CN101489683B

CN101489683B - 回收来自报废物品的材料的方法

Info

Publication number: CN101489683B
Application number: CN2007800259796A
Authority: CN
Inventors: 克洛德·朗贝尔; 让-米歇尔·阿尚
Original assignee: ACHAIN GEM MICHEL; ACHAIN GEM-MICHEL
Current assignee: Tracking Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: CA2652715A1; CN101489683A; DE602007007604D1; WO2007135280A3; EP2019731A2; ES2348632T3; US8205813B2; WO2007135280A2; JP2009537320A; US20090200212A1; FR2901160A1; EP2019731B1; FR2901160B1; ATE473053T1; CA2652715C

Abstract

符合本发明的回收方法包括在制造物品(12)时含有待回收材料的物品(12)、物品部分和/或物品组成件的选择性标记的预备阶段，和集中待回收材料的阶段，该阶段包括将物品(12)破碎成颗粒(15)、远距离检测每个颗粒可能带有的标记物、提取已接受过标记物检测的部分(26)并把它们引导到该标记物的特殊储存区(27)。

Description

回收来自报废物品的材料的方法

技术领域

本发明涉及回收来自报废物品的材料的方法。

背景技术

总体上说，已知截至目前，为了尽可能回收报废的制造产品中使用的材料而进行过很大的努力。

但是，在希望进行回收处理的产品的性质复杂并且产品包括多个由不同材料形成的零件的情况下，该问题显得特别难于解决。

电子设备或者甚至汽车尤其是这种情况。

在这两种情况下，回收意味着进行设备拆卸和元件分类，以便将相同材料形成的组成元件汇集在一起。

显然，该工艺只适用于使用廉价劳动力的情况下，并且不适于自动化的工业操作。

为了试图解决这些问题，已经提出破碎这些设备，以便把它们减小成预定尺寸的碎块。然后通过传统的方式例如通过浮选、磁性分拣等对这些碎块进行选择性拣选。但是这些方法不能覆盖整个产品范围。特别是，这些方法不能进行不同类型的塑料材料之间的选择性分拣，或者不能选择包括含有稀有和/或珍贵材料的电子元件的设备碎块。

发明内容

因此，本发明的目的更特别地在于通过一种方法解决该问题，该方法允许回收可能存在于多种物品中的不同材料，而不受所述材料和/或所述物品的性质影响。

根据本发明，该方法包括具有以下阶段的操作序列：

-预备阶段，在该预备阶段进行待回收材料的分类——而这不受被认为存在这些材料的物品的影响，并为每种已分类的材料分配一识别码，所述识别码表示存在至少一个不接触就能远距离检测到的特殊化学标记物，该预备步骤可另外包括采集和存储所述标记物的分光光度识别数据。

-根据所述分类进行的分配，给包含待回收材料的物品、物品部分和/或物品组成件选择性加标记的阶段，该加标记阶段优选在制造物品时或者甚至在物品使用寿命的一后继步骤中实施。

-集中存在于所述物品中的待回收材料的阶段，该阶段包括：

根据所述物品和组成件的性质将所述物品破碎成预定尺寸的颗粒；

远距离检测每个颗粒可能带有的标记物，通过分析标记物识别待回收材料，并提取已经受过检测和识别标记物的颗粒，把它们引导到所述标记物的、因此与该标记物相对应的所述待回收材料的特殊储存区中。

有利地：

-该方法在提取阶段之前可包括按优先顺序为标记物、并因此为待回收材料设置级别，从而当在同一颗粒上检测出多个标记物时，通过考虑级别最高的标记物引导该颗粒；相反地，可通过不接受已识别出某些标记物或者标记物组合的颗粒来进行排除操作；

-标记物可以由这样的化学标记物构成：当这些标记物受到入射光辐射激发时发射出高能辐射，这些高能辐射的频谱可相互区别，并可相对于包含这些标记物的物品和物质区别；

-识别步骤可通过对来自所述破碎的物品、物品颗粒、元件或材料加以分光光度分析进行，从而检测所述参数，特别是检测是否存在标记物，并确定所述颗粒中或颗粒上存在的待回收材料的识别码。

