CN103707439A - 废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置 - Google Patents
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Abstract
一种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，包括表面覆盖有光滑金属皮带的接地导轨，设置在接地导轨中部上方的电晕荷电装置，设置在接地导轨尾部上方的荷电衰减分选辊装置，设置在所述的接地导轨尾部下方的小电荷产物收集槽，以及设置在该接地导轨尾部外侧下方的中间体产物收集槽；金属皮带通过第二电刷接地；电晕荷电装置包括圆柱状静电极和丝状电晕极，荷电衰减分选辊装置包括表面为导电金属材质的分选辊、设置该分选辊一侧的毛刷、以及设置在该毛刷下方的大电荷产物收集槽，所述的分选辊通过第一电刷与高压电源连接，并与丝状电极带极性相反电压。本发明同密度分选与光电分选相比具有处理量高、易于工业应用、成本低、高效、结构简单、无三废排放、无污染等特点。
Description
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，涉及多种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，实现对废旧塑料的回收、再生和资源化利用。
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》（明果英等，专利号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选处理系统，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，清洗分选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，本发明方法由破碎分选和清洗分选两步工艺组成。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，清洗分选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选开来。本发明具有分选效果好、资源回收率高、不产生二次污染等特点。废旧塑料手工拣选、两级破碎、磁选、清水浮选，盐水浮选的分选过程，本发明虽然能够实现混合塑料的分选，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。
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》（樊红杰等，专利号201110120653.X），本发明涉及一种废旧电子电器中塑料的分选纯化方法，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选，摩擦旋流器与静电分选机结构描述不清。
中国发明专利《一种废旧塑料识别与分选装置及方法》（华林等，专利号201210220498.3），提供一种废旧塑料识别与分选装置，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选方法。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，进行识别与分选；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，识别与分选难度高，处理量低，难以工业应用。
本发明采用的荷电衰减分选装置及方法，利用塑料颗粒荷电衰减率不同的特性实现分选，适用范围广，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硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置及其分选方法，装置结构简单，成本低廉，实现对废旧塑料的回收、再生和资源化处理。
本发明的技术解决方案如下：
一种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，特点在于其构成包括表面覆盖有光滑金属皮带的接地导轨，设置在该接地导轨中部上方的电晕荷电装置，以及设置在该接地导轨尾部上方的荷电衰减分选辊装置；
所述的金属皮带通过第二电刷接地；
所述的电晕荷电装置包括圆柱状静电极和丝状电晕极，所述的圆柱状静电极与丝状电晕电极平行放置在所述的接地导轨中部上方，所述的圆柱状静电极、丝状电晕极与高压电源串联；
所述的荷电衰减分选辊装置包括表面为导电金属材质的分选辊、设置该分选辊一侧的毛刷、以及设置在该毛刷下方的大电荷收集槽，所述的分选辊通过第一电刷与高压电源连接，所述的和丝状电晕极相连接的高压电源与和第一电刷相连接的高压电源的极性相反。
还包括设置在所述的接地导轨尾部下方的小电荷物料收集槽，以及设置在该接地导轨尾部外侧下方的中电荷物料收集槽。
在所述的接地导轨外围设有由多块绝缘板围成的框架结构，在所述的绝缘板上设置用于调节电晕荷电装置位置的水平滑槽和倾斜滑槽，在所述的绝缘板上还设置有用于调节荷电衰减分选辊装置位置的圆弧滑槽和倾斜滑槽。
所述的电晕荷电装置位置由所述的水平滑槽、倾斜滑槽调节，所述的丝状电晕极与接地导轨表面距离在30mm-80mm可调，丝状电晕极在接地导轨运动方向上具有200mm可调空间。
