聚氨酯废物的来源筛选清洗粉碎研磨5-30.doc

1聚氨酯废料来源可行性分析
1.1聚氨酯在国内的发展
据中国聚氨酯工业协会统计，近10年间聚氨酯产量年均增长11.8%左右，年产量达到700多万吨，占全球总产量近40%。目前我国已形成完整的聚氨酯原料和下游产品生产体系，不仅聚氨酯泡沫、聚氨酯弹性体、聚氨酯合成革浆料产量稳居世界第一位，而且是多种聚氨酯制品的主要出口国。我国已建成了长三角、黄河三角洲、环渤海、珠三角、东北、西南等多个聚氨酯产业聚集区，形成了龙头企业带动、众多中小型企业并存的原料生产和下游产品加工格局。近十年，我国聚氨酯行业持续推进产业升级，扩大专业化原料、产品生产规模；大力发展科技创新，加强安全环保生产技术的研发、环境友好型产品替代以及节能减排、降耗、资源回收利用等，科研开发能力达到新水平；产品向精细化、功能化、高性能化发展，并进一步扩大了应用领域。未来中国聚氨酯行业市场调研与投资前瞻聚氨酯工业的发展将主要受五大方面的拉动，即人口总量、汽车工业、建筑节能、环保要求的提高以及休闲娱乐业。“十二五”期间中国PU产品消费量，将保持15%的年平均增长率，届时，中国将是全球最大PU产品制造和消费中心。
1.2聚氨酯废料的取材
聚氨酯硬泡沫在建筑、石油化工、冷藏、造船、车辆、航空、机械、仪表等工业部门广泛应用，作绝热材料和结构材料。其中最主要的应用领域有：用作冰箱、冷柜、冷藏集装箱、冷库等的保温层材料，石油输送管道及热水输送管道保温层，建筑墙壁及屋顶保温层、保温夹心板，等等。每年国有大量的聚氨酯硬泡沫垃圾按照理论使用量每年700多万吨，故而每年有近700万吨聚氨酯垃圾的产生。如何应用这么聚氨酯垃圾成为了一个重要的课题。而每年都有很多冰箱，冷柜、冷藏集装箱、冷库，沙发等各种保温层材料垃圾，这些垃圾可以集中回收处理。
2聚氨酯废料筛选
聚氨酯废料选择用纯聚氨酯硬泡沫生产的保温材料，这种材料来源广泛，易于收集，可以在大城市的广泛收集使用

