CN103586136B - 废旧混合硬质塑料颗粒涡气流-高压静电分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废旧混合硬质塑料颗粒涡气流‑高压静电分离装置及方法，所述装置包括相互连接的涡气流荷电装置和高压静电分离装置；所述方法首先通过涡气流荷电筒将塑料颗粒荷电，然后通过关风卸料阀与排料滑槽实现连续均匀加料，带相反电荷的塑料颗粒进入分选空间，由于受力不同而分别进入不同的回收区。本发明的装置结构简单，具有成本低廉、高效、无污染的特点；本发明的方法是干法处理工艺，工艺流程简单，可实现混合硬质塑料颗粒的高效分离。

Description

废旧混合硬质塑料颗粒涡气流-高压静电分离装置及方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域中的工业废弃物处理、资源化领域，具体地，涉及一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置及方法，是对废旧塑料进行无污染处理和资源化。

背景技术

近半个世纪以来，塑料因其廉价、安全、耐久和轻便等特性在各行业中得到了广泛应用，世界的塑料消耗量也不断快速升高。据报道，过去20年中全球的平均塑料年产量增长幅度超过5%，2010年全球的塑料产量已接近2亿7000万吨，而塑料的需求量仍在不断攀升。虽然塑料制品有着较高的耐久度，但每年仍有大量的塑料遭到废弃。数据显示，在美国城市固体废物中，废旧塑料所占的比例已从1994年的9.5%上升到2010年的12.4%。

废旧塑料制品的分子结构牢固，自然条件下分解速度极为缓慢。如聚乙烯（polyethylene，PE）聚氯乙烯（polyvinylchloride，PVC）在土壤中约300-400年才能完全降解，长期滞留在土壤里破坏了土壤的透气性，降低了土壤的蓄水能力，影响了农作物的水分、养分的吸收，阻碍了禾苗根系的生长，会造成农作物的大幅度减产，使耕地劣化。此外塑料添加剂中的重金属离子及有毒物质会在土壤中扩散、渗透，直接影响地下水质和植物生长。塑料废弃物对海洋生物造成的危害是石油溢漏危害性的4倍，每年仅丢弃在海洋的废弃渔具就在15万吨以上，各种塑料废品在数百万吨以上。据统计，每年全球石油产量中约有4%会被用来生产塑料原料，另有4%会被用作生产塑料副产品的燃料。石油资源是有限的，而我国是一个石油消费大国。到2011年我国石油的净进口量为2.51亿吨，成为世界第一大石油净进口国。需求量猛增导致石油价格暴涨，对塑料工业带来了很大的供求矛盾和冲击。

目前废旧塑料的资源化处理方法主要有化学方法及物理法，机械物理法易实现工程化，并不会产生二次污染，这种方法备受欢迎。

经检索，中国发明专利《一种废旧塑料资源化处理方法及设备》（申请号201210228475.7），提供一种废旧塑料资源化处理方法及设备，设备包括破碎分选处理系统和清洗分离处理系统，破碎分选处理系统包括两级原料输送带、两级破碎机、磁选机、两级破碎料输送带，清洗分离处理系统包括清水槽、沉料输送带、盐水槽、螺旋出料机、以及螺旋输送器、浮料提升机，方法由破碎分选和清洗分离两步工艺组成。破碎分选工艺依次由人工分拣、一级破碎、磁选、二级破碎步骤组成，清洗分离工艺采用清水和盐水两种不同密度的液体便废旧塑料各成分分离开来。该发明虽然能够实现混合塑料的分离，但整个分选过程繁琐；方法中将所有破碎的物料采用水槽，盐水槽进行比重差分选，由于许多塑料的密度范围之间都有重叠或者特征密度十分相近（如PVC和PET的特征密度分别为1.39g·cm^-3和1.37g·cm^-3），因此单纯依靠密度差异分选效率低，产品需要脱水、干燥，并存在着污泥和废水处理等环境污染治理问题。本发明采用的涡气流-高压静电分离装置及分离方法，是干法处理工艺，工艺流程简单，与多步复杂破碎后的密度差水选比，具有成本低、高效、结构简单、无废水排放等特点，减少环境污染。

