提高廢舊塑料再生產品品質的預處理技術

何德文，周歡年，劉 蕾，梁定民，杜 璐

（中南大學冶金學院環境工程系，湖南 長沙 410083）

我國塑料工業發展迅猛，其年產量已超過2 000萬t，穩居世界第二位，成為名副其實的塑料大國[1]。塑料工業迅猛發展給人們生產生活帶來便利的同時，也帶來了負面影響——“白色污染”。據統計，塑料總量中70％～80％的通用塑料在10年內將轉化為廢棄塑料，其中有50％的塑料也將在兩年內轉化為廢棄塑料[2]。由于這些廢棄塑料具有大分子結構，不易分解腐爛，長期分散于自然界中，會造成環境污染和影響人體健康[3]。如何對廢棄塑料進行合理地處理處置，消除“白色污染”已勢在必行。與國內塑料工業的高速發展相比，國內廢舊塑料的回收和利用則大大落后于國際水平。據報道，美國廢塑料回收率達35％以上，歐洲平均回收率在45％以上，德國和日本的塑料回收率更是高達60％，而我國回收利用率卻只有25％，每年大約有1 400萬t廢舊塑料沒有得到回收和利用，直接造成資源浪費達 280 億元[4，5]。

目前處理廢舊塑料的方法主要有焚燒、填埋和回收利用，但焚燒會產生大量有毒氣體，造成二次污染，填埋會占用較大空間，填埋后土壤中殘留的塑料碎片又會影響土壤透氣性，使農作物減產，因此廢塑料處理技術的發展趨勢是回收利用[6-8]。而回收途徑主要分為兩種，一種是將塑料再生成同一品種的原料或分解成單體；另一種是將其制成可綜合利用的其他原料和能源[9]。將廢舊塑料再生后制成新的塑料制品和塑料加工原料是一種有效的回收利用途徑，但目前卻存在回收率低，產品品質低等問題。針對廢舊塑料的分選、破碎、清洗預處理技術進行研究，考察重選與手工分選相結合對不同等級廢塑分選的可行性；通過破碎清洗一體化關鍵技術研究，考察破碎料粒度與氯乙烯（VCM）含量對再生塑料物化性質的多因素影響。從而探討出一套先進可行的廢舊塑料預處理方案，以提高廢舊塑料的回收率及產品的品質。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料取自湖南平桂制塑科技實業有限公司外購的PVC廢舊塑料，其主要種類和成分比例如圖1和圖2所示。

根據生產工藝，將外購原料按外觀顏色分為兩大類：白破碎料、灰破碎料，兩大類原料其所含廢塑料的種類分別如下：

白破碎料：小管料、大管料、二級管料、一級片料、普白片料。

灰破碎料：精灰板料、蘭管料、一級灰板料、開關料、窗簾料、蘭雜料。

1.2 實驗步驟和方法

實驗主要對廢舊塑料預處理過程中分選、破碎和清洗3個環節進行研究，實驗擬采用的技術路線如圖3。

1.2.1 分選實驗

原料分選先按人工分選，然后結合一些設備進行分選，具體步驟如下。

（1）人工分選。先將非塑料制品雜物除去（其中金屬雜物很難用手工分選出來，采用磁鐵清除金屬碎片），然后將油污制品及變黑、變焦等變質制品挑揀出來。再按塑料品種進行分類。可先根據不同塑料的常見用途，以經驗確定不同廢塑料的品種，若遇到難以分辨的制品則將原料取樣分析，在實驗室中用以下4種方法進行鑒別：塑化溫度鑒別法、密度鑒別法、燃燒鑒別法、外觀鑒別法[10，11]。

（2）結合一些設備進行分選。根據實際生產中的要求，針對進廠原料的成分、組成的季節性波動等情況，還采取必要的輔助設備進行進一步的分選工作。如將廢塑料制品經破碎送入分選裝置的料斗中，根據塑料的相對密度不同，隨風飄移的距離也不同的原理，借助風機進行風力分選[12]。此外，還有利用各種塑料磨擦帶電能力的差異而采取的靜電分選。

1.2.2 破碎實驗

破碎過程主要對以下因素進行考察：（1）PVC廢料物理性質對破碎機選擇的影響；（2）不同等級PVC破碎料粒度對累積過篩率的影響；（3）廢破碎料粒度對化學成分分析結果的影響。

1.2.3 清洗實驗

清洗系統主要包括：預洗部分、清洗部分、漂洗部分等過程。

（1）預洗。運用循環冷卻水去掉物料表面的有磨損作用的污染物，同時利用循環冷卻水的余熱對廢塑料進行預熱，各廢料中粘著標簽的膠水開始熔化，部分PVC廢料也開始掉色。

（2）清洗。通過清洗槽、水平分離器等設備，將殘留膠水及其他污染物分離開來。在清洗過程中，可根據物料的雜質含量是否均勻來選擇連續或間歇清洗。物料雜質含量均勻，選擇連續清洗；含量不均勻，則選擇間歇清洗。

