基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法，该方法包括：对废旧塑料进行辊压式机械破碎、对破碎的颗粒进一步粉碎、将混合颗粒电晕荷电以及进行荷电衰减分离四个工序。本发明具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点，减少环境污染；无需废旧塑料识别工序，处理量高，易于工业应用。
【专利说明】基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法
【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荷电衰减分选方法，是对废旧塑料进行回收、再生和资源化的方法。
【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]本发明采用的废旧硬质塑料的破碎与荷电衰减分选方法，利用塑料颗粒荷电衰减率不同的特性实现分选，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废旧硬质塑料的破碎与荷电衰减分选方法，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]一种基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法，其特点在于，该方法包括:对废旧塑料进行棍压式机械破碎、对破碎的颗粒进一步粉碎、将混合颗粒电晕荷电以及进行荷电衰减分离四个步骤，具体的:
[0012]步骤一、经传送带将废旧硬质塑料通过棍式破碎机破碎成粒度为的碎片;
[0013]步骤二、经传送带将破碎的碎片通过输送到中速冲击粉碎机,进一步粉碎成粒度为0.8mm-2mm的塑料颗粒；
[0014]步骤三、将被粉碎的塑料颗粒由喂料器均匀的送入接地导轨上，塑料颗粒随接地导轨的金属皮带运动到电晕荷电区，电晕荷电区由与接地导轨轴向平行的柱状静电极与丝状电晕极串联并与负极高压电源连接构成，通过电晕电极所产生的负离子轰击而使塑料颗粒带负电荷；
[0015]步骤四、荷电后的塑料颗粒与接地导轨接触，随接地导轨的金属皮带运动到静电场区，静电场区是包括分离辊，该分离辊通过第一电刷与正极高压电源连接，使接地导轨与分离辊之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的塑料颗粒被带离接地导轨并吸附在分离辊上，随分离辊一起运动并经毛刷刷下落入大电荷产物收集区，保留电荷量小的塑料颗粒随接地导轨运动落入小电荷产物收集区，中间体塑料颗粒被带离接地导轨后落入中间体产物收集区。
[0016]还包括步骤五，落入中间体产品收集区的中间体塑料颗粒经由传送带送入所述的喂料器。
[0017]步骤一中，所述的对辊式破碎机的齿间距为3mm。
[0018]步骤二中，所述的中速冲击粉碎机的转速小于或等于700转/分。优选地，步骤一和步骤二中，根据废旧塑料的种类和需要破碎的粒度要求，确定对辊式破碎机和高速冲击粉碎机的工艺参数，所述对辊式破碎机齿间距为3mm，所述中速冲击粉碎机的转速为700转/分以及以下。
[0019]本发明的工作原理:被粉碎后的混合塑料颗粒由喂料器均匀的送入接地导轨上，塑料颗粒随接地导轨运动到电晕荷电区，电晕荷电区由轴向平行的柱状静电极与丝状电晕极串联组成的电极机构产生，电晕电极连接负极高压电源，通过电晕电极所产生的负离子轰击而使入料颗粒都带负电荷。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，接地导轨末端配置荷电衰减分离辊，分离辊连接正极高压电源，在接地导轨与分离辊之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的颗粒被带离接地导轨并吸附在分离辊上，随分离辊一起运动被毛刷刷下落入大电荷产品收集区，保留电荷量小的颗粒随接地导轨运动落入小电荷产品收集区，而中间体物料被带离接地导轨且没吸附到分离辊上落入中间体产品收集区。中间体产品由传送带送入喂料器循环加料。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0021]本发明基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用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。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明方法的流程图；
[0023]图2为本发明中荷电衰减分选装置原理图；
[0024]图3为实现本发明方法中实现荷电衰减分选的荷电衰减分选装置结构示意图；
[0025]图中，I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】
[0026]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。。
[0027]如图1所示,本实施例提供破碎与荷电衰减分选方法,采用对棍式破碎机-中速粉碎-电晕荷电-荷电衰减分选方法，包括:对废旧塑料进行辊压式机械破碎、对破碎的颗粒进一步粉碎、将混合颗粒电晕荷电以及进行荷电衰减分离四个工序；具体的:
[0028]步骤一、首先用传送带把废旧塑料产品输送到对辊式破碎机，将废旧塑料破碎成粒度为的碎片；
[0029]步骤二、再采用传送带把粒度为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；
[0030]步骤三、将被粉碎的塑料颗粒由喂料器均匀的送入接地导轨上，塑料颗粒随接地导轨运动到电晕荷电区，电晕荷电区由轴向平行的柱状静电极与丝状电晕极串联组成的电极机构产生，电晕电极连接负极高压电源，通过电晕电极所产生的负离子轰击而使入料颗粒都带负电荷。