中国发明专利《废旧电子电器回收塑料的高压静电分选方法》（申请号201110120653.X），该发明涉及一种废旧电子电器中塑料的分离纯化方法，在以PET材质的摩擦旋流器内搅拌实现相互摩擦，使塑料通过摩擦带电，依据塑料摩擦带电性能不同，将摩擦带电的塑料和回转电极接触并提供高压静电场，由于离心力和静电力的复合作用，是从回转电极上甩出落下的塑料颗粒由于电位不同而呈现不同轨迹并产生一定距离，用带阳板的容器进行分类收集，从而实现不同种类塑料的分选和纯化，最终回收得到以PS、PP、ABS、PVC等为主的单一组份热塑性塑料颗粒产品纯度可达95%。该发明废旧电子电器破碎、磁选、涡流电选、循环破碎、悬浮风选、高压静电分选得到单一组分塑料，整个分选过程繁琐；方法中悬浮风选无法将密度相近的塑料分离，摩擦旋流器与静电分选机结构描述不清。本发明采用的涡气流-高压静电分离装置及分离方法，工艺流程简单，与多步复杂破碎后的密度差悬浮选比，具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点，减少环境污染。且本发明设备结构明晰。

中国发明专利《一种废旧塑料识别与分离装置及方法》（申请号201210220498.3），提供一种废旧塑料识别与分离装置，包括破碎装置、摩擦装置、加速装置、恒定磁场装置、比较装置、及收集装置；各种标准纯塑料或废旧塑料经过破碎装置破碎后通过摩擦装置带电，带电后进入加速装置加速，然后以与磁场方向的夹角大于零的相同速度进入恒定磁场，形成不同的运动轨迹，比较装置将废旧塑料颗粒的运动轨迹与各种标准纯塑料颗粒的运动轨迹进行比较，从而确定废旧塑料中与与其具有相同运动轨迹的标准纯塑料种类相同。收集装置收集在磁场中运动轨迹相近的废旧塑料颗粒。本发明还提供一种废旧塑料识别与分离方法。该专利需采用标准纯塑料与带选料进行轨迹对比，从而确定废旧塑料中与与其具有相同运动轨迹的标准纯塑料种类相同，进行识别与分离；收集装置收集在磁场中运动轨迹相近的废旧塑料颗粒；工艺复杂，识别与分离难度高，处理量低，难以工业应用。本发明采用的涡气流-高压静电分离装置及分离方法，工艺流程简单，无需识别程序，处理量高，易于工业应用。且无污染等特点，减少环境污染。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置及方法，装置结构简单、成本低廉，方法工艺流程简单、无污染，可实现混合硬质塑料颗粒的高效分离。

根据本发明的一个方面，提供一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，包括相互连接的涡气流荷电装置和高压静电分离装置，其中：

所述涡气流荷电装置包括混合颗粒进料口、涡气流荷电筒、离心泵、关风卸料阀和排料滑槽，其中：离心泵设置于涡气流荷电筒的顶部，混合颗粒进料口设置于涡气流荷电筒侧面的上部，涡气流荷电筒的底部连接排料滑槽，在涡气流荷电筒与排料滑槽之间设置有关风卸料阀用以将物料连续送入排料滑槽；

所述高压静电分离装置包括正负高压静电极板、高压电源连接线、分料隔板、分选空间、正负极物料收集槽、中间产物收集槽和水平滑轨，其中：分选空间与排料滑槽连接，塑料颗粒经排料滑槽竖直落入分选空间；分选空间内部设置正负高压静电极板，正负高压静电极板以封闭的香蕉头接口连接高压电源连接线后与高压电源连接，正负高压静电极板的底端固定在水平滑轨上，移动水平滑轨即可调节正负高压静电极板的间距和倾角，正负高压静电极板下方设置分料隔板、正负极物料收集槽和中间产物收集槽，正负极物料收集槽和中间产物收集槽通过分料隔板隔开。

优选地，所述排料滑槽为上宽下窄的漏斗形状，排料滑槽的中部设置有阻挡块，以减少塑料颗粒的下料初速度；排料滑槽的下端还设置有栅格，以减少塑料颗粒下落时水平方向上的初速度影响，使塑料颗粒尽量从垂直方向下落。