（3）漂洗。主要目的是分離密度不同的聚合物，以及再次清洗物質和平衡pH值。

2 實驗結果和討論

2.1 分選實驗

實驗通過手工分選與機器設備分選相結合的方法，先清除廢塑料中的金屬、沙石、織物等雜物，然后把混雜在一起的不同品種的塑料制品分開、歸類，使得制備PVC產品的原料成分單一、性質穩定，提高了原料的回收率，為清洗、破碎、磨粉、配料、成型等后續工藝的順利進行奠定了基礎，也為PVC的再生循環利用、制取高品質塑材產品提供了有力保障。

可見，手工分選與重選相結合的方法對不同等級廢舊塑料分選具有可行性。

2.2 破碎實驗

2.2.1 PVC廢料物理性質對破碎機選擇的影響

用4種破碎機對PVC廢料分別進行破碎試驗。首先用普通破碎機先破碎到4 mm粒度，然后分別用切割破碎機、錘式破碎機和盤式振動破碎機破碎到小于1 mm的分析粒度，接著用孔徑為0.2，0.4，0.8，1.0 mm的篩子篩分。篩分結果如圖4所示。

圖4 PVC廢料物理性質對破碎機選擇的影響曲線

由圖4可知，應用3種破碎機破碎所得廢料，其顆粒的累積過篩率均在35％～100％區間內，且隨粒度（0.1～1.0 mm）增大而增大。以切割破碎機破碎后的廢料在粒度為0.1～0.4 mm段，其累積過篩率隨粒度增大從45％～100％呈直線上升趨勢；而盤式振動破碎機在粒度為0.2～1.0 mm段累積過篩率隨粒度增大的趨勢則較為平穩。對應于盤式振動破碎機的廢料顆粒粒度分布與所得累積過篩率范圍最寬，說明盤式振動破碎機對試驗廢料樣本破碎效果為最佳。

2.2.2 不同等級PVC破碎料粒度對累積過篩率的影響

把不同等級的每種廢料（以白料為樣品進行實驗，其代表不同等級的樣品種類依次為小管料、大管料、片料、普白片料）從大到小按照分析所需要的粒度進行分類，用破碎機對樣品進行破碎，以滿足工藝實驗的粒度要求。隨后分別以孔徑為0.2，0.4，0.8，1.0 mm的篩子篩分，得到如圖5所示的粒度對累計過篩率的關系曲線圖。

圖5 廢PVC破碎料粒度與累積過篩率的關系曲線

從圖5可知，4種等級廢料的累積過篩率均隨粒度的增大而增加，但在同一粒度的累積過篩率為：小管料＞大管料＞一級片料＞普白片料。

2.2.3 廢料粒度對于化學成分分析結果的影響

4種不同等級廢料破碎到小于1.0 mm粒度后，按照小于 0.2，0.2～0.4，0.4～0.8，0.8～1.0 mm，大于 1.0 mm分為5個粒級，然后分別測定4種廢料不同粒級VCM的含量。表5是PVC廢料在不同粒級時VCM的含量變化特征。

表5 廢PVC破碎料在不同粒級時VCM的含量變化特征

從表5可以看出，一級片料、普白片料VCM的含量隨粒級的變化不顯著，而小管料與大管料則VCM的含量隨著粒度的增加明顯降低，均有較顯著的變化。且同粒級中，低粒級段（≤0.8 mm）各廢料中VCM含量依次降低；而高粒級段（≥0.8 mm）中，片料普遍比管料的VCM含量要高。

從對上述4種廢料進行的不同粒度VCM含量分析結果來看，同一種廢料在不同粒級時所含的化學成分的含量有明顯的變化，出現這種情況的原因，只能歸結為廢料本身物質成分分布的不均勻性和樣品在破碎到不同粒度時物質成分分布的不均勻性。

2.3 清洗實驗

在正常情況下，按照上述步驟進行高質量的清洗后，廢塑料中各種雜質的含量均被控制在10-5左右，保證了塑材產品的品質。實驗所得PVC型材產品雜質粒子數≤12個/900 cm2，超出國標GB5761-1993相應的SG3型號優等品要求的16個/900 cm2。而且整個系統以節約用水為原則，實現水循環利用率大于90％。

3 結論

（1）盤式振動破碎機對廢料破碎的適應性最佳；考慮不同等級廢PVC原料的物理性質，回收廢料中的白料以小管料為最佳，大管料次之，一級片料再次之，普白片料較差；同一種廢料在不同粒級時所含的化學成分的含量有明顯的變化，故可根據不同等級類別、不同粒級的原料物理性能測試和化學成分分析的實驗結果，對以不同等級廢PVC為生產原料的工藝調整不同的配方比例，以求達到優化工藝參數、節省生產成本、制取優質塑材產品的預期目標。

（2）清洗過程開發了廢舊塑料預洗、清洗和漂洗的清洗系統，可有效降低廢塑料中各種雜質的含量，且顯著提高水的重復使用率，環保效益好，具有極大的推廣價值。

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