在上面描述的方法中，分光光度分析阶段可包括具有以下步骤的序列：

-利用宽频谱光束照射经过标记的物品或颗粒；

-将物品或颗粒传送或反射的波送到色散元件上，该色散元件使这些波偏斜，以便获得光强度在对应不同波长范围的不同光谱区域的光谱；

-检测每个所述光谱区域内的光强度；

-将所述光强度与一个或多个专门赋予该光谱区域、并已预先存储于储存器的阈值加以比较；

-该比较的结果参与确定待回收材料的识别码。

另外，可利用预先存储于储存器的分光光度识别数据，通过系统确定待分析的光谱区域以及分配给这些光谱区域中每一个的不同参数。该方案可以使结果得到最好的可靠性，并大大减小使用的处理装置的功率。

与分配组合中是否存在标记物相关的、并用于确定识别码的参数尤其可以包括：

-是否存在荧光；和/或

-大于或小于至少一阈值的荧光持续时间；和/或

-在预先建立的波长上波峰的存在或缺少，以及可能地该波峰的幅度和/或宽度；和/或

-与大于或小于一个或多个预定阈值的标记物浓度相对应的发射峰的高度。

为增加可能的组合数，使用不同的标记物浓度(concentration)以得到不同强度的谱线。

另外，为了摆脱所有可能干扰读取和随后的分光光度分析的光学因素，根据在不受标记物存在影响的预定频率范围内检测到的光强度值与预定的设定值之间的差，来控制由光辐射发生器发出的光强度。

当使用多个强度级作为参数时，该测量被证明是必要的。

有利地，识别码中存在的标记物之一可被用来作为确定其它标记物的存在、缺少和/或其它标记物强度的参考标准，特别是为了进行校正和标定以摆脱噪声，噪声例如可能源自颗粒或物品的构成、定位如入射角、到物品的距离的变化，或者包裹或围绕该颗粒或该物品的透明材料，或者由于存在外来异物(污物等)而导致的信号减弱，或者因长时间暴露于恶劣天气或物品老化所导致的信号的可能减弱。

因此，符合本发明的方法可以另外包括：

-预先选择所述标记物之一，并将该标记物作为一类产品或物质的标准和/或在预定的时间期限内加以分配；

-给该标记物分配识别数据并给它的标准功能分配特殊数据，并且存储这些数据；

-在认证阶段，从前面已存储的识别数据出发确定作为标准使用的标记物，将物品或颗粒的分光光度分析时得到的与该标准标记物相关的数据与前面已存储的特殊数据进行比较；

-利用该比较的结果计算要对所述分光光度分析实施的校正；

-利用校正过的分光光度分析的结果，检测标记物的存在、缺少和/或标记物的强度；

-从所述标记物的存在、缺少和/或标记物的强度出发，确定物品或物质的验证码。

该方案的一优点在于，它允许使用浓度非常小的化学标记物(从几ppm到几百ppm，优选为几十ppm或百万分之几)，每个化学标记物具有特征冷光信号。但是，在特殊的如有色的或黑色的基质的情况下，这些浓度可能达到百分之几。因此：

-可使用纳米材料作为化学标记物，纳米材料即其大小以纳米(或毫微米)计量的颗粒或结构。这里使用与颗粒尺寸越小、面积/体积比越增加、且因此分光光度分析越有代表性这一事实相关的特性。