优选地，所述分料隔板的位置可以移动，调节分料隔板的位置即可调整正负极物料收集槽、中间产物收集槽的位置和间距。

根据本发明的另一个方面，提供一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离方法，该方法首先通过涡气流荷电筒将塑料颗粒荷电，然后通过关风卸料阀与排料滑槽实现连续均匀加料，带相反电荷的塑料颗粒进入分选空间，由于受力不同而分别进入不同的回收区；具体的分离步骤包括三个过程：

（1）荷电

塑料颗粒由离心泵产生的涡气流经混合颗粒进料口输送到涡气流荷电筒中，塑料颗粒随高速涡气流运动，在涡气流荷电筒中塑料颗粒之间发生碰撞、塑料颗粒与涡气流荷电筒器壁发生碰撞而荷电；

（2）进料

带电的塑料颗粒通过关风卸料阀连续送入排料滑槽，塑料颗粒通过排料滑槽的整流、导流作用竖直落入分选空间，具体的：排料滑槽的阻挡块设计减小了物料下落的初速度；底端的栅格设计减少了塑料颗粒下落时水平方向上的初速度影响，使塑料颗粒尽量从垂直方向下落，实现了初速度低的垂直连续进料方式；

（3）收集

塑料颗粒因其所带的电荷性质、大小的不同以及电场的不同分布而受到不同方向、大小的电场力产生不同轨迹的运动，塑料颗粒在分选空间发生不同轨迹的运动后，荷电充分的塑料颗粒相应地进入正负极产物收集槽中，荷电不足的塑料颗粒则落入中间产物收集槽中，从而实现混合塑料的分离。

本发明的原理为：混合塑料颗粒在涡气流荷电筒中与高速涡气流（气流速度15m/s～20m/s）一起运动，在涡气流荷电筒中塑料颗粒之间发生碰撞、塑料颗粒与涡气流荷电筒器壁发生碰撞，碰撞使不同种类塑料颗粒荷相反电荷；带相反电荷的颗粒进入电场区间自由下落，受到电场力与重力的复合作用，电场力与重力作用在颗粒上形成一定的夹角，在下落过程中，带正电的颗粒受负极吸引，偏向负极；带负电的颗粒受正极吸引，偏向正极；带电颗粒由于受力不同而分别进入不同的回收区，而实现分离。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置及分离方法，装置结构简单，成本低廉，可实现混合硬质塑料颗粒的高效分离；无需废旧塑料识别工序，处理量高，易于工业应用；本发明同气流分选和利用密度差的水选相比具有成本低、高效、结构简单、无污染、能耗低，设备腐蚀程度小等特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中涡气流荷电装置结构示意图；

图1中，1为混合颗粒进料口、2为涡气流荷电筒、3为离心泵、4为关风卸料阀、5为排料滑槽；

图2为排料滑槽结构示意图；

图2中，6为阻挡块、7为栅格；

图3为本发明中高压静电分离装置结构示意图；

图3中，8、9为正负高压静电极板，10、11为高压电源连接线，12为分料隔板，13为分选空间，14为正负极物料收集槽，15为中间产物收集槽，16为水平滑轨。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，包括相互连接的涡气流荷电装置和高压静电分离装置，具体的：

所述涡气流荷电装置包括混合颗粒进料口1、涡气流荷电筒2、离心泵3、关风卸料阀4和排料滑槽5，其中：离心泵3设置于涡气流荷电筒2的顶部；混合颗粒进料口1设置于涡气流荷电筒2侧面的上部；涡气流荷电筒2的底部连接排料滑槽5；在涡气流荷电筒2与排料滑槽5之间设置有关风卸料阀4用以将物料连续送入排料滑槽5；

