[00022765]废旧硬质塑料综合资源化技术

项目简介：

    塑料再生利用从利用总量、从业人员规模、技术进步、加工装备、产品覆盖范围、公众认知等方面均发生了不同程度的变化，已经形成一个资源型环保产业，成为发展循环经济的一项重要内容。

    本项目构建硬质塑料综合资源化平台，由破碎模块与分选模块组成，涉及机械破碎学、高压静电学、摩擦学、环境学，自动控制多学科交叉理论与应用。采用的关键技术包括：1) 废旧塑料的常温机械破碎技术；2）高效涡气流荷电技术；3）可调试自由下落摩擦静电分选技术；4）荷电衰减分选技术5）全封闭系统技术与多接口无缝连接技术。目前相关关键技术已申请国家发明专利4项,授权2项。

    项目技术创新主要包括，自主设计复合式多种硬质塑料资源化平台，实现与现有设备的无缝对接。即该资源化成套设备可以集成到现有和未来的所有固体废弃物处理系统中。其应用范围包括：1) 经机械预处理后两种成分混合塑料，如废旧鼠标与键盘的资源化；2) 未经机械预处理的两种成分混合塑料，如食用塑料瓶的资源化；3) 经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分分混合塑料，如废旧电冰箱资源化后尾料混合塑料的资源化；4) 未经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分分混合塑料，如废旧电视机，洗衣机的拆机件资源化。

    项目产品与国内目前采用的液体浮选-光电分选（使用德国Unisort光电分选机）工艺、德国Hamos静电分选设备比具有成本低、分选效率高、处理量大、适用物料广、减少环境污染等优势。

创新性、先进性：

   项目的创新内容可综合描述为由破碎模块与分选模块组成复合式多种硬质塑料资源化平台，包括了应用创新与技术创新，具体创新点如下：

1应用创新:自主设计复合式多种硬质塑料资源化平台，实现与现有设备的无缝对接

现有的情况：现有的生活垃圾处理生产线以及废旧电器生产线上废旧混合塑料因组成不同，前处理不同，无法进行机械自动化处理。从而限制了塑料资源化进程。

本项目创新：通过改变破碎模块与分选模块的设备组成，复合式多种硬质塑料资源化平台可同时满足多样化的进料，提供各种技术解决方案包括：

1）  经机械预处理后两种成分混合塑料，如废旧鼠标与键盘的资源化；

2）  未经机械预处理的两种成分混合塑料，如食用塑料瓶的资源化；

3）  经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分混合塑料，如废旧电冰箱资源化后尾料混合塑料的资源化；

4）  未经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分混合塑料，如废旧电视机，洗衣机的拆机件资源化。实现与现有处理设备的无缝对接。

2技术创新

2.1.  自主设计复合式多种硬质塑料资源化平台，填补该技术国内空白

现有的情况：现有资源化废旧塑料颗粒采用的密度差分选密度分选很难将密度范围重叠或者特征密度十分相近（如PVC和PET的特征密度分别为1.39  gNaN-3 和1.37 gNaN-3）的混合塑料分开，光学分选对于深色物料的识别度较低，难以对其进行分选；而拥有相近颜色或吸收峰的物料也难以用光学方法进行区分。

    本项目创新：本项目采用摩擦静电分选与荷电衰减相结合的复合分选方法，既利用摩擦起电现象，基于物质表面电性质的差异（表面功函数差异）对混合物进行分离的工艺。对入料无密度与颜色要求，分选范围适用广，由于摩擦静电分选是干法工艺，没有用水二次污染之忧，操作也十分简便，属于节能环保领域技术创新。

2.2.  采用涡气流荷电方式改善颗粒荷电效果

现有的情况：现有振动荷电方式在荷电稳定性与荷电速度方面存在劣势，若需要增大冲击力则必须增加振幅，而增加振幅则颗粒在上下振动过程中停留在空中的时间过多，导致与器壁的摩擦频率不高，因此单位时间内的摩擦次数较少，而荷电效率较低。