机械清洗
光学分选
塑料解体

研磨
后续操作

2.1解体
塑料制品在破碎分离前需要经过拆解,并对材料按照不同种类进行初步分选。主要有人工拆解和机械拆解两种方法。前者效率不高且劳动强度大,属于劳动密集型处理过程,对操作者也有较高的经验及技术要求。但是由于其适应性强,可收集处理散落及零星废料,并可根据废塑料的品质、颜色、形状和大小差异实施初步分类处理,即使在高度自动化的工厂中,人工拆解
仍无法被取代[1]。图2-1为废塑料制品解体处理车间的照片，通过流程化提高制品解体效率,实现材料的初步分类,为后续的破碎分离提供有效的基础保障。聚氨酯废料的清洗废塑料制品通过破碎过程,加工至所需粒度和颗粒形状,便于下一流程处理。
常见的破碎机械按照破碎原理分类,可分为机械式和非机械式破碎；
(1) 机械式:辊式破碎机、领式破碎机、冲击式破碎机、剪切式破碎机等；
(2)非机械式:低温破碎机、热力破碎机、超声波破碎机等；
目前能用于废塑料回收的破碎机由于生产率不稳定,破碎粒度有波动,在大批量。长时间连续生产时往往无法有效保证塑料回收流程所需的高产量与高质量。一种新型立式回转微破碎机(专利公告号2332486),解决了这个问题。将许多特殊形状的沟槽设置在破碎机转子与定子表面,使废塑料在进入高速转动的转子和定子之间形成的沟槽内产生涡流[2],如图2-2所示。通过物料与物料之间互相冲击碰撞和定子与转子之间产生摩擦的共同作用而使物料解体。该机型破碎的物料细度可达5～20pm,具有粉末流动性好,破碎粒度分布均匀的特点,适用于树脂、塑料等热敏性物料的微破碎。
图2-2 新型立式回转微破碎机原理示意图（选自专利，公告号23332486）
图2-3 连续破碎流程示意图
此外,采用连续多极破碎流程,配合分级筛,可以使物料在一个自动反馈控制的封闭回路中循环加工,直至破碎成合适的粒度,如图2-3所示,保证了长时间连续稳定供料破碎,提高破碎效率和质量。在这里我们选用了欣科SWP-1000立式回转微破碎，电机机率13.5KW，处理量200-400kg/h。
2.1.3分选
对于破碎后满足加工至所需粒度和颗粒形状的废塑料粒料,常用的分选净化方法如表2-1所示[3]。
表2-1常用的塑料混合物分选方法
分选方法
具体分类
密度（重度法）
干法:风力摇床,旋风分离器湿法:水流沉降,溶剂吸收,离心分离沉降
高级分光镜法
红外分光法,拉曼分光法,激光，等离子分光法X射线荧光分离法
静电分离法
导电率差异法,摩擦带电法
离心分享法
离心加热法,旋转剥离法
其他方法
溶剂法选择性分离回收技术,vinyLoop技术
(l) 风力摇床和静电分离的联合分选法
风力摇床利用塑料颗粒的振动与颗粒之间的摩擦,通过利用不同物料(金属、不同种类的塑料以及其他非金属材料)密度上的差异来分离,不同颗粒收到空气的浮力、重力和摩擦力的变化而导致的位置变化,其核心部件振动筛上装有横条波纹,不同的物料对应不同的高度,如图2-4所示。
磁鼓电极接触式静电分离机,如图2-5所示,通过形成静电磁场,用回转磁鼓电极和对向的板式电极将摩擦后带不同种电荷的塑料与回转电极接触,通过离心力和静电力的复合作用,使从回转电极上甩出落下的塑料由于电位不同。而呈现不同轨迹和距离,进而使用隔板容器进行分类收集[4]。

图2-4 风力摇床分选示意图

图2-5 磁鼓电极接触式静电分选示意图
风力摇床和静电分选的原理、特点、参数以及优缺点对比如表2-2所示。
表2-2 风力摇床和静电分选方法对比
分选方法
风力摇床
静电分选
原理
密度筹异
异种电荷电场力
可调参数
倾角和振动频率横条波纹高度
静电场强,磁鼓转速隔板容器位置[55]
优点
成本低,结构简单适用于大批量分选
结构简单,分离效率高,适用于密度相近的塑料
缺点
原料粒度,体积,湿度,特别是密度各异对分离效率影响大
添加剂种类,均匀程度,湿度表面活性剂对分离效率的影响大
最高分选率
86%
98%,材料纯度95%
由于单一的风力摇床与静电分选法都具有各自的不足,所以在最新的废塑料回收分选的实际应用中,更倾向与结合使用这两种方法,即为联合法。联合法不仅增加了适用范围,提高了分选纯度与回收效率,还同时减少了单独使用一种方法重复分离的次数,有助于节约能源,材料回收率可以达到99%以上,从混合料中分离的材料纯度可以达到99.2%。
(2)光选法
光选法主要包括红外光选法和X射线光选法。当红外线(波长范围800一2500mm)或X射线照射在传送带上的块状塑料混合物时,探测器获得相关塑料材料的光谱[5],侧面的喷气管就会及时喷出气流将其吹出。这种方法理论上可以分选各种塑料,但难以用于数毫米以下的碎塑料末,因为其光谱中的某些波段会发生位移,从而导致辨识失败[6]。此外,由于黑色塑料能吸收红外光,所以光谱仪也无法分辨某些特定颜色的塑料材料。
目前通常将红外光和X射线光谱联合使用来分选如PET和PVC等难分离的塑料废料,基于该技术的大型分选设备已应用到国外大型回收企业中。其处理流程如图2-6所示；