所述高压静电分离装置包括正负高压静电极板8、9，高压电源连接线10、11，分料隔板12，分选空间13，正负极物料收集槽14，中间产物收集槽15和水平滑轨16，其中：分选空间13与排料滑槽5连接，塑料颗粒经排料滑槽5竖直落入分选空间13；分选空间13内部设置正负高压静电极板8、9；正负高压静电极板8、9以封闭的香蕉头接口连接高压电源连接线10、11后与高压电源连接；正负高压静电极板8、9的底端固定在水平滑轨16上，移动水平滑轨16即可调节正负高压静电极板8、9的间距和倾角；正负高压静电极板8、9下方设置分料隔板12、正负极物料收集槽14、中间产物收集槽15。

本实施例中，所述涡气流荷电筒由进气口，排气口，上部圆筒与下部锥筒组成，气流动力由离心泵产生，气流在离心泵的作用下，由排气口进入，在上部圆筒中形成外旋流，在底部锥筒与上部圆筒轴线附近形成内旋流，塑料颗粒随气流进入荷电筒中，外旋流使塑料颗粒与管壁发生快速摩擦，内旋流使颗粒与颗粒之间形成碰撞与摩擦。

本实施例中，所述排料滑槽5为上宽下窄的漏斗形状；排料滑槽5的中部设置有阻挡块6，以减少塑料颗粒的下料初速度；排料滑槽5的下端还设置有栅格7，以减少塑料颗粒下落时水平方向上的初速度影响，使塑料颗粒尽量从垂直方向下落。

本实施例中，所述分料隔板12的位置可以移动，调节分料隔板12的位置即可调整正负极物料收集槽14、中间产物收集槽15的位置和间距。

本实施例中，所述关风卸料阀的转速30转/分钟-90转/分钟可调，所述排料滑槽下端的栅格的间隙5mm-10mm可调，电机电压在25KV-80KV可调；在实际操作中，可根据混合塑料颗粒的种类和粒度要求，确定工艺参数。

实施例2

本实施例提供一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离方法，可以采用如实施例1所述装置实现。该方法首先通过涡气流荷电筒2将塑料颗粒荷电，然后通过关风卸料阀4与排料滑槽5实现连续均匀加料，带相反电荷的塑料颗粒进入分选空间13，由于受力不同而分别进入不同的回收区；具体的分离步骤包括三个过程：

（1）荷电

塑料颗粒由离心泵3产生的涡气流经混合颗粒进料口1输送到涡气流荷电筒2中，塑料颗粒随高速涡气流运动，在涡气流荷电筒2中塑料颗粒之间发生碰撞、塑料颗粒与涡气流荷电筒2的器壁发生碰撞而荷电；

（2）进料

带电的塑料颗粒通过关风卸料阀4连续送入排料滑槽5，塑料颗粒通过排料滑槽5的整流、导流作用竖直落入分选空间，具体的：排料滑槽5的阻挡块6的设计减小了物料下落的初速度；底端栅格7的设计减少了塑料颗粒下落时水平方向上的初速度影响，使塑料颗粒尽量从垂直方向下落，实现了初速度低的垂直连续进料方式；

（3）收集

塑料颗粒因其所带的电荷性质、大小的不同以及电场的不同分布而受到不同方向、大小的电场力产生不同轨迹的运动，塑料颗粒在分选空间13发生不同轨迹的运动后，荷电充分的塑料颗粒相应地进入正负极产物收集槽14中，荷电不足的塑料颗粒则落入中间产物收集槽15中，从而实现混合塑料的分离。

本实施例上述的电场的不同分布主要受到正负高压静电极板8、9的间距、倾角和高压电源连接线10、11连接的电源电压的影响：电极板间距加大，电源电压减小均使空间电场强度减小，降低电场力作用，适用于小颗粒分选（0.8mm-1.2mm）；反之电极板间距减小，电源电压增大均使空间电场强度增大，增强电场力作用，适用于大颗粒分选（1.2mm-2mm）；电极板倾角（与垂直方向夹角）减小，使电场畸变减弱，适合小颗粒分选（0.8mm-1.2mm）；反之电极板倾角（与垂直方向夹角）增大，使电场畸变增强，适合大颗粒分选（1.2mm-2mm）。

从上述可以看出，本发明的装置结构简单，具有成本低廉、高效、无污染的特点；本发明的方法是干法处理工艺，工艺流程简单，可实现混合硬质塑料颗粒的高效分离。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，包括相互连接的涡气流荷电装置和高压静电分离装置，其中：

