劉海軍，孫井坤，王洪江，劉成海

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院，大慶 163319；2.東北農(nóng)業(yè)大學工程學院）

隨著包裝工業(yè)的發(fā)展，包裝工業(yè)在促進國民經(jīng)濟發(fā)展的同時，給環(huán)境也帶來了一定的危害，包裝廢棄物所造成的環(huán)境污染也日益嚴重。包裝所帶來的環(huán)境污染僅次于水質(zhì)污染、海洋湖泊污染和空氣污染，中國每年生產(chǎn)的包裝制品在使用后被丟棄為70%[1]。為解決資源與環(huán)境問題，世界上很多發(fā)達國家都把“廢棄物資源化”作為國家經(jīng)濟建設(shè)的重點，包裝的創(chuàng)新也從“綠色革命”轉(zhuǎn)向包裝資源化的“二次革命”，使包裝廢棄物從焚燒、填埋等單一的行業(yè)性處理轉(zhuǎn)向資源化再利用。

目前，我國包裝產(chǎn)品的回收率還遠低于發(fā)達國家，我國的包裝廢棄物給環(huán)境帶來了巨大的資源浪費和環(huán)境負荷。目前世界上主要發(fā)達國家的再生資源回收總值已達到每2 500 億美元，并且以每年15%～20%的速度增長[2-4]。包裝廢棄物中含有紙、塑料、金屬、玻璃等大量能源資料，利用再生資源進行生產(chǎn)，可以節(jié)約自然資源，遏制垃圾泛濫。

1 工藝設(shè)計

1.1 生產(chǎn)工藝流程確定

通過預處理將回收的食品紙塑鋁包裝廢棄物破碎、清洗、消毒，然后利用水力碎漿及滾筒篩選的方法將碎紙漿與鋁塑篩渣分離，碎紙漿經(jīng)造紙程序形成成品紙漿，而鋁塑篩渣經(jīng)鋁塑分離形成成品鋁、塑粒子。每天處理10 000 kg 紙塑鋁包裝廢棄物工藝流程如圖1 所示。

圖1 回收工藝流程圖Fig.1 Recovery process diagram

1.2 工藝要點

水力碎漿：水力碎漿是借助極高的摩擦力與液壓，將包裝片材擠壓成圓形的物體，紙漿中的纖維會吸收水分變蓬松狀態(tài)，因此會與鋁箔和聚乙烯分離。經(jīng)過水力碎漿、分離紙漿后的復合包裝剩余部分為1層20～30 μm 厚的鋁箔和2 層30～80 μm 厚的低密度聚乙烯層[5-6]。滾筒篩選：不僅使物料在篩料網(wǎng)上的時間大大縮短，而且能使篩下的料向下層流動，篩上物隨著篩網(wǎng)的傾斜滾動向前移動，從而避免了振動篩容易堆積、容易夾料、物料在進料區(qū)域停留時間過長的問題。而且多級篩網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格可以使鋁塑碎片與纖維完全分開。

攪拌剝離：鋁塑分離可采用濕法分離，濕法分離主要由所選用剝離劑成分、濃度、反應池溫度和鋁塑篩渣尺寸等多個因素所決定。采用甲酸為剝離劑，所以使用甲酸剝離劑的浸泡使氧化鋁溶解，將鋁塑分開。鋁塑篩渣中的鋁是以氧化物Al2O3形式存在，Al2O3是一種兩性氧化物，會接受由甲酸電離產(chǎn)生的質(zhì)子，生成[Al（OH2）6]3+（aq）其反應過程如式（1）和式（2）所示：

隨著式（2）中H+不斷被消耗，式（1）中反應平衡向右移動，甲酸源源不斷提供H+，直到充分反應。

剝離劑選擇：如果反應剝離劑用強酸，以鹽酸為例，當鋁塑與鹽酸接觸時，便發(fā)生巨烈反應，鋁箔很快就溶解，鋁的損失率達到100%，溶液中僅剩下塑料。因為鹽酸為強酸，完全電離，在pH=1 時，鹽酸無法提供足夠的H+消耗鋁箔和塑料層之間的Al2O3。因此使用強酸作為反應剝離劑不可行。如果反應剝離劑用弱酸，由于甲酸、乙酸在50 ℃時的電離常數(shù)分別為4.87 和6.06，由此可知等濃度的甲酸酸性強于乙酸，甲酸對鋁塑的分離速率比乙酸快，又因為甲酸作為剝離劑時，鋁的損失率較乙酸低，僅為0.24%，所以，選擇甲酸作為鋁塑剝離劑。