-由于使用的量非常小，加有标记物的基质的主要物理和化学特性不变。

-由于同样的原因，标记物的成本很低。

-标记物可以：

a)埋入质量体中：例如，这些标记物可被包含到塑料基质中，为了进行识别，标记物可以在该塑料基质中具有聚合物的滴定度(titre)和等级、物品的生产者、可追溯性及验证等。

b)位于表面，例如：

-通过浸润(例如在纺织纤维、染料中等)；

-涂覆(清漆、油漆沉积，喷射)在不同支撑件上，例如金属航空零件，而无论是涂覆在整个表面上还是点断状地(丝网印刷、压印沉积(

au tampon))；

-在可见或不可见部分以带标记的标签的形式。

同样地，可利用是否存在埋于质量体中的标记物与是否存在位于表面、例如在清漆或油漆的覆盖物中的标记物来确定识别码。

有利地，所述覆盖物可包括被含有标记物的透明层覆盖的反射区。因此该方案可以通过反射进行分光光度测量，这大大减小了能量损失。

识别数据可包括选定标记物的组合、特征谱线的波长、它们的强度、可能的荧光的持续时间等。

因此不一定覆盖所有波长，只需分析利用预先存储于储存器的分光光度数据码被识别出的对应于期待谱线的数值范围，以便验证它们存在与否，而不必考虑位于这些范围以外的区域。

在回收塑料的情况下，可以考虑按塑料类型或按塑料等级进行标记物组合，然后一旦实现识别，就能按类型或按等级对它们进行分选。

上述识别码可来自于标记物组合，并可由二进制数码构成，每个二进制数码的二进制数字对应于标记物的存在或缺少。

本发明并不局限于这些不同类型的应用。

因此，特别是，标记物组合另外可得到与产品本身、它的制造(例如它的序列号)、制造商以及可能地还有配送商有关的识别数据。

这些设置可保证标记物品或产品的跟踪。

附图说明

下面参照附图作为非限定例子描述本发明的实施方式，附图如下：

图1和2是两个希望回收某些构成材料的物品的示意图，图1是电子设备的示意剖面图，图2是汽车的侧视图；

图3是回收设备的概略图；

图4示意性表示可使用于按本发明的方法中的识别物品或物品断块的识别装置。

具体实施方式

如前所述，本发明的目的是允许选择性回收包含在可能具有复杂结构的物品中的材料，最多样的材料在该复杂结构中共存，其中的某些材料在材料的回收或再循环方面可具有很大价值。

图1和2示出两个提出很大回收问题的物品，当然这两个例子不是局限性的，并且本发明可以应用于许多其它物品。

图1所示的物品是包括位于箱体1中的电子电路的设备。该电子电路由印刷电路板2承载，并且包括多个电子元件3。包括金属心(armature)和铜线圈4的变压器3’固定在该印刷电路上。该电子电路与多插头连接器5连接，连接器5的插头6是包金和/或镀银的。

根据本发明，回收该设备的方法的第一步骤在制成该物品时进行。该步骤包括对物品含有希望回收材料的部分加标记。在此例中，加标记可能涉及：

-在箱体由塑料材料制成的情况下的箱体1。该标记可以在材料本身中进行，或者也可能在表层处(清漆或油漆)进行。

-对某些含有稀有材料的电子元件3：标记包含在覆盖该电子元件的表面涂层中。

-变压器的线圈4：标记可以包含在覆盖线圈铜线的清漆层中。

-连接插头：标记可以在支撑插头的绝缘材料中形成。

由于传统方法的有效性原因，由具有磁性的金属制成的部分不进行标记。

当然，对希望回收的每个其它部分都赋予一特殊的标记物，该特殊标记物构成在该部分中存在希望回收的材料的识别码。

在图2所示的汽车的情况下，加以标记的部分可以包括：

-由相同性质的塑料材料制成的元件：

可以为塑料材料制的车身部分(例如保险杠7、8)设置标记，可以为位于发动机罩下面和/或座舱内的塑料材料制零件设置另一标记；相应标记可以包含于材料中；

-铸铝零件，特别是发动机9和轮缘10中的零件；这里标记同样可以在质量体中或表面上形成；

-玻璃窗和挡风玻璃：此时标记在玻璃质量体中形成。

当然，可接受特殊标记的物品部分的列表不是限制性的。因此该列表可以更大，因此存在数量众多的标记物。

这些标记物的每一个与待回收材料及便于其分光光度识别的数据相对应。

根据按本发明的方法，在使用寿命结束时收集并存储进行过标记的物品，以便进行回收处理。当然，存储用于回收的物品也可能包括已标记物品和未标记物品的混合物。同样，这些物品也可能部分被拆卸，并经过预分类。