所述涡气流荷电装置包括混合颗粒进料口、涡气流荷电筒、离心泵、关风卸料阀和排料滑槽，其中：离心泵设置于涡气流荷电筒的顶部；混合颗粒进料口设置于涡气流荷电筒侧面的上部；涡气流荷电筒的底部连接排料滑槽；在涡气流荷电筒与排料滑槽之间设置有关风卸料阀用以将物料连续送入排料滑槽；

所述高压静电分离装置包括正负高压静电极板、高压电源连接线、分料隔板、分选空间、正负极物料收集槽、中间产物收集槽和水平滑轨，其中：分选空间与排料滑槽连接，塑料颗粒经排料滑槽竖直落入分选空间，分选空间内部设置正负高压静电极板；正负高压静电极板以封闭的香蕉头接口连接高压电源连接线后与高压电源连接，正负高压静电极板的底端固定在水平滑轨上，移动水平滑轨即可调节正负高压静电极板的间距和倾角，正负高压静电极板下方设置分料隔板、正负极物料收集槽和中间产物收集槽，正负极物料收集槽和中间产物收集槽通过分料隔板隔开。

2.根据权利要求1所述的一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，所述涡气流荷电筒由进气口，排气口，上部圆筒与下部锥筒组成，气流动力由离心泵产生，气流在离心泵的作用下，由排气口进入，在上部圆筒中形成外旋流，在下部锥筒与上部圆筒轴线附近形成内旋流，塑料颗粒随气流进入荷电筒中，外旋流使塑料颗粒与管壁发生快速摩擦，内旋流使颗粒与颗粒之间形成碰撞与摩擦。

3.根据权利要求1所述的一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，所述排料滑槽为上宽下窄的漏斗形状，排料滑槽的中部设置有阻挡块，以减少塑料颗粒的下料初速度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，所述排料滑槽的下端还设置有栅格，以减少塑料颗粒下落时水平方向上的初速度影响，使塑料颗粒尽量从垂直方向下落。

5.根据权利要求4所述的一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，所述排料滑槽下端的栅格的间隙5mm-10mm可调。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，所述分料隔板的位置可移动，调节分料隔板的位置即可调整正负极物料收集槽、中间产物收集槽的位置和间距。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离装置，其特征在于，所述关风卸料阀的转速30转/分钟-90转/分钟可调。

8.一种采用权利要求1所述装置实现的废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离方法，其特征在于，该方法首先通过涡气流荷电筒将塑料颗粒荷电，然后通过关风卸料阀与排料滑槽实现连续均匀加料，带相反电荷的塑料颗粒进入分选空间，由于受力不同而分别进入不同的回收区；具体的分离步骤包括三个过程：

(1)荷电

塑料颗粒由离心泵产生的涡气流经混合颗粒进料口输送到涡气流荷电筒中，塑料颗粒随高速涡气流运动，在涡气流荷电筒中塑料颗粒之间发生碰撞、塑料颗粒与涡气流荷电筒器壁发生碰撞而荷电；

(2)进料

带电的塑料颗粒通过关风卸料阀连续送入排料滑槽，塑料颗粒通过排料滑槽的整流、导流作用竖直落入分选空间，具体的：排料滑槽的阻挡块设计减小了物料下落的初速度；底端的栅格设计减少了塑料颗粒下落时水平方向上的初速度影响，使塑料颗粒尽量从垂直方向下落，实现了初速度低的垂直连续进料方式；

(3)收集

塑料颗粒因其所带的电荷性质、大小的不同以及电场的不同分布而受到不同方向、大小的电场力产生不同轨迹的运动，塑料颗粒在分选空间发生不同轨迹的运动后，荷电充分的塑料颗粒相应地进入正负极产物收集槽中，荷电不足的塑料颗粒则落入中间产物收集槽中，从而实现混合塑料的分离。

9.根据权利要求8所述的废旧混合硬质塑料颗粒的涡气流-高压静电分离方法，其特征在于所述电场的不同分布受到正负高压静电极板的间距、倾角和电源电压的影响。