图2-6 红外线和X射线分选流程示意图
(3)离心分选技术
离心分选技术原理是将离心作用与加热处理相结合,利用不同温度下物质的状态不同,依靠离心作用进行分选。这种方法特别适用于包含不同种塑料和金属混合材料的分选。主要步骤为:
当混合材料被加热到一定的温度,其中树脂成分软化或处于熔融状态,由于离心作用而被甩出,而熔点高的金属材料则留在离心箱内,从而完成了初步分选。
‚分选出来的塑料混合物可以通过设定不同的工作温度来分离不同种类的塑料。由其衍生出来的旋转剥离技术[7],在转体内设置圆筒,利用极高转速(角速度150-195m/s,产生的高速剪切力处理物料。经过高速剪切,金属材料变成小球状,硬塑片保持原样,软塑料则被拉长变形,通过形状即可分选。这种分选方式对复合材料的分选有特别效果。
一般来说,离心分选效率高,能耗低,且金属、塑料等多种组分混合物的分离通过一次进料分选即可完成,建议在连续进料和出料上的技术予以改进和研究,分选效率和质量将进一步提高。
(4)其他分选技术
美国凯洛格公司与伦塞勒综合技术学院联合开发出的“溶剂法选择性分离回收技术”[7],将粉碎的废塑料加入二甲苯溶剂中,在不同温度下,溶剂能有选择地溶解不同的物料而实现分选处理(如表2-3所示)。这种方法在回收过程中即可使混杂的废弃塑料混合物得到分离,不需分类处理。溶剂二甲苯经过过滤、蒸发和冷凝回收,可重复使用[7],损耗小。通过对分选后的废塑料采取机械除杂,逆流冲洗后通过烘干、粉碎、除尘、挤干或离心甩干实现进一步净化和分类,所分选的废塑料材料在某些方面的性能还有所提高。
表2-3不同塑料材料在二甲苯中的溶解温度
塑料材料类别
PS
LDPE
HDPE
PP
PVC
PET
溶解温度/℃
25
75
125
118
138
142

比利时Solvay SA公司开发的vinyLooP技术脚[8],从电线碎条中分离铜及回收PVC。该方法通过将电线碎条放入MEK溶解电线皮,进而经过脱橡胶、交联处理,再将蒸汽注入溶液,使PVC析出成珠状,然后经过反复蒸馏、冷凝和干燥,最终得到PVC粒料。由于该方法无需热加工,所以不存在树脂受热变性问题,成为PVC分选回收处理工艺发展新趋势,如果配合Delphi法[9],使用软化PVC而不是全部溶解,可以无需切碎电线,直接将金属分离。从而省略了过滤操作,节省溶剂,进一步简化了回收步骤。
综合上述分选方法的优劣点，最终我们选择了泓盛FX-1200离心分离机械对聚氨酯塑料进行了分选，功率15KW。光选法可以对多种不种的塑料进行分选，操作人员少，一次投资少，操作简单方便，效率高，等特点。
2.4清洗净化
废塑料的清洗是回收流程中的重要流程,如图2-7所示。在水中添加针对废塑料的去污物、油墨、油漆以及增白的添加剂,来进行连续反复清洗,最后根据需要进行烘干。
因为在清洗过程中会产生大量的废水,废水中污染物浓度与其生产所采用的废塑料性质有密切关系,如使用含有很多杂物的粗料,里面含有许多纸张、土粒等杂物,且为多种类型塑料,其废水产生量也比较大,可达到10Kg/Kg废塑料,其清洗和破碎工序产生的废水,有机物、悬浮物含量高,其中COD可达200-500mg/L,而SS可达50-100mg/L。对使用进口的一级颗粒料及二级颗粒料,则可不进行清选工序,即使进行清选,其废水量约为2Kg/Kg原料,废水中有机物、悬浮物含量均较低,一般COD为50一100mg/L,55为20-60mg/L。