所述的荷电衰减分选辊装置位置由圆弧滑槽、倾斜滑槽调节，所述的分选辊角度0-90度可调，分选辊表面与接地导轨表面距离在30mm-80mm可调。
所述的接地导轨金属皮带的速度为0-20m/s可调。
所述的分选辊的转速为0-400转/分钟可调。
所述的圆柱状静电极、丝状电晕极和分选辊的电压为0-60kV可调。
所述的荷电衰减分选装置还包括设置在所述的接地导轨首部上方的进料装
置。
所述的进料装置包括喂料器和振动加料器。
本发明的另一个方面，提供一种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选方法，该方法首先通过振动加料器与接地导轨联合加料，然后通过电晕荷电装置将塑料颗粒荷负电，荷电后的颗粒与接地导轨接触实现荷电衰减，保留不同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；具体的分选步骤包括三个过程：
（1）电晕荷电
混合颗粒经由振动加料器加料至接地导轨表面，随接地导轨运动进入电晕荷电区，电晕荷电装置由平行结构排布的圆柱状静电极与丝状电晕极串联组成，当电晕极连接负极高压电源时，电晕电极所产生的负离子轰击而使入料颗粒都带负电荷。
（2）荷电衰减
带负电荷的颗粒随接地导轨运动离开电晕荷电区，接地导轨表面为光滑金属皮带覆盖，金属皮带通过第二电刷实现接地连接。不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同。
（3）收集
荷负电的混合颗粒随接地导轨运动到其末端，接地导轨末端上方配置荷电衰减分选辊，分选辊表面为导电金属材质并通过第一电刷与正极高压电源连接。在接地导轨与分选辊之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的颗粒被带离接地导轨并吸附在分选辊上，随分选辊一起运动被毛刷刷下落入大电荷产品收集区，保留电荷量小的颗粒随接地导轨运动落入小电荷产品收集区，而中间体物料被带离接地导轨且没吸附到分选辊上落入中间体产品收集区。
本发明的原理为混合颗粒由喂料器均匀的送入水平运动的接地导轨上，颗粒随接地导轨运动到电晕荷电区，通过电晕电极所产生的离子轰击而使入料颗粒都带电荷。荷电后的颗粒与接地导轨接触，不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同，接地导轨末端配置荷电衰减分选辊，分选辊连接的高压电源与颗粒带电极性相反，在接地导轨与分选辊之间形成静电场，在不同的静电吸引力的作用下，保留电荷量大的颗粒被带离接地导轨并吸附在分选辊上，随分选辊一起运动被毛刷刷下落入大电荷产品收集区，保留电荷量小的颗粒随接地导轨运动落入小电荷产品收集区，而中间体物料被带离接地导轨且没吸附到分选辊上落入中间体产品收集区，从而实现分选。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置具有结构简单、成本低廉的特点，可以实现混合硬质塑料颗粒的高效分选；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
图1为本发明废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置的结构示意图；
图1中，1为喂料器，2为接地导轨，3为柱状静电极，4为丝状电晕极，5为荷电衰减分选辊，6为毛刷，7为大电荷产物收集槽，8为小电荷产物收集槽，9为中间体产物收集槽，10为绝缘体框架，11为水平滑槽，12为倾斜滑槽，13为圆弧滑槽，14为倾斜滑槽，15为第一电刷，16为第二电刷，17为振动加料器；
图2为本发明中荷电衰减分选方法原理图。
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，一种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，包括接地导轨，电晕荷电装置和荷电衰减分选辊装置，具体的：
所述的接地导轨2表面为光滑金属皮带覆盖，金属皮带通过第二电刷16实现接地连接。接地导轨两侧由绝缘板10围成框架结构，绝缘板10上设置水平滑槽11、倾斜滑槽12用于调节电晕荷电装置的位置与荷电衰减分选辊装置的位置。接地导轨尾部下方设置小电荷产物收集槽8，接地导轨尾部外侧下方设置中间体产物收集槽9；
所述的电晕荷电装置包括圆柱状静电极3、丝状电晕极4，其中：圆柱状静电极3与丝状电晕电极4平行放置在接地导轨2中部上方，圆柱状静电极3与丝状电晕极4连接负极高压电源，电晕荷电装置位置由水平滑槽11与倾斜滑槽12控制在一定范围内可调；
所述的荷电衰减分选辊装置包括荷电衰减分选辊5、毛刷6、大电荷收集槽7，其中：荷电衰减分选辊5表面为导电金属材质并通过第一电刷15与正极高压电源连接，分选辊5设置在接地导轨尾部上方，分选辊5右边侧设置毛刷6，毛刷6下方设置大电荷产物收集槽7，分选辊5位置由圆弧滑槽13与倾斜滑槽14控制在一定范围内可调；
本实施例中，所述的电晕荷电装置的位置由水平滑槽11、倾斜滑槽12调节，丝状电晕极4与接地导轨2表面距离在30mm-80mm可调，丝状电晕极4在接地导轨2运动方向上具有200mm可调空间。
本实施例中，所述的分选辊5的位置由圆弧滑槽13、倾斜滑槽14调节，分选辊5角度为0-90度可调，分选辊5表面与接地导轨2表面距离在30mm-80mm可调。
本实施例中，所述的接地导轨2的金属皮带的运动速度0-20m/s可调；所述分选辊5的转速0-400转/分钟可调。
