Обогащение отходов пластмасс

Как правило, для сортировки и очистки пластмассовых отходов от примесей (металлы, бумага, текстиль, термореактивные смолы и др.) используют механизированные процессы; известны случаи ручной сор­тировки таких отходов (в том числе на технологических линиях с высо­кой производительностью — 250-350 кг/час).

Все известные методы обогащения пластмассовых отходов можно условно разделить на две группы: методы, связанные с изменением аг­регатного состояния пластмасс в процессе сепарации (применяют отно­сительно редко), и методы, не связанные с таким изменением (распро­странены наиболее широко).

Методы, основанные на сепарации расплавленных пластмассовых отходов, разработаны в США, Великобритании, Германии и Японии. В основном эти методы базируются на использовании фильтровальных устройств, соединенных непосредственно с экструдером. Отходы термопластов расплавляются и очищаются от примесей при фильтрации потока расплава, находящегося под давлением.

В Швеции фирмой Swedish Cable Recycling System AB запатентован способ обогащения отходов кабельной изоляции, которые, помимо по­лимеров (в основном ПВХ), содержат небольшие количества резины, полиэтилена и металла. Процесс обогащения осуществляется в экстру­дере с коническим шнеком. Нижняя сторона конической части экстру­дера выполнена в виде сита, ограниченного патрубком. Экструдер снаб­жен нагревательными элементами. Режим нагревания обеспечивает пластификацию ПВХ; полиэтилен, резина и металлические частицы ос­таются в твердом состоянии. При поступлении пластифицированного полимера в коническую часть экструдера возникает противодавление, которое регулируют изменением диаметра выпускного отверстия. При этом ПВХ выдавливается через сито, а твердые частицы отходов пода­ются шнеком к выпускному отверстию.

На рис. 8.3. показана схема очистки пластмассы от примесей при переработке кабельного лома с пластмассовой изоляцией. Сущность метода основана на центрифугировании отходов при одновременном обогреве их токами высокой частоты. Отходы 1 электропроводов и кабелей загружают в барабан центрифуги 2 и закрывают крышкой 3. При вращении центрифуги отходы разогреваются с помощью токов высокой частоты, при этом пластмассовая изоляция расплавляется. Центробежной силой материал прижимается к стенке барабана и расплавленная пластмасса через отверстия попадает на стенку сборника 5 цилиндрической формы.

Операция обогащения пластмасс в их расплавленном состоянии часто является конечной, доводочной операцией в технологической схеме сортировки. Доводку пластмасс осуществляют после операции дробления (в том числе криогенного), грохочения, магнитной сепарации и экструзии.

Способы обогащения, не связанные с изменением агрегатного состояния пластмассовых отходов и, в частности, не требующие их расплавления, можно разделить на две группы - «сухие» (в качестве среды разделения используется воздух) и «мокрые» (обогащение в водной среде).

1 - отходы кабельного производства; 2 — центрифуга; 3 - крышка; 4 — генератор токов высокой частоты; 5 — круговой сборник

Сухие способы, в свою очередь, можно классифицировать на спосо­бы, в которых используется различие в магнитных и электрических свойствах разделяемых компонентов, и способы, в которых преимуще­ственно используется различие в их плотности и аэродинамических ха­рактеристиках; небольшую группу составляют способы, использующие избирательное дробление и грохочение отходов.

При переработке ПЭТФ-бутылок, после удаления из дробленой массы полиэтилентерефталата этикеток и железосодержащих примесей, для очистки пластмассы от алюминиевых примесей (колпачков и коль­цевых насадок на горлышках) используют электродинамическую сепа­рацию на наклонной деке (размер 1,5x4 м, угол наклона 55°) с закреп­ленными на ней (под углом 45° к боковым сторонам) сильными посто­янными магнитами.

При перемещении в магнитном поле частиц алюминия в них инду­цируются вихревые токи и частицы смещаются в боковом направлении, отделяясь от массы материала (как показано выше, смещение проводни­ка в боковом направлении пропорционально отношению его электриче­ской проводимости к плотности). В итоге материал разделяют на три фракции, состоящие преимущественно из частиц алюминия, смеси полимерных и металлических частиц (промпродукт) и чистого поли- этилентерефталата (крупность около 10 мм). Извлечение полиэтилен- терефталата на стадии основной сепарации - 80%; содержание алю­миниевых примесей снижается с 2% до 0,06%. Для более тонкой очистки полиэтилентерефталата от алюминиевых примесей можно использовать способ фильтрации расплава. Контрольная электродина­мическая сепарация промпродукта позволяет повысить извлечение пластмассы с 80 до 94%.