如图3所示，用于回收的物品12通过传送机13被带到可包括一个或多个破碎机的破碎装置14。

这些破碎机设计为将物品12减小成具有预定尺寸的待处理颗粒15，当然破碎装置14可包括多个步骤，并且待处理颗粒15可具有不同尺寸，这些不同尺寸分布为进行分开处理的尺寸段。

在此例中，由破碎机输送的颗粒15进到分选器16(用筛子示意性表示)中，分选器提取具有所需尺寸的颗粒17。

尺寸更大的颗粒18通过用虚线连接示意表示的传送系统19带回到破碎机14。

在分选器16的出口，具有要求尺寸的颗粒17被传送机20带到检测及提取站21。在该检测及提取站21，自由降落的颗粒17途经过一系列检测/提取模块M₁、M₂、M₃、M_n，每个模块包括：

-通过发生器发出的光辐射照射颗粒17的部件22。

-包括色散元件的分光光度分析部件23，所述色散元件接收颗粒17传送或反射的光，并产生光强度在至少多个对应于不同波长范围的光谱区域的光谱。

-检测所述区域中光强度的部件。

-将该光强度与一个或多个特别赋予该区域、并以上述参数的名义寄存到存储器中的阈值进行比较的部件。

-利用上述识别码确定包含在颗粒中的待回收材料的识别码的部件。

-这里为压缩空气注入喷嘴24的提取部件，该注入喷嘴通过电磁阀与压缩空气回路连接。

-利用预先确定的识别码控制电磁阀的回路：该回路在所确定的识别码与希望回收材料的识别码相对应时操纵电磁阀开放。

-将提取的颗粒26输送到储存区27的传送部件25。

在检测及提取站中没有被提取的颗粒28被传送机29承载，并被送到补充提取站30，该补充提取站可另外包括提取含有磁性金属元素的颗粒的部件。

所提取的磁性颗粒31通过传送机32被输送到一储存区，而其它颗粒被另一传送机33被带到另一储存区。

此例中示出了四个检测及提取模块M₁、M₂、M₃、M_n，当然可以不同于该数量。每个检测及提取模块M₁、M₂、M₃、M_n对应于一确定的标记物，因此对应于一种特殊的待回收材料。在喷嘴喷射的压缩空气作用下的提取通过导流板34进行，导流板34把检测出的颗粒26引向相应的传送机。

这里通过处理装置35进行分光光度分析，该处理装置在存储器中具有与所寻求的标记物相关的光谱信息。另外，该处理装置保证对电磁阀的控制，而所述电磁阀操控把压缩空气输送到注入喷嘴24。

可能地，处理装置35也可与读出器结合，例如与条形码结合，所述读出器用于在破碎装置14的上游识别经过处理的物品12，并在该识别之后确定标记物的性质，因此确定这些物品中存在的待回收材料的性质。因而控制装置可以确定每个检测及提取模块M₁、M₂、M₃、M_n的分配，并且也可能将在这些模块处提取的颗粒26引导(区块36)到适当的储存区域。

在图4所示的例子中，每个检测及提取模块所配有的分光光度仪包括：

-长频谱和可调强度的光辐射发生器，该发生器涉及由功率可调的电流发生器46供电的光源44；准直仪42，物镜45位于它的轴线中，待处理颗粒48位于光源44的光轴中；

-面对颗粒48并位于与光源44的相同侧的色散元件41；该色散元件41(棱镜或衍射光栅)根据频率分解由颗粒48反射和/或散射的光辐射，以产生光谱；

-光谱检测部件，这里即电荷转移检测器条43，它能检测色散元件41发出的在不同谱级的辐射，并能给电子系统传递代表检测出的光谱的数字信号。

如前所述，光源44是宽频谱光源。光源可由一些弧光灯(氙气灯型)构成，或者由产生白光的灯泡构成。当然光源也可由多个根据使用的化学标记物的性质专门选择的激光辐射源构成，因而使用光学混合器以进行这些光源发出的不同辐射的混合。