本项目创新：涡气流荷电方式的荷电比振动方式更为稳定，且荷电速度较快。因为在涡气流荷电过程中，颗粒以剧烈旋转贴壁运动的方式与器壁进行摩擦，冲击力较大且摩擦频率较高。

图1  涡气流荷电装置

3 结构创新

1、  采用排料滑槽进料口结构保证进料稳定性

现有的情况：无物料整流装置，混合物料颗粒经荷电后直接进入自由下落分选空间，颗粒互相碰撞产生水平方向初速度，对后续分选产生不利影响。根据颗粒运动轨迹模拟计算的结果可知，颗粒在竖直方向初速度超过2  m/s即会大大降低分选效果。

本项目创新：进料口具体结构如图2，添加导流设计（分离小格），尽可能地减小颗粒的水平初速度影响。与直接倾倒颗粒相比，添加导流设计可以使塑料颗粒落点的水平分布范围缩小至原来的1/3，大大降低了颗粒下落的随机性造成的影响。

图2 进料口结构

2、  采用电极板、收集槽多角度调节，适应多种塑料分选

现有的情况：电极板为铁制，大小固定，使用过程中易腐蚀、电极板与收集槽位置固定，只是用于特定的混合物料的分选，限制了设备的应用空间。

本项目创新：

1）电极设计：轻便安全，易于更换(图3)。高压电极由铝箔纸（中灰色网状平面部分）粘贴在有机玻璃表面，利用封闭的香蕉头接口与高压电源相连。这样的设计更加轻便并且安全。

2）分离区设计：分离区大小可以通过调节有电极板之间的间距进行调节，如图3所示，可以同时改变极板间距与极板的倾斜角度，从而改变分离区的电场分布。

3）收集区设计：产品收集槽的位置可随意调节，从而控制三个收集槽的大小，并针对不同实验调节收集槽的位置以优化分选效果。

图3 摩擦静电分选机原理图

 应用范围：

    通过改变破碎模块与分选模块的设备组成，复合式多种硬质塑料资源化平台可同时满足多样化的进料，提供各种技术解决方案包括：

1）  经机械预处理后两种成分混合塑料，如废旧鼠标与键盘的资源化；

2）  未经机械预处理的两种成分混合塑料，如食用塑料瓶的资源化；

3）  经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分混合塑料，如废旧电冰箱资源化后尾料混合塑料的资源化；

4）  未经机械预处理的废旧电器电子产品中多种成分混合塑料，如废旧电视机，洗衣机的拆机件塑料组分资源化。

 经济与社会效益：

    硬质废旧塑料（不包括塑料薄膜，塑料丝及编织制品，薄膜塑料）约占塑料总量的40%，以2009年为例废弃量达到939.685万吨，机械化处理按照10%来计算，以每套设备处理量为320吨/年，市场需求3000套。项目产品资源化平台150万元/套，应用在废旧硬质塑料资源化市场容量预计在45亿元以上。若预计5年后市场上累计的生产线预计在100条左右，假设每台每年的处理量在320吨左右，则100条生产线对应的年废旧塑料处理量约在3.2万吨，这为社会中资源回收和环保做出了贡献。解决了由废旧塑料带来的环境污染、与资源浪费局面，同时满足我国经济转型期的低碳、循环的经济发展模式。

    以冰箱中的废旧塑料为例，由国家指定废旧电器拆解企业得到的数据，混合的硬质塑料如ABS与PS的混合料约为1000元/吨。纯度在95%以上的ABS废料约为6000元/吨，纯度在95%以上的PS废料约为4000元/吨。废旧塑料混合物经过资源化平台富集与分选后将大幅提升附加值，为处理企业带来丰厚的经济回报。同时提高废旧物资的利用率，对于建设和谐社会、推动科学发展、实现“美丽中国”的国家梦想具有十分重要的意义。

项目进展现状：

    项目处于研发阶段，关键装备：涡流高速荷电装置，摩擦静电分选装置，荷电衰减分选设备正在中试样机开发中。

 自主产权情况：

     目前相关关键技术已申请国家发明专利4项,授权2项。