На рис. 8.4 показана схема установки электродинамической сепара­ции дробленых пластмассовых отходов, содержащих примеси цветных металлов. С помощью конвейера 1 материал, по возможности моно- слойно, подается на вибродеку 3 (угол наклона регулируется в пределах 3-30°) с вибратором 4. Поверхность деки - индуктор линейного двига­теля 2, создающий бегущее магнитное поле. Под действием электроди­намических сил проводящие компоненты перемещаются вверх и попа­дают в приемник 5. Пластмасса, на которую магнитное поле не действу­ет, перемещается вниз и поступает на конвейер 6.

1 — ленточный конвейер; 2 — индуктор линейного двигателя; 3 - вибро­дека; 4 — вибратор; 5 — приемник (контейнер); 6 —ленточный конвейер

Отделение металлов от пластмассы при сепарации дробленого ка­бельного лома возможно при создании псевдоожиженной среды, плот­ность которой является промежуточной между плотностью пластмасс и металлических компонентов. Для отделения пластмассовой фракции от алюминия в качестве псевдоожиженной среды используют песок, для отделения пластмассы от меди - железный порошок. В верхнюю часть кипящего слоя выносится пластмасса; по данным практики, содержа­ние меди в пластмассовом продукте не превышает 0,5%.

Аналогично для сепарации пластмассовых и металлических компо­нентов можно использовать обогащение на концентрационном столе с псевдоожиженным слоем. В результате получают чистый металличес­кий концентрат, промпродукт (направляют на доизмельчение) и загряз­ненную металлической пылью и проволокой пластмассовую фракцию (ее очистка производится на установке с самоочищающимися фильтра­ми). Крупность обогащаемого на столах материала - 16 мм. Для анало­гичных целей, как показано выше, может быть использована вибро-воз- душная сепарация.

Для очистки термопластов от мелких примесей возможно примене­ние аэросепарации с использованием пневмоклассификаторов специ­альной конструкции (рис. 8.5).

1 — шлюзовой дозатор; 2 — многосекционный вертикальный аэросепаратор; 3 — циклон; 4 - фильтр; 5 - бункера-накопители; 6 - перфорированные пластины; 7 и 8 — каналы (соединение камер разделения); 7а, 76 и 7в — сообщающиеся камеры различного поперечного сечения (камеры разделения); 9 — коллектор; 10 — задвижки; 11 — дифференциальный манометр; 12 - диафрагма

Корпус прямоугольного сечения аэросепаратора 2 разделен верти­кальными перегородками на три сообщающиеся камеры 7а, 76 и 7в, в которых установлены контактные элементы в виде перфорированных пластин 6. Средняя камера сообщается со смежными через каналы 7 и 8. Установка работает под разрежением, создаваемым вакуум-насосом ти­па ВК-12. Воздух поступает в аппарат через коллектор 9. Расход возду­ха регулируется с помощью индивидуальных задвижек 10 и контроли­руется по показанию дифференциального манометра 11, присоединен­ного к диафрагме 12.

Отходы дробленого полиэтилена, полипропилена, полистирола с помощью шлюзового дозатора 1 подаются в среднюю часть камеры 7а, предназначенной для удаления крупных включений. Основная часть отходов выносится в камеру 76, где происходит их очистка от мелких инородных включений и пылевидных фракций. Очищенные пластмассовые отходы под действием сил инерции, возникающих при контакте с элементами 6, выпадают из потока и накапливаются в бункере камеры 76. В камере 7в (пластины 6 в этой камере установ­лены выше канала 8) из газопылевого потока выделяются мелкие инородные включения. Перед выбросом в атмосферу воздух очища­ется в циклоне 3 и фильтре 4.

Оптимальный технологический режим процесса аэросепарации - производительность 100 кг/час, расход воздуха 200.м³/час (скорость воздуха около 9 м/с). Аэродинамическое сопротивление установки -

кПа. В условиях оптимального режима выход фракции, попадающей в бункер камеры 76, составляет 93,7% (при содержании в ней термопла­стов 99,5%); содержание примесей в исходном материале - 2,5-6,5%. При скорости воздуха более 9 м/с увеличивается вынос пластмассы в камеру 7в и циклон.

