废旧瓶资源化工艺流程及装备优化

废旧瓶前处理过程是其再利用的关键，直接影响到其产品的品质。废旧瓶前处理工艺流程细分为废旧瓶—分拣—破碎—粗洗—瓶盖、标签分离—高温处理—脱水—精洗—脱水—净瓶片。废旧瓶前处理流程及车间如图2-2和图2-3所示，下面将对废旧PET瓶前处理主要流程进行分别说明。

图2-2　废旧瓶前处理工艺流程

图2-3　废旧瓶前处理车间

（一）整瓶清洗

PET瓶由输送机输送进入洗瓶机。PET瓶按洗瓶工艺要求进行清洗，洗瓶机在洗瓶过程中，同时解开片状瓶砖，洗瓶机对PET瓶中的泥沙和杂质等进行预洗去除，洗瓶工段还可去除残留在PET瓶中的部分PE商标、纸标签和部分胶粘PVC标签。更重要的是，经过加热预洗，PVC瓶物理性状发生变化（相对PET瓶而言，PVC瓶颜色变乳白朦胧色或淡黄色），十分方便后续挑选。

（二）瓶的识别与分拣

废旧瓶的来源非常复杂，常常混入沙土等杂质，且不同品种、不同黏度的瓶片往往混杂在一起，这不仅会对废旧瓶的回收加工造成困难，也会较大地影响生产的制品的质量。因此，废旧瓶前处理不仅要将废旧瓶中的各种杂质清除掉，而且也要将不同品种的瓶分开。

1.废旧瓶的分离方法

废旧瓶的分离方法包括了人工分离、半机械化分离、机械（自动）分离（X射线探测和红外线扫描技术），这几种方法的优缺点如表2-2所示。

表2-2　废旧瓶分离的方法

（1）人工分离与半机械化分离技术。主要依赖操作人员的经验，虽然投资低，但这种方法劳动强度大、效率低、准确率低。

（2）近红外（NIR）识别分拣技术。近红外（NIR）谱区主要是分子振动的倍频和合频吸收。双原子分子非谐振子除了基频跃迁外也可能发生从基态到第二或更高激发态之间的跃迁，这种跃迁称为二级或多级倍频跃迁，产生的吸收谱带称为二级或多级倍频吸收，统称倍频吸收。多原子分子的振动可以看成是由许多简正振动组合而成，它们之间可能发生相互作用，使吸收峰频率近似于二基频的和或差，这种吸收叫合频吸收。NIR吸收很适合用于分析透明的或淡色的聚合物，且相当快捷和可靠。NIR光谱的波数为14300～4000cm-1，适用于大多数通用塑料及工程塑料（PE、PP、PVC、PS、ABS、PET、PC、PA、PU等）的鉴定，因此NIR技术应用较广。该法快捷、可靠，响应时间短，灵敏度高，穿透试样的能力比MIR强。同时，NIR光谱仪无运动部件，易维修。

（3）水浮选器/水力旋流器分离技术。这种分离回收技术的原理是根据瓶上各种组分的比重不同，利用气流分选器、水溶液洗涤剂、水浮选器/水力旋流器、静电分离器等分离出标签、胶、HDPE、铝等，最后得到纯PET。其中气流分选主要分离出PET瓶的标签，水浮选分离出其中的HDPE瓶盖。

在PET瓶前处理过程中，由于原料情况的不同以及用户对最终产品的要求不同，对分选设备的要求和布置就各有不同。应该遵循分选设备的互补性、杂质分选的全面性、特殊杂质的针对性原则。

2.分选设备的互补性

当某一瓶子通过一分选机进行分选，未能被分选机有效分离出来（分选效率都小于100%），这说明该瓶子本身可能具有不易被分选机识别出来的特性，比如标签、脏物质、物质形状等因素。如果该瓶子再次通过同样的第二台分选机，第二台机器也有非常大的可能误判该瓶子，因为该瓶子对两台分选机来说是一样的。这就说明，如果串联两台基本一样的分选机来提高生产线的分选效率，结果肯定是不理想的。用两台分选机来提高最终产品质量的情况下，必须考虑分选设备的互补性，比如说，前一台分选机是反射光正分选，那第二台采用穿透光的负分选来互补性能，从而把一些漏选的杂质高效地分离出来。

3.杂质分选的全面性

长丝级或瓶级将是未来主要质量要求，在这种情况下，设计分选中心一定要考虑原料的特性，对原料中可能存在的杂质进行充分的考虑。对于从废弃物分选工厂或超市回购的瓶子，主要杂质一般为各种不同的塑料。从垃圾或填埋场里再次回收的瓶子可能带有很多其他杂质，这些杂质的不同都会对分选机的安排产生影响。

4.特殊杂质的针对性

在PET回收的所有杂质中，特别是高品质PET回收中，PVC依然是最重要，也是最难控制的，这就需要在设计分选方案时对PVC有一个特殊的考虑，从而能使PVC在最终产品中有非常好的控制。

对于分选机来说，有正分选和负分选的区别，所谓正分选，就是在进料的瓶子中，将需要的瓶子打出来，同理可得，负分选就是在进料的物料中将杂质从原料中打出。表2-3为分选机正分选和负分选的区别。