图2-7 废塑料连续清洗净化设备示意图
针对清洗、破碎工序只对水中悬浮物含量有较高的要求,可以采用混凝处理工艺去除废水中的大部分悬浮物,再将处理过的废水循环回上述工序中以减少排放；需排放的废水若不满足处理要求,可与生活污水混合,提高其生化指标,达到生物处理要求后再经生物处理后排放。
塑料清洗机我们采用了广东东振泰生产的ZT-1000清洗机进行聚氨酯清洗，每套设备单价58000元，功率11.5KW。每套装置月总产量可以达到2000t,足以满足生产的要求。
2.5塑料的研磨
用冲击式盘磨机研磨塑料经济合算，既可用于加工过程中回收利用边角料，又可能作处理受污染的废料，将塑料研磨到粒径小于800um的粉料，这种方法在回收使用废旧料中采用得越来越多。过去只是在操作工艺要求原料为粉状时，才将纯净的原料研细，主要应用于旋转成型、烧结成型、涂复成型或粉状成型等工艺。但是由于传统的研磨系统所耗费用大，使塑料的回收利用不经济，因此受到了限制。

图2-8 冲击式盘磨机的结构
先进的研磨机的问世，使这一问题获得解决。冲击式盘麿机大大地提高了加工的经济性。由于研磨机大大地提高 了加工的经济性。由于研磨完全可以自动化（采用与温度自动控制系统相连接的原料-成品贮料器），能耗就成了主要的成本因素。每回收1公斤仅需要0.1-0.25度电，这对回收废料来说还是经济的冲击式盘磨机处装有一个固定的磨盘，物料能过固定磨盘。在离心力的作用下，物料被甩向磨盘的锥形槽纹的设计。这各研磨设备与常规的研磨面的区别在于研磨室的设计。冲击式盘磨机的研磨室设计得极为紧凑，容积较小，这样确保了只有实际承受研磨作用的物料方存在于设备内。这种设计避免了效率的损失，不然的话当物料沿着破碎腔作圆周运动而不进入二块研磨元件之间，将会增大效率的损失。物料的这种圆周运动不仅消耗大量能量，而且物料不必要的过热。
受污染和未受污染的PVC回收利用是一个主要的范围。无杂质的物料经过研磨后会身价倍增，这种料用挤出工艺完全可生产出表面光洁，平滑的制品。这各料100%地能在双螺杆挤出机中正常使用。

窗框加工过程中异型料的边角废料，在中间犨期间经常受到废屑和像胶之类的杂质的污染，即使少量的杂质，也会降低物料的加工性能，但是经过研磨后，这些杂质均匀分散而丝毫不影响物料的加工性能。
软质聚氨酯泡沫废料研磨后能加工成高密度的特殊门口，这种门口作为隔音已获得成功。通过研磨，压延过的材料能重新使用。在加入增塑剂后，这种粉料甚至可以在新产品生产线中使用。在很多情况下，塑料加工企业可使研磨机派上多种用场。在加工制造过程中要求物料为粉状的工厂，可将尺寸过大的粒料自己进行研磨加工，这要比购买专门型号的粒料要便宜得多。当然使用研磨机处理废料以提高经济效益，是这种设备的根本旷目的。
在研磨面上安装自动控制器，可使它在白天用电高峰时停止，而在用电低峰期间使用，这就更为经济了。
这里我们使用了张家港惠邦生产MF500高性能盘磨机。每台生产能力高达250-300Kg/h,电机功率0.37KW。盘磨直径500mm。

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