[0031]步骤四、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，接地导轨末端配置荷电衰减分离辊，分离辊连接正极高压电源，在接地导轨与分离辊之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的颗粒被带离接地导轨并吸附在分离辊上，随分离辊一起运动被毛刷刷下落入大电荷产品收集区，保留电荷量小的颗粒随接地导轨运动落入小电荷产品收集区，而中间体物料被带离接地导轨没吸附到分离辊上落入中间体产品收集区。中间体产品由传送带送入喂料器循环加料。
[0032]本实施例所述电晕荷电导轨由接地金属导轨，圆柱状静电极，丝状电晕极，负极高压电源组成。接地导轨表面为光滑金属皮带，物料随金属皮带运动，进入电晕荷电区。电晕荷电区由轴向平行的柱状静电极与丝状电晕极串联组成的电极机构产生，通过电晕电极所产生的负离子轰击而使入料颗粒都带负电荷。
[0033]本实施例采用的荷电衰减分选方法如图2所示，首先被粉碎后的混合塑料颗粒由喂料器I均匀的送入接地导轨2上，塑料颗粒随接地导轨2运动到电晕荷电区，电晕荷电区由轴向平行的柱状静电极3与丝状电晕极4串联组成的电极机构产生，电晕电极4连接负极高压电源，通过电晕电极4所产生的负离子轰击而使入料颗粒都带负电荷。荷电后的颗粒与接地导轨2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2末端配置荷电衰减分离辊5，分离辊5连接正极高压电源，在接地导轨2与分离辊5之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的颗粒被带离接地导轨2并吸附在分离辊5上，随分离辊5 —起运动被毛刷6刷下落入大电荷产品收集区7，保留电荷量小的颗粒随接地导轨2运动落入小电荷产品收集区8，而中间体物料被带离接地导轨2且没吸附到分离辊上落入中间体产品收集区9。中间体产品由传送带送入喂料器循环加料。
[0034]实现本发明方法中荷电衰减分选的装置具体结构如图3所示，包括接地导轨，电晕荷电装置和荷电衰减分选辊装置，具体的:
[0035]所述的接地导轨2表面为光滑金属皮带覆盖，金属皮带通过第二电刷16实现接地连接。接地导轨两侧由绝缘板10围成框架结构，绝缘板10上设置水平滑槽11、倾斜滑槽12用于调节电晕荷电装置的位置与荷电衰减分选辊装置的位置。接地导轨尾部下方设置小电荷产物收集槽8，接地导轨尾部外侧下方设置中间体产物收集槽9 ；
[0036]所述的电晕荷电装置包括圆柱状静电极3、丝状电晕极4，其中:圆柱状静电极3与丝状电晕电极4平行放置在接地导轨2中部上方，圆柱状静电极3与丝状电晕极4连接负极高压电源，电晕荷电装置位置由水平滑槽11与倾斜滑槽12控制在一定范围内可调。
[0037]所述的荷电衰减分选辊装置包括荷电衰减分选辊5、毛刷6、大电荷收集槽7，其中:荷电衰减分选辊5表面为导电金属材质并通过第一电刷15与正极高压电源连接，分选辊5设置在接地导轨尾部上方，分选辊5右边侧设置毛刷6，毛刷6下方设置大电荷产物收集槽7，分选辊5位置由圆弧滑槽13与倾斜滑槽14控制在一定范围内可调。
[0038]本发明对辊式破碎机、中速冲击粉碎机和荷电衰减分选的装置组成封闭系统，系统之间采用传送带进行物料的输送，整个系统在密封条件下进行，无三废排放，减少环境污染。
[0039]本发明同密度分选与光电分选相比具有处理量高，易于工业应用，成本低、高效、结构简单、无污染等特点。
[0040]本实施例中柱状静电极3、丝状电晕电极4上设置有调节滑槽，用以调节电极的与接地导轨2的距离。
[0041]本实施例中荷电衰减分离辊5角度0-90度可调。
[0042]本实施例中所有电极施加电压为5kV - 60kV,电流为2mA - 5mA。
[0043]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】
1.一种基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法，其特征在于，该方法包括:对废旧塑料进行辊压式机械破碎、对破碎的颗粒进一步粉碎、将混合颗粒电晕荷电以及进行荷电衰减分离四个步骤，具体的: 步骤一、经传送带将废旧硬质塑料通过棍式破碎机破碎成粒度为的碎片； 步骤二、经传送带将破碎的碎片通过输送到中速冲击粉碎机,进一步粉碎成粒度为0.8mm-2mm的塑料颗粒； 步骤三、将被粉碎的塑料颗粒由喂料器均匀的送入接地导轨上，塑料颗粒随接地导轨的金属皮带运动到电晕荷电区，电晕荷电区由与接地导轨轴向平行的柱状静电极与丝状电晕极串联并与负极高压电源连接构成，通过电晕电极所产生的负离子轰击而使塑料颗粒带负电荷； 步骤四、荷电后的塑料颗粒与接地导轨接触，随接地导轨的金属皮带运动到静电场区，静电场区是包括分离辊，该分离辊通过第一电刷与正极高压电源连接，使接地导轨与分离辊之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的塑料颗粒被带离接地导轨并吸附在分离辊上，随分离辊一起运动并经毛刷刷下落入大电荷产物收集区，保留电荷量小的塑料颗粒随接地导轨运动落入小电荷产物收集区，中间体塑料颗粒被带离接地导轨后落入中间体产物收集区。
2.根据权利要求1所述的基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法，其特征在于，还包括步骤五，落入中间体产品收集区的中间体塑料颗粒经由传送带送入所述的喂料器。
3.根据权利要求1或2所述的基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法，其特征在于，步骤一中，所述的对辊式破碎机的齿间距为3mm。
4.根据权利要求1或2所述的基于荷电衰减分选的废旧硬质塑料的回收利用方法，其特征在于，步骤二中，所述的中速冲击粉碎机的转速小于或等于700转/分。
【文档编号】B03C3/40GK103707436SQ201310695084
【公开日】2014年4月9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