分揀過濾：根據(jù)塑料和鋁箔的密度差異（塑料密度為910～940 kg·m-3，鋁的密度為2 690 kg·m-3）進行分揀過濾，分開后的鋁塑，塑料漂浮在反應池上層，而鋁則在反應池下部，采用人工分揀即可。洗滌烘干：將分揀后的鋁與塑料分別洗滌，以去除殘存的剝離劑，由于含有剝離劑，所以用于洗滌的水可以經(jīng)濃縮等步驟后利用，重新用于反應池。洗滌后的鋁與塑料要進行烘干，考慮實際能耗與時間因素，烘干溫度定為80 ℃較為適宜。烘干后，得到最終產(chǎn)品鋁箔和塑料片材。高度除渣：主要是利用除渣器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動漿水轉(zhuǎn)動，利用雜質(zhì)與漿水的密度不同，去除密度較大的雜質(zhì)，如金屬、石塊等?？p篩篩選：利用形狀不同，網(wǎng)孔大小不同，對漿水進一步的精細過濾。疏解：利用高頻疏解機進行疏解，當高頻疏解機高速旋轉(zhuǎn)時，漿料通過動盤與靜盤間反復多次撞擊而使纖維被分散疏解。由于動靜盤間有適當?shù)拈g隙，纖維僅作單純的分散，不損傷纖維。逆向除渣：逆向除渣主要是由逆向除渣器完成。逆向除渣器的工作原理是應用紙漿與雜質(zhì)比重差異進行分離的除渣器之一。優(yōu)勢在于能有效去除輕質(zhì)雜質(zhì)，并且能夠提高釀漿濃度，回收長纖維。

2 設(shè)備選型

該回收工藝的設(shè)計能力為每天10 000 kg，所選設(shè)備能力應與之匹配。根據(jù)目前國內(nèi)篩分設(shè)備單臺處理能力及篩分效率，進料輸送機的電機型號為Y2-100L1-4/B5，每分鐘175 轉(zhuǎn)，為了便于檢修及留有余量，摩擦上料機選擇兩臺，電機功率4 kW，型號為Y-112M-4/B5。漿泵選擇3 臺，型號為75LZ，生產(chǎn)能力為220 m3·h-1。設(shè)備選型清單見表1。

表1 設(shè)備一覽表Table1 Equipment schedule

3 結(jié)論

紙塑鋁復合包裝廢棄物的回收再利用是綠色包裝的一部分，通過包裝廢棄物的回收工藝，可將碎紙漿與鋁塑篩渣分離，碎紙漿經(jīng)造紙程序形成成品紙漿，而鋁塑篩渣經(jīng)鋁塑分離形成成品鋁、塑粒子。所選設(shè)備的生產(chǎn)能力與回收工藝10 t·d-1的設(shè)計能力相匹配，能夠滿足回收工藝的要求。

［1］姜玉泉.淺論紙塑鋁復合包裝回收再利用［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（11）：151.

［2］王莉.利樂包的印制及回收工藝探討［J］.包裝工程，2006，27（3）：79-81.

［3］曹西京，張婕.包裝廢棄物回收物流管理的探討［J］.包裝工程，2009，30（5）：189-191.

［4］金雅寧，周炳炎，李麗，海熱提.我國復合包裝廢物回收體系和回收對策研究［J］.中國包裝，2009（3）：24-28.

［5］彭國勛，許曉光.包裝廢棄物的回收［J］.包裝工程，2005，26（5）：10-13.

［6］李慶達，于海明，張偉，胡軍，王黎明，汪春，孫勇.稻秸稈生物質(zhì)成型燃料物理特性的研究［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2012，24（4）:11-14.