酸化制造二氧化硅。胶状沉淀物首先被冲洗并随后被脱水以制造无色的微孔二氧化硅。该术语也包括从沙中获得的二氧化硅。具体实施方式以下将借助于大量实施例说明本发明，然而，应当注意本发明并不限于这些实施例。实施例利用工业在线xrf分析仪con-x03m完成测量。使用具有所谓的封闭几何形状的测量单元的xrf分析仪。这意味着x射线管和探测器被构造成使得通过主要x射线在所分析的材料表面上的辐射激发的(并且通过探测器观察到的)焦斑位于距测量元件<5mm的距离处。仪器具有一个通道(测量点)以及容易改变的样品激发条件。表1中指定了测量条件。表1.测量条件分析仪con-x03mx射线管阳极材料银主要辐射过滤器无过滤器x射线管电压8.0kvx射线管电流800μa测量时间10s和300s环境介质环境温度/真空0.15托样品与分析仪之间的距离～2mmxrf探测器si,sdd类型轮胎胎面表面的测量图1示出了从胎面侧测量的ls(低二氧化硅，<10％，m/m)和hs(高二氧化硅，>10％.m/m)样品的光谱。为了比较，图1还示出了用于生产输送带的黑橡胶帘线的光谱。通过经由利用硫磺的硫化过程将对应的聚合物转换为更耐久的橡胶材料来生产用于输送带的材料。所测量的胎面侧的hs样品的sixrf线的强度大体上高于ls样品的sixrf线的强度。相比之下，用于利用硫磺硫化的输送带橡胶的si线弱得多。值得注意的是，sixrf线的强度与用于所研究的样品的si线的强度成反比。所测量的用于hs和ls胎面表面的si线强度之间的差异是显著的。两种类型的二氧化硅轮胎的目标光谱线的强度之间的本质差异对于可靠并精准地预分选轮胎以及在输送器上实时分离轮胎是重要的。轮胎的侧表面的测量还制备和测量了轮胎的侧部的子样品。图2示出了作为示例的hs轮胎的侧表面的典型光谱。为了在同一附图上比较，另一条线示出了在hs轮胎的胎面子样品上测量的光谱。由此，通过si光谱线的强度清楚地示出了轮胎的不同部分中的二氧化硅含量之间的差(图2)。在hs轮胎的侧表面测量的si线强度比hs胎面样品的弱得多。在hs轮胎的侧表面测量的si线强度接近ls轮胎的胎面表面获得的强度。因此，对轮胎的胎面表面和侧表面测量的si光谱线的强度不相等。对于hs和ls级别均观察到该差异：在两种情况中在胎面表面上测量的si线均较高。对于hs轮胎，胎面表面和侧表面的si线强度之间的差异更显著。基于该测量优选的是，轮胎必须以某种方式被引导到诸如输送器的搬运机构上的适当位置中，使得测量单元可以“看见”轮胎的胎面表面而非侧表面。因而优选的是，应用可以在进行测量之前将各轮胎引导到竖直位置的机构。附加的测量已经示出被测量的材料的水层或者仅潮湿表面能够影响读取(sixrf线强度)因而影响分离。因此优选的是，轮胎的胎面表面越干，si线强度就越高并且分选步骤就越精准和可靠。本发明人假定，归因于硅xrf光子在水中的部分吸收以及光子能量的衰减，水的存在降低了si线强度。基于以上信息可以推断出为胎面侧的hs样品测量的sixrf线的强度大体上比ls样品的sixrf线的强度高。两种类型的二氧化硅轮胎的硅线的强度之间的本质差异对于可靠和精准地预分选轮胎以及在输送器上实时分离轮胎是重要的。另外，对于hs和ls级别，在轮胎的胎面表面上测量的si线强度均比侧表面上的高。对于hs轮胎，胎面表面和侧表面的si线强度之间的差显著得多。此外，待测量的材料表面上的水层一定程度地影响读取(sixrf光谱线强度)。在短时间测量的情况中(即在大约10秒的范围内)，因此优选在干的胎面表面上进行测量。当前第1页12