本实施例中，所述圆柱状静电极3、丝状电晕极4、荷电衰减分选辊5的电压为0-60kV可调。
实施例2
本实施例提供一种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选方法，可以采用如实施例1所述装置实现。该方法首先通过振动加料器17与接地导轨2联合加料，然后通过电晕荷电机构将塑料颗粒荷负电，荷电后的颗粒与接地导轨接触实现荷电衰减，保留不同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；具体的分选步骤包括三个过程：
（1）电晕荷电
混合颗粒经由振动加料器17加料至接地导轨2表面，随接地导轨2运动进入电晕荷电区，电晕荷电机构由平行结构排布的圆柱状静电极3与丝状电晕极4串联组成，当电晕极4连接负极高压电源时，电晕电极所产生的负离子轰击而使入料颗粒都带负电荷。
（2）荷电衰减
带负电荷的颗粒随接地导轨2运动离开电晕荷电区，接地导轨2表面为光滑金属皮带覆盖，金属皮带通过电刷16实现接地连接。不同的物料颗粒荷电衰减率不同，在相同的衰减时间内保留电荷量不同。
（3）收集
荷负电的混合颗粒随接地导轨2运动到其末端，接地导轨2末端上方配置荷电衰减分选辊5，分选辊5表面为导电金属材质并通过电刷15与正极高压电源连接。在接地导轨2与分选辊5之间形成静电场，在静电吸引力的作用下，保留电荷量大的颗粒被带离接地导轨2并吸附在分选辊5上，随分选辊5一起运动被毛刷6刷下落入大电荷产品收集区7，保留电荷量小的颗粒随接地导轨2运动落入小电荷产品收集区8，而中间体物料被带离接地导轨2且没吸附到分选辊5上落入中间体产品收集区9，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圆柱状静电极3、丝状电晕电极4、荷电衰减分选辊5连接的电源电压的影响，电晕电极4与接地导轨2表面间距的影响：电极与接地导轨表面间距加大，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）；反之电极与接地导轨表面间距减小，电源电压加大均使空间电场强度加大，增强电场力作用，适用于大颗粒分选（1.2mm-2mm）；分选辊与接地导轨表面间距大，降低电场力作用，适用于小颗粒分选（0.8mm-1.2mm）；反之分选辊与接地导轨表面间距小，增强电场力作用，适用于大颗粒分选（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)
1.一种废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，特征在于其构成包括表面覆盖有光滑金属皮带的接地导轨，设置在该接地导轨中部上方的电晕荷电装置，以及设置在该接地导轨尾部上方的荷电衰减分选辊装置；
所述的金属皮带通过第二电刷接地；
所述的电晕荷电装置包括圆柱状静电极和丝状电晕极，所述的圆柱状静电极与丝状电晕电极平行放置在所述的接地导轨中部上方，所述的圆柱状静电极、丝状电晕极与高压电源串联；
所述的荷电衰减分选辊装置包括表面为导电金属材质的分选辊、设置该分选辊一侧的毛刷、以及设置在该毛刷下方的大电荷产物收集槽，所述的分选辊通过第一电刷与高压电源连接，
所述的和丝状电晕极相连接的高压电源与和第一电刷相连接的高压电源的极性相反；
还包括设置在所述的接地导轨尾部下方的小电荷产物收集槽，以及设置在该接地导轨尾部外侧下方的中间体产物收集槽。
2.根据权利要求1所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，在所述的接地导轨外围设有由多块绝缘板围成的框架结构，在所述的绝缘板上设置用于调节电晕荷电装置位置的水平滑槽和倾斜滑槽，在所述的绝缘板上还设置有用于调节荷电衰减分选辊装置位置的圆弧滑槽和倾斜滑槽。
3.根据权利要求2所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的电晕荷电装置位置由所述的水平滑槽、倾斜滑槽调节，所述的丝状电晕极与接地导轨表面距离在30mm-80mm可调，丝状电晕极在接地导轨运动方向上具有200mm可调空间。
4.根据权利要求2所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的荷电衰减分选辊装置位置由圆弧滑槽、倾斜滑槽调节，所述的分选辊角度0-90度可调，分选辊表面与接地导轨表面距离在30mm-80mm可调。
5.根据权利要求1所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的接地导轨金属皮带的速度为0-20m/s可调。
6.根据权利要求1所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的分选辊的转速为0-400转/分钟可调。
7.根据权利要求1所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的圆柱状静电极、丝状电晕极和分选辊的电压为0-60kV可调。
8.根据权利要求1所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的荷电衰减分选装置还包括设置在所述的接地导轨首部上方的进料装置。
9.根据权利要求8所述的废旧硬质塑料破碎颗粒的荷电衰减分选装置，其特征在于，所述的进料装置包括喂料器和振动加料器。
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