物镜45例如可以是消色差双合透镜。

当然，电流发生器46也可用于给与分光光度仪结合的电子电路供电。

在该例中，检测器条(barrette)43包括一元件C，该元件C位于不受化学标记物存在影响的光谱位置。

该元件C发出检测信号，该检测信号(放大后)被施加到处理装置E的减法器S的入口，减法器的第二入口接受标定电压VC。该减法器S的输出信号被施加到功率放大器AP，该功率放大器操控发生器46，以便减法器S的输出信号保持在优选为零的一恒定值。

借助该设置，保证元件C接收到的光强度水平保持恒定。因此摆脱可能使颗粒48发出的辐射的光强度改变的干扰。

处理装置E包括处理器P(用虚线表示)，该处理器P连接至存储识别码数据库BC、分光光度数据库BA和不同处理的管理程序PG的存储部件，并连接至显示及信号部件AF。

该处理器P设计为确定识别颗粒48所带有的标记物的识别码，并因此确定相应的回收材料的识别码。为此，该处理器首先根据数据库BA的分光光度数据确定待搜索的光谱区(区块B₂)。它测量检测器在所述光谱区中接收到的光辐射的幅度(区块B₃)。

在使用标准标记物的情况下，可在分析前利用检测器产生的与该标准标记物相对应的数字信号校正该信号(区块B₄)。

然后处理器P确定检测出的识别码(区块B₅)，并将检测出的识别码与预定识别码进行比较(区块B₆)。在这两个识别码之间一致的情况下，处理器发出确认信号SV，并操纵电磁阀EV打开，以便发出压缩空气流，压缩空气流则把颗粒48引导向相应传送机。

更准确地说，借助上面描述的装置对颗粒48进行的分光光度分析可以包括：

-用光源44照射颗粒48；

-把颗粒48反射或散射的波传送到色散元件41上，色散元件根据这些波的波长将这些波不同地加以偏斜；

-借助这样经过偏斜的平面波获得被反射或散射的辐射的光谱，这些平面波在由一系列条43组成的检测区中，形成一系列源像(区块3)；

-对该光谱进行取样，然后把模拟信号转换为具有预定的数字帧(trame)的数字信号(区块4)；

-根据分光光度数据库中指出的波长范围实施开窗，以便只考虑能确定被读出码的标记物的特征谱线(raie)的存在或缺少(区块5)；

-将(与识别码相关的)数据与实验数据(或所读出的码)进行比较，以进行对包含在颗粒48中的待回收材料的识别(区块6)。

在荧光标记物的情况下，可以考虑在时间δt后进行第二次测量，以查核荧光持续时间。

使用的示踪剂可以是有机的或是无机的。它们可以以稀土如镝、铕、钐、钇等为基础。

某些使用的标记物和它们的特性作为例子示于下表中：

商业出售这些标记物的公司主要为“BASF”(注册商标)、“Bayer”(注册商标)、“Glowburg”(注册商标)、“Lambert Rivière”(注册商标)、“Phosphor Technology”(注册商标)、“Rhodia”(注册商标)、SCPI等。

标记物	激发波长λ<sub>ex</sub>+Δλ<sub>1/2</sub>	发射峰波长λ<sub>emax</sub>+Δλ<sub>1/2</sub>(nm)
			A	300±40	480±6572±6
B	300±40	562±10601±6
			C	335±35	470±85
D	365±70	480±90
			E	350±20	612±3
F	380±45	480±75
			G	365	610±50

需要指出的是，标记物并不限于商业标记物，它们可以是经全合成法合成的，或者是商业标记物的衍生物。

上述方法的一很大的优点在于，它允许解决与可能以非常小的量存在于物品内部、并且不能(甚至非常难以)通过选择分选设施中可用的传统装置检测到的材料的检测及提取相关的问题。

