Материал, который нужно подготовить к новой работе
Механическая переработка пластмасс начинается не с выбора одной дробилки, а с подготовки потока отходов к повторному использованию. В книге под редакцией Ф. Ла Мантии эта работа раскрыта прежде всего в главе 4 «Способы предварительной обработки»: запас сырья и его перемещение, уменьшение размеров, разделение, очистка, удаление влаги и кондиционирование. Ниже изложена логика этих операций по русскому изданию 2006 года. Это историческое описание технологии, а не современный регламент настройки промышленной линии.
Задача дробления состоит в том, чтобы получить частицы подходящих размеров и формы, уменьшить занимаемый отходами объем и сделать поток более однородным. Но одинаковый размер не означает одинаковый состав, а очищенная поверхность еще не означает достаточную сухость. Поэтому измельчение связано с последующими операциями: фракционирование выделяет геометрически близкие частицы, сортировка разделяет материалы по свойствам, промывка удаляет загрязнения, сушка подготавливает сырье к дальнейшей обработке. Последовательность здесь служит объяснением связей между операциями, а не утверждением, что всякая установка обязана выполнять их в одном неизменном порядке.
Запас и подача сырья
Хранение позволяет согласовать поступление отходов с расходом перерабатывающей линии. Крупные изделия и пленку можно прессовать в кипы, сокращая занимаемый объем. После измельчения важны уже другие свойства: сыпучесть, склонность к слипанию и прилипанию к стенкам. Сухие бункеры работают как промежуточные накопители; перемешивание поддерживает однородность, а шнековые дозаторы обеспечивают подачу на следующие стадии. Для порошка и гранул в книге также описаны мешки «биг бэг» и контейнеры.
Влажный бункер между размолом и промывкой препятствует агломерации и связывает мелкие частицы, но создает собственную задачу: частицы разной плотности могут разделяться уже при хранении. Поэтому влажную массу перемешивают. Выбор сухого или влажного накопления связан не только с местом на складе, но и с состоянием сырья на следующем этапе.
Транспортирующее оборудование подбирают по форме и размеру отходов. Ленточные конвейеры перемещают объемные и грубо нарезанные материалы; ковшовые обеспечивают значительный подъем; винтовые могут передавать сухое или влажное сырье и участвовать в дозировании. В поточных системах частицы переносятся газом либо жидкостью. Гидравлический перенос связывает прежде всего влажные операции. Эти устройства образуют связи между рабочими аппаратами, а не заменяют собственно очистку или измельчение.
Как выбирают способ измельчения
Для выбора дробильного оборудования существенны твердость, эластичность и чувствительность пластмассы к теплу. В книге различаются грубое измельчение с частицами больше 20 мм, среднее от 1 до 20 мм, тонкое от 20 мкм до 1 мм и самое тонкое меньше 20 мкм. Это классификация данного источника, а не универсальная спецификация качества вторичного сырья. Требуемая крупность определяется тем, куда материал поступит дальше.
Эластичные термопластичные отходы удобно разрушать резанием. Гильотинный резак предварительно делит кипы, рулоны и другие объемные предметы; машины с медленно вращающимися зубчатыми роликами разрывают их при большом крутящем моменте. На результат влияют число и размеры зубьев и ширина роликов. Пилы позволяют разрезать крупные отходы, но низкая теплопроводность полимеров заставляет уделять внимание отводу тепла вместе со стружкой. Таким образом, предварительная резка делает неудобный крупный объект пригодным для следующей ступени измельчения.
В резательной мельнице материал попадает между неподвижными ножами статора и вращающимися ножами ротора. Сито под камерой ограничивает размер выходящих частиц. Его устройство влияет и на производительность, и на однородность продукта: источник противопоставляет более производительные квадратные отверстия круглым, дающим более равномерную грануляцию. Горизонтальные и вертикальные мельницы различаются компоновкой; компактные вертикальные конструкции описаны преимущественно как вспомогательные. Значение имеет не одно название машины, а сочетание ее геометрии с геометрией сырья.