表2-3　分选机正分选和负分选的区别

5.分选的案例分析

案例一：

在原料较好，并且有过较好的预处理情况下，推荐使用以下方案（图2-4）。

图2-4　分选方案一

该方案主要是：第一台采用反射光分选，将所有杂质包括不透明的塑料在第一道分选时去除，同时还有可能少量的PVC遗漏后进入第二道穿透光精分选设备。在第二台设备里，由于是穿透光精分选，PVC在此得到针对性的处理，这样两台分选机达到了很好的互补（穿透光和反色光），颜色分选可以将有颜色的、不透明的（包括PVC标签的全包瓶）进行分选，从而进一步减少人工和PVC标签可能带来的对最终产品质量的污染。

在此方案中，如果去掉颜色分选，会使人工成本上升，如果去掉一台材质分选机，由于没有互补性存在，可能会导致PVC含量的升高，用户可以结合自己的实际情况和要求对分选设备进行取舍。

案例二：

该方案主要针对材质比较混杂，前段并没有进行非常细致的预处理生产线（图2-5）。(www.xing528.com)

第一道反射光正分选，将所有PET瓶从物料流中分选出来，通过第二道穿透光负分选精选PET瓶，这样达到两台设备的互补性。由于第一台采取了正分选，所有杂质的多样性问题得到解决，第二台穿透光精分选也同样对PVC杂质有了针对性的处理，从而确保了最终产品的高品质。

同样，该方案可以根据对最终产品的要求来减少颜色分选机或者一台材质分选机来适合于不同预算和要求的清洗线。

图2-5　分选方案二

（三）废旧瓶的破碎

废旧瓶的形状复杂、大小不一，必须经过破碎或剪切等手段将其破碎成一定大小的物料，方可进行再利用加工。通常使用撕碎机或切粒机对废聚酯进行切片处理。有的废旧聚酯瓶只进行一次破碎，有的先进行粗破碎后再细破碎，最终成为1.0～1.5cm大小的碎片。

（四）瓶片的清洗

废旧瓶通常会不同程度地沾有各种油污、灰尘和垃圾等，必须清洗掉表面附着的这些外部杂质，以提高再利用制品的质量。清洗方法主要有手工清洗和机械清洗两种。清洗设备主要可分为立式和卧式两种类型。干燥设备主要有热风干燥机、真空干燥设备和红外线干燥器等。

不同来源的瓶片清洗过程有混合、输送、搅拌清洗（水温90～95℃，时间30min）、输送、脱水、一道清洗（密度差）、输送、二道清洗（密度差）、脱水、气流输送、筛选（大尺寸筛除）、批料混合等，瓶片的清洗车间见图2-6。

（五）瓶片的干燥

瓶片中的水分包括自由水分、平衡水两部分。可用下式表示：

F=F′+F∗

式中：F为切片的含水量；F′为自由含水量；F∗为平衡含水量。

自由水分是可以被去除的水分；平衡水分是与一定的干燥条件相平衡、不能被完全去除的水分。降低平衡水分关系到切片的最终含水量能否符合纺丝要求。因此，切片干燥的关键是减少平衡水分。根据亨利定律：

F∗=KP

式中：K为平衡常数；P为水气分压。

由式可知，若要降低平衡水分，必须降低水气分压。抽真空、空气脱湿、提高温度等均可降低水气分压。

图2-6　瓶片清洗车间

水分去除的速度取决于干燥介质的温湿度和水分与切片的结合形式。根据水分子与切片的结合形式，可将切片中的水分为表面吸附水与内部结合水。自由水分基本属于表面吸附水，存在于切片表面空隙中，比较容易去除；平衡水分基本属于水分子间水分，其中部分水分子与聚酯大分子形成氢键，很难去除。只有当切片内部与表面存在水气分压差时，内部结合水由于温度升高而加剧运动，才能扩散到切片表面，进而蒸发，被干燥介质带出。切片内的水分扩散到表面较困难，必须有足够的时间才能达到平衡。水分的平衡是切片内部与表面的平衡，又是切片表面与干燥介质的平衡。表2-4是纺丝级回收再利用聚酯瓶片与原生纤维切片干燥对比。

表2-4　纺丝级回收再利用聚酯瓶片与原生纤维切片干燥对比表

针对来源差异性低、品质高的废瓶，可以通过以上的前处理工艺后用于纺丝成形加工。循环再利用瓶片如图2-7所示。诸如其他类似的废旧PET材料如厚度较高的薄膜等均可以按照以上工艺流程进行前处理。但针对批次混杂、黏度差异大的瓶片，工业上还增加了瓶片熔融均化与造粒环节。其中均化过程是将不同黏度大小的废旧瓶片及其助剂或改性剂实施混合使其均匀的过程。低黏度的瓶片在均化过程中会通过一定的方法使其相对分子质量增加。在完成均化增黏等过程中废旧瓶片形成的熔体一方面可以直接用于纺丝，另一方面可以造粒，形成特定形态结构大小的粒子，再用于后面的加工。为保证循环再利用切片的质量，再生装置中采用了水下切粒的方式实现切片的生产，离心脱水的方式可有效地去除产品表面的水分。水下切粒机具有自动化程度高、产量大、占地面积小、引料速度快的优点，切割室的快速更换，降低了生产投资成本，保证了循环再利用切片装置的持续运行。

图2-7　循环再利用PET瓶片