ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ

Раздел: Технологии и производство

Основные операции технологического процесса подготовки отходов пластмасс к переработке - дробление, уплотнение, промывка, обогащение и гранулирование. Операция обогащения традиционно предназначена для улучшения качества пластмассовых отходов (удаление нежелательных примесей и загрязнений, разделение пластмасс по видам и пр.).

8.3.1. Дробление

Для дробления пластмассовых отходов применяют ленточные и дисковые пилы, роторно-ножевые дробилки; для получения порошкообразного материала используют мельницы тонкого помола. Совершенствование конструкций дробилок направлено на создание малошумного оборудования, в том числе универсального типа, пригодного для дробления как полимерных пленок, так и объемных отходов (труб, крупногабаритных полых изделий, изделий из пенопласта и др.). Универсальность установок обеспечивается использованием различных взаимозаменяемых загрузочных устройств. Производительность современных дробилок - от 40 кг/час до 2,5 т/час. Уровень их шума не превышает 85 децибел. Эффективность дробления пластмассовых отходов

повышается на основе использования криогенных методов - за счет предварительного охлаждения отходов или за счет подачи хладагента в процесс дробления. В качестве хладагента чаще всего используют жидкий азот. Удельный расход азота - 0,3-0,5 кг/кг при грубом помоле и 1- 2 кг/кг при тонком. Схема установки криогенного измельчения отходов приведена на  8.1. Снижение расхода дорогого хладагента достигается рециркуляцией испарившегося азота и использованием секционного шнекового охлаждаемого питателя, где отходы пластмасс одновременно перемешиваются и перемещаются к измельчителю.

В России нашли применение роторно-ножевые дробилки типа ИПР (с диаметром ротора 100, 150, 300 и 450 мм). Мощность привода этих дробилок - от 1 до 27,5 кВт, масса - от 80 кг до 2,8 т, размеры загрузочного отверстия - от 100x50 до 400x200 мм.

8.3.2. Уплотнение отходов пластмасс

Отходы пластмасс отличаются малой плотностью и, как правило, требуют уплотнения перед отправкой потребителю. Уплотнение пластмассовых отходов как вторсырья значительно снижает затраты на их транспортировку и хранение.

Для уплотнения крупнокускового материала используют пакетировочное прессование с получением пакетов и их автоматической обвязкой проволокой, веревкой и т.п. При этом может использоваться то же прессовое оборудование, что и для пакетирования макулатуры. Осуществляют пакетирование пластмасс в местах их сбора и сортировки.

8.3.3. Промывка и обезвоживание пластмасс

Все отходы пластмасс, поступающие на переработку из сферы потребления, подлежат очистке.

Поскольку форма поступающих на переработку изделий весьма разнообразна, установки для очистки не могут быть универсальными. Чаще всего в таких установках для предварительной очистки используется направленная струя воды (горячая, в том числе с добавкой моющих средств) или очистительные щетки.

После измельчения отходов пластмасс обычно производится их окончательная промывка, например, с использованием барабанных грохотов. Промывка полиэтиленовой пленки часто производится в несколько стадий. Первая стадия очистки осуществляется в процессе мокрого измельчения в ножевой дробилке, вторая стадия - на вибрационном лотке, третья - в осадительной емкости, где отделяются тяжелые примеси, и четвертая - на дренажных лотках, откуда измельченные отходы поступают в сушилку центробежного типа, а затем из накопительной емкости - в установку для агломерации.

Практикуется непрерывная промывка измельченной полиэтиленовой пленки в промывочной ванне. Необходимая для промывки турбулентность потока воды через ванну и притапливание обрезков пластмасс осуществляются лопастями, которые установлены на двух валах, вращающихся навстречу друг другу. Растворенная грязь оседает в конические уловители, из которых ее по мере необходимости удаляют. Промывочное пространство от уловителей отделяет решетка; с помощью вертикального шнека с отверстиями для стока воды обрезки извлекаются и частично отжимаются. Сушку проводят на вибрационном сите. Окончательная сушка производится с помощью горячего воздуха, который транспортирует материал к элеваторному хранилищу. Остаточная влажность составляет 0,1 %. Производительность одной такой установки достигает по грануляту 2 т/час.

В промывочной ванне может устанавливаться лопастной шнек (под углом ~ 7° к зеркалу). Моечное и уловительное пространства по всей длине разделены решеткой. Вследствие наклонного положения шнека только часть его покрыта водой; промытые отходы одновременно выгружаются с помощью шнека. Могут использоваться шнеки с различным углом винтовой линии лопастей по длине шнека (30° - в зоне подачи отходов пластмасс, длина этой зоны составляет около 20% от общей длины шнека, здесь отходы интенсивно промываются моющей жидкостью в турбулентном режиме; 20°, 10° и 5° - в основной зоне промывки длиной 45% от общей длины шнека, вода в эту зону подается по специальному трубопроводу; 0° - в зоне длиной 5% от общей длины шнека; 15° - в зоне выгрузки, где нижняя стенка цилиндра перфорирована для отвода воды).

Для мойки отходов пластмасс находит применение и принцип стиральной машины с вертикальным расположением бака. Желаемая степень чистоты отходов достигается при этом за счет установки серии баков, а также комбинации их с разгрузочными фильтрами и душевыми установками.

8.3.4. 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 экстру- дере с коническим шнеком. Нижняя сторона конической части экстру- дера 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 экструцера возникает противодавление, которое регулируют изменением диаметра выпускного отверстия. При этом ПВХ выдавливается через сито, а твердые частицы отходов подаются шнеком к выпускному отверстию.

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).

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%.

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. •

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 ( 8.5).

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 - 3 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.

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  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.  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 об

щей 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).

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%.