Ударное измельчение основано на столкновении материала с твердым рабочим органом или другими частицами и особенно подходит для хрупких пластмасс. В молотковой мельнице закрепленные на роторе подвижные молотки разрушают сырье, после чего оно проходит через сито. Возникающий воздушный поток требует отделения пыли. Для более тонкого помола источник описывает ударные истиратели, струйные и нагнетательные мельницы, а также машины с зубчатыми дисками. Последние приводятся и для резин и мягких термопластов: общее предпочтение резания для эластичного сырья не отменяет специально подобранных вариантов оборудования.
Другую группу составляют машины, разрушающие материал между взаимодействующими поверхностями. Щековые дробилки применяют для грубого расщепления; зазор между щеками определяет крупность продукта. Винторезные измельчители служат предварительной обработке крупных изделий. В валковых машинах конечный размер связан с зазором между валками, а профиль рабочих поверхностей выбирается по сырью. Источник особенно связывает воздействие давления и ударного дробления с хрупкими пластмассами.
Если упругость мешает тонкому помолу, материал можно предварительно охладить. Криогенное истирание с жидким азотом повышает хрупкость и позволяет измельчать эластичные отходы. В составных изделиях различие температурных деформаций помогает разъединять компоненты; книга иллюстрирует это переработкой шин с выделением резины, текстиля и стали. Речь идет о физическом разрушении и разделении, а не о растворении составляющих. Такой способ является специальным вариантом, а не обязательным этапом любой линии.
Размер частиц и состав потока: две разные задачи
После дробления поток можно разделить по размеру и форме. При просеивании отверстия сита задают условие прохождения частиц, однако реальный результат зависит от их геометрии: длинная узкая частица способна пройти там, где равноразмерная по длине округлая задержится. Поэтому просев не дает идеального разделения по единственному размеру. Вращающиеся барабаны перемешивают сырье, вибрационные экраны сочетают продвижение с просеиванием, а мокрые экраны могут одновременно отводить воду и мелкие частицы.
Во фракционировании потоком разделение зависит от поведения частиц в движущейся среде. Играют роль масса, площадь поверхности и скорость осаждения. В зигзагообразном воздушном сортировщике восходящий поток уносит легкую пылевую фракцию, пока основная масса движется вниз. Валковое разделение использует форму: плоские фрагменты и объемные изделия ведут себя различно. Эти приемы показывают, почему подготовка геометрии потока нужна перед более избирательной сортировкой.
Сортировка, в отличие от фракционирования, выделяет материалы по их свойствам. Источник отмечает пользу предварительного выравнивания размеров и трудности из-за перекрывающихся свойств разных пластмасс, особенно плотностей полиолефинов. Из крупных отходов можно вручную или с помощью оптического распознавания выделять разные изделия; магнитные устройства удаляют металлические включения. Это еще не означает, что все пластмассы автоматически разделены по химическому типу.
Для измельченного сырья распространено разделение в жидкости выбранной плотности: более легкая фракция всплывает, более тяжелая опускается. Подбор среды меняет границу разделения. Гидроциклоны и сортирующие центрифуги используют центробежное поле; для работы гидроциклона как сепаратора книга особо требует одинакового размера частиц. Пример подготовки к центрифуге включает влажное измельчение, фрикционную мойку и получение перемешанной гидросмеси. Он связывает разделение с предшествующей очисткой, а не представляет аппарат самостоятельным решением всех проблем сырья.
Другие признаки разделения дополняют плотность. Различная смачиваемость используется во флотационных процессах; электростатическая сортировка опирается на заряд и поверхностные электрические свойства частиц. Для описанного в книге электростатического способа существенны чистота и сухость материала; сложную многокомпонентную смесь приходится обрабатывать в сочетании с другими методами. Инфракрасное распознавание связано с молекулярной структурой полимера, тогда как рентгенофлуоресцентный контроль хлора помогает выделить ПВХ, но сам по себе не различает ПЭТ и полиэтилен. Следовательно, датчик выбирают под конкретную задачу разделения.
Граница механического маршрута проходит там, где требуется иной способ разделения. Глава также рассматривает селективное растворение: оно может разделять пластмассы одинаковой плотности, но требует подбора растворителей и температур. Это смежный метод подготовки, а не разновидность дробления. Отдельно описанное низкотемпературное разъединение использует охрупчивание и различную усадку; несмотря на заголовок «Низкотемпературное растворение», изложенный механизм не требует представлять материал как раствор. Эти различия важны, чтобы не смешивать принцип операции с неточным названием.