На рис. 8.6 приведена технологическая схема глубокого обогащения отходов термопластов (комбинация методов грохочения, магнитной и электрической сепарации), позволяющего практически полностью уда­лить из пластмассы металлические включения, керамику и некоторые другие примеси (в том числе мелкие загрязнения неопределенного со­става). Технология, разработанная в Научно-исследовательском центре по проблемам управления ресурсосбережением и отходами и в Москов­ском государственном университете сервиса, внедрена на предприятии «Свет» (г. Санкт-Петербург). Технологическая линия механизирован­ной сепарации пластмассовых отходов представлена на рис. 8.7. Произ­водительность линии - до 100 кг/час.

Сущность технологии заключается в равномерной подаче мате­риала с помощью винтового вибрационного питателя на двухдеч- ный вибрационный грохот. Грохочение проводится по двум клас­сам крупности: 8 мм и 2 мм. Классы +8 мм и -2 мм являются от­вальными, с ними теряется 8-9% пластмассы и удаляется около 100% керамики и до 25% металлических примесей, а также пылевидный материал. Класс -8+2 мм подвергается последовательно магнитной и электрической сепарации. Результаты сепарации во многом зависят от подготовки материала к обогащению.

Для обес­печения полноты извлечения металлов необходима монослойная подача материала к сепарирующим устройствам с определенной скоростью, по возможности разрыхленного и разъединенного на отдельные зерна. Эти условия обеспечиваются соответствующей скоростью конвейера с магнитоуловителем (в приводном барабане установлены самарий-кобальтовые магниты) - не более 0,2 м/с, а также включением в технологическую линию вертикально-винто­вого транспортера (см. рис. 8.7), разрыхляющего и разъединяюще­го материал на отдельные зерна с помощью вибраций. Равномер­ная и монослойная подача материала в электросепаратор с помо­щью вертикального вибротранспортера существенно оптимизиру­ет процесс электросепарации. Вертикально-винтовой транспортер обеспечивает также компактность установки (сокращение ее общей высоты).

Технология обеспечивает практически полное удале­ние из пластмассовых отходов металлов и керамики, что во мно­гом объясняется оптимизацией потока отходов как объекта сепара­ции (системное вибровоздействие на материал по ходу технологи­ческого процесса).

Наиболее распространенные способы сортировки смешанных отхо­дов пластмасс по видам (а также от неметаллических примесей) приве­дены в табл. 8.4.

Из мокрых способов обогащения наиболее часто применяют гидроциклонирование, обогащение в тяжелых жидкостях и суспензи­ях, реже - флотацию (разделение синтетической пленки, полипро­пилена, ПЭТФ). Возможна комбинация сухих и мокрых процессов сепарации.

1 -бункер (V=1м³); 2-питатель винтовой вибрационный типа В2-06 РНК-05; 3-грохот инерционный двухдечный ГИТ-0,63х2м; 4 - нестандартный транспортер В=400мм с магнитным шкивом (разработка Московского государственного университета сервиса - МГУС); 5 - вибротранспортер вертикально­винтовой (разработка фирмы Механобр-техника); 6-электрический барабанный сепаратор типа СЭ-32/50 (разработка фирмы Механобр-техника); 7-бункер-тележка для пластмассы (V=0, 12м³); 8 - бункер­тележка для проводящей Фракции (V=0,06м³); 9-бункер-тележка для черного металла (V=0,06м³); 10 -бункер-тележка для отхооов класса +8мм (V=0,06м³); 11 - бункер-тележка для отходов класса -2мм (V=0,06м³)

С помощью гидроциклонирования из пластмассы удаляют стеклян­ные и металлические включения, бумагу и другие примеси. Разделение часто осуществляют в нескольких последовательно установленных ги­дроциклонах. Расход воды - 10-15 м³/т.

При обогащении в тяжелых жидкостях можно удалять из пластмасс металлы, пластификаторы и другие примеси, а также разделять пластмас­сы по видам. В качестве тяжелых жидкостей можно использовать раство­ры солей или органические жидкости. Технология характеризуется высо­кими показателями. Например, при сепарации медных проводов с ПВХ- изоляцией содержание меди в полимерной фракции снижается до 0,05%.