在待回收材料包含在箱体中的情况下，例如电子元件就是这种情况，标记物可以设置在贴敷于箱体上的覆盖物中(例如清漆或油漆)。

在未覆盖有涂层的塑料材料制零件的情况下，标记物可以包含在材料中。但是，该方案在塑料材料包含吸收光辐射的填充料例如黑色或深色颜料的情况下会产生问题。在这种情况下，适合使用在光辐射吸收最小的波长范围内发射的高强度光源。

可能地，也可在覆盖着色塑料材料的“凝胶涂料”层或具有反射特性的清漆层中进行标记。

Claims

1.用于回收来自报废物品的材料的方法，该方法包括具有以下阶段的操作序列：

-预备阶段，在该预备阶段，不受被认为存在这些材料的物品(12)的影响而进行待回收材料的分类，并为每种已分类的材料分配一识别码，该识别码无需接触就能远距离检测到；

-集中存在于所述物品中的待回收材料的阶段，该阶段包括：

根据所述物品(12)和组成件的性质将所述物品(12)破碎成预定尺寸的颗粒(15)；

远距离检测每个颗粒带有的标记物，通过分析标记物识别待回收材料，并提取已经受过检测和识别标记物的颗粒，并把它们引导到存储所述待回收材料的特殊储存区(27)；

该方法的特征在于：

-所述识别码表示至少一特殊化学标记物的存在；

-该方法包括根据按所述分类进行的分配，对含有待回收材料的物品、物品部分和/或物品组成件进行选择性化学标记的阶段；

-远距离检测包括检测由每个颗粒带有的化学标记物，材料识别通过分析标记物进行。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预备阶段包括采集并存储所述标记物的分光光度识别数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，标记阶段在制造物品(12)时或在物品(12)使用寿命的一后继步骤中实施。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法在提取阶段之前包括按优先顺序为标记物、并因此为待回收材料设置级别，从而当在同一颗粒(17)上检测出多个标记物时，通过考虑级别最高的标记物引导该颗粒(17)。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述化学标记物由这样的标记物构成：当这些标记物受到入射光辐射激发时发射出高能辐射，这些高能辐射的频谱可相互区别，并可相对于包含这些标记物的物品和物质区别。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述识别码产生自标记物组合，并由二进制数码构成，所述二进制数码的每个二进制数字对应于标记物的存在或不存在。

7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，识别步骤通过对来自所述破碎的物品、物品颗粒、元件或材料加以分光光度分析进行。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述分光光度分析包括以下步骤：

-利用宽频谱光束照射经过标记的物品或颗粒(48)；

-将物品或颗粒传送或反射的波送到色散元件(41)上，该色散元件使这些波偏斜，以便获得光强度在对应不同波长范围的不同光谱区域的光谱；

-检测每个所述光谱区域内的光强度；

-该比较的结果参与确定待回收材料的识别码。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，利用预先存储于储存器的分光光度识别数据，通过系统确定待分析的光谱区域以及分配给这些光谱区域中每一个的不同参数。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述识别码另外包括一些参数，这些参数涉及：

-是否存在荧光；和/或

-大于或小于至少一阈值的荧光持续时间；和/或

-在预先建立的波长上波峰的存在或缺少，以及如果波峰存在则该波峰的幅度和/或宽度；和/或

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，为增加可能的组合数，使用不同的标记物浓度以得到不同强度的谱线。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据在不受标记物存在影响的预定频率范围内检测到的光强度值与预定的设定值之间的差，来控制所述光束的光强度。

13.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，识别码中存在的标记物之一用作确定其它标记物的存在、缺少和/或其它标记物强度的参考标准，以便进行校正和标定以摆脱噪声，噪声源自颗粒或物品的构成，入射角、到物品的距离的定位变化，或者包裹或围绕该颗粒或该物品的透明材料，或者由于存在外来异物而导致的信号减弱，或者因长时间暴露于恶劣天气或物品老化所导致的信号的减弱。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法另外包括：

-利用该比较的结果计算要对所述分光光度分析实施的校正；