Промывка и сушка
Промывка включает вымачивание, механическое отделение приставшей грязи и удаление отделенной грязи из потока. Вымачивание уменьшает потребность в механическом воздействии; интенсивное перемешивание, турбинные и фрикционные машины помогают очищать сильно загрязненные частицы. После этого загрязнения необходимо вывести, иначе само отрывание их от поверхности не завершит очистку. При оборотном использовании воды нужна ее очистка. Влажная обработка поэтому связывает движение пластмассы с отдельным движением воды и примесей.
После влажных стадий нужно уменьшить остаточную влажность. Сначала воду удаляют механически: через экраны и дренажные шнеки, затем в центрифугах или ступенчатых сушильных аппаратах. Геометрия сырья снова важна: пленочные частицы могут закрывать отверстия центрифуги, ухудшая обезвоживание. Термическая сушка обычно следует за механической и доводит состояние материала до уровня, необходимого для дальнейшей обработки. В конвекционных устройствах горячий воздух одновременно переносит материал и подводит тепло.
Сухость нельзя оценивать одинаково для всех полимеров. Глава особо выделяет полиамиды, ПЭТ и другие полиэфиры из-за опасности гидролитического разрушения. Поэтому результат предварительного обезвоживания не следует автоматически считать готовностью к переработке расплава. Приведенные в книге численные уровни влажности относятся к ее описанию оборудования и материалов; статья не превращает их в универсальный современный режим сушки.
От подготовленных частиц к удобному вторичному сырью
Кондиционирование меняет форму подготовленного материала так, чтобы его было легче хранить, перемещать и дозировать. При агломерации частицы объединяются, в том числе с небольшим оплавлением поверхности под действием давления и сдвига. Полного расплавления в этом варианте нет, поэтому нельзя одновременно очистить массу фильтрацией расплава. Термическая агломерация особенно связана с пленками; излишне крупные агломераты затем разрушают или режут, получая более удобный сыпучий продукт.
Повторная грануляция отличается тем, что пластмассу расплавляют в экструдере. В описанной главой цепочке с пластификацией связаны гомогенизация, стабилизация и фильтрация перед получением гранул. Здесь механическая подготовка подходит к стадии переработки расплава: измельченное сырье становится не просто более мелким отходом, а материалом в форме, пригодной для последующего использования. Подробный подбор стабилизаторов относится к другой теме и не заменяет объяснения предшествующих операций.
Фильтрация расплава удаляет посторонние включения и трудно расплавляемые полимерные частицы. Выбор системы зависит от загрязненности и допустимости перерывов потока: замена сита может менять давление и качество выходящего материала. Непрерывные системы и обратная промывка позволяют поддерживать работу и очищать фильтрующую поверхность, но разные конструкции имеют собственные ограничения по виду загрязнений и полимеру. Поэтому ни одно упоминание фильтра не означает, что он пригоден для любого смешанного мусора.
Гранулы получают холодной или горячей резкой. В первом случае расплав охлаждают и сформованные стержни подают на резаки. Во втором его режут при выходе через перфорированный диск до затвердевания, а затем охлаждают водой или воздухом. Это завершает описанную цепочку получения подготовленного вторичного сырья, но еще не изготовление конечного изделия.
Что определяет результат всей цепочки
Смысл механической переработки состоит в согласовании операций с исходным материалом. Крупный предмет нужно сделать доступным рабочим органам; полученные частицы требуется разделить и очистить; воду после очистки удалить; форму продукта привести к потребностям следующего процесса. Сильное измельчение само по себе не решает проблему смешения полимеров, сортировка не отменяет мойку, а удобные гранулы не доказывают отсутствия примесей. Глава позволяет понять именно эту взаимозависимость, а не выбрать универсальную машину на все случаи.
Иллюстрации главы сохранились в доступном OCR неполно: классификационные схемы, изображения аппаратов и график областей применения сит не восстановлены; табличное сравнение роторов имеет нарушенную раскладку. Поэтому здесь использованы связные текстовые объяснения принципов, без реконструкции чертежей, табличных преимуществ отдельных роторов или точных диапазонов с графика. Это ограничивает инженерную детализацию, но не требует сокращать тему до перечня мельниц: текст последовательно раскрывает все основные операции подготовки и повторной грануляции.