區(qū)輝彬

（1.廣東天保新材料有限責(zé)任公司，廣東鶴山529727；2.廣東省廢塑料分選及利用集成裝備與工藝工程技術(shù)研究中心，廣東鶴山529727）

塑料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、絕熱性和力學(xué)性能，且密度小、易于加工，因此被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、機(jī)械工業(yè)、建筑、交通運(yùn)輸、國(guó)防和醫(yī)療等眾多領(lǐng)域中[1-3]。然而，隨著塑料制品的使用量增加，塑料廢棄物也越來越多，并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。因此，如何回收處理廢舊塑料，并對(duì)其進(jìn)行再生利用，是塑料行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要課題，也是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵所在。廢舊塑料的回收利用方法主要有能量回收、物理回收和化學(xué)回收，其中能量回收是通過燃燒的方式獲得廢舊塑料的熱能；物理回收是將廢舊塑料經(jīng)分選、清洗、破碎等工藝過程后，重新熔融造?；蚣庸こ尚轮破罚换瘜W(xué)回收是通過熱分解或化學(xué)分解等技術(shù)，將廢舊塑料中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化成石油化工原料[4-6]。

物理回收由于加工工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低、投資少，在我國(guó)廢舊塑料再生行業(yè)中最具生產(chǎn)規(guī)模，也是目前國(guó)家主要支持的廢舊塑料回收利用方向之一。然而，如果將混合廢舊塑料直接機(jī)械加工，其產(chǎn)品價(jià)值低、性能差且不穩(wěn)定。為加大廢舊塑料的回收利用和提高再生產(chǎn)品價(jià)值，混合塑料的分選尤其重要?；旌蠌U舊塑料的分選是指利用化學(xué)組成、透光率、密度等各種特性差異，將混合狀態(tài)的廢舊塑料分離成單一組分，得到優(yōu)質(zhì)的回收塑料[7]。廢舊塑料經(jīng)分選后純度得以提高，有利于制成質(zhì)量更好的再生產(chǎn)品，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。文中介紹廢舊塑料回收利用中常用的分選技術(shù)及設(shè)備，并通過日雜非中空類塑料的分選技術(shù)工程方案來闡述不同分選技術(shù)及設(shè)備在現(xiàn)代化和智能化的再生資源綜合處理設(shè)施中的應(yīng)用。

1 廢舊塑料分選技術(shù)

廢舊塑料的分選技術(shù)可以分為傳統(tǒng)分選方法和近代分選方法。傳統(tǒng)分選方法有人工分選、密度分選、風(fēng)力分選等；近代分選方法有顏色分選、近紅外光譜（NIR）分選等。不同方法對(duì)分離混合廢舊塑料都是有效的，但是這些方法在使用范圍、分離效率、準(zhǔn)確性以及工業(yè)化應(yīng)用方面各有優(yōu)缺點(diǎn)[8-11]。

1.1 人工分選

人工分選是利用操作人員的識(shí)別經(jīng)驗(yàn)或借助簡(jiǎn)單的儀器，對(duì)部分體積較大的塑料制品進(jìn)行分類處理，例如：各種家用電器外殼、塑料家具、大件兒童玩具等。該方法對(duì)設(shè)備要求較低，但對(duì)操作人員的分選經(jīng)驗(yàn)要求較高。人工分選的效果是機(jī)器難以替代的，但存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。

1.2 篩分分選

篩分分選是利用機(jī)械篩將破碎后的廢舊塑料按大于和小于篩孔的物料通過滾動(dòng)、振動(dòng)的方式分離的技術(shù)。該方法無法識(shí)別廢舊塑料種類，在實(shí)際應(yīng)用中往往與其他分選技術(shù)配合使用，得以獲得理想的廢舊塑料分選效率。

1.3 密度分選

密度分選是利用不同種類塑料間密度的差異進(jìn)行廢舊塑料分離的技術(shù)。在工業(yè)上，將破碎的混合廢舊塑料依次通過盛有不同密度液體（常用的液體有自來水、飽和食鹽水、氯化鈣溶液等）的分離槽，然后根據(jù)塑料在液體中的浮沉情況對(duì)塑料進(jìn)行分類。該方法操作簡(jiǎn)單，適用于分離密度差異較大的塑料顆粒，但缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生大量廢水，且無法分離密度相近的塑料。

1.4 風(fēng)力分選

風(fēng)力分選是利用塑料顆粒在空氣流中因粒徑、形狀、密度等差異予以分離，適合于密度差較大的物料之間的分離。風(fēng)力分選將經(jīng)破碎的塑料放在分選裝置內(nèi)噴射，風(fēng)從橫向或逆向吹入，利用不同塑料對(duì)氣流的阻力與自身重力的合力差異進(jìn)行分選。該方法是目前使用最廣泛的混合廢舊塑料分離方法，常用于分離形狀和尺寸均勻但密度差異較大的塑料顆粒，也可用于去除塑料中的砂石和金屬等雜質(zhì)。

1.5 電磁分選和渦電流分選

電磁分選是利用分選設(shè)備產(chǎn)生的磁場(chǎng)使磁性物質(zhì)從混合廢舊塑料中分離出來的方法，該方法主要用于去除廢舊塑料中混雜的鐵磁性金屬雜質(zhì)。另一方面，渦電流分選是利用物質(zhì)導(dǎo)電率不同的一種分選技術(shù)，適用于高電導(dǎo)率低密度物質(zhì)與低電導(dǎo)率高密度物質(zhì)及導(dǎo)體與非導(dǎo)體之間的分離。渦電流分選可有效回收混合廢舊塑料中的有色金屬（如銅、鉛、鋅等）。電磁分選和渦電流分選聯(lián)合使用，可同時(shí)去除廢舊塑料中的鐵磁性和非鐵磁性金屬雜質(zhì)。

1.6 顏色分選

顏色分選是根據(jù)塑料的顏色差異進(jìn)行分離的技術(shù)。其工作原理是廢舊塑料通過數(shù)個(gè)濾色器后，把各個(gè)不同的亮度換算成電流值并以此識(shí)別，然后通過分離裝置實(shí)現(xiàn)不同顏色塑料的分類。該方法適用于分離顏色存在差異的塑料制品，但不能用于識(shí)別廢舊塑料的材料種類。

1.7 光選

不同種類的塑料具有不同的光譜性能，通過不同的光介質(zhì)對(duì)聚合物進(jìn)行掃描，可以快速、準(zhǔn)確地鑒別出廢舊塑料的材料種類。目前，應(yīng)用于廢舊塑料鑒別的光學(xué)分選方法主要有X射線分選（XRT/XRF）、近紅外光譜分選（NIR）、中紅外光譜分選（MIR）、激光光譜分選（LIBS）等[12-14]。其中，近紅外光譜分選由于具有光譜分析信號(hào)獲取容易和信息量豐富的優(yōu)點(diǎn)，加上該光譜譜區(qū)自身具有的譜帶重疊、吸收強(qiáng)度較低等特點(diǎn)，是目前廢舊塑料分選領(lǐng)域中使用最廣泛和最具規(guī)模的光學(xué)分選方法。該方法適用于大多數(shù)塑料的識(shí)別，而且快捷、可靠、靈敏度高，但缺點(diǎn)是無法識(shí)別深色的塑料。因此，常在廢舊塑料的分選過程中，聯(lián)合顏色分選使用，提高分選效果。

2 廢舊塑料分選設(shè)備

2.1 風(fēng)力分選設(shè)備

風(fēng)力分選設(shè)備的工作原理是利用混合廢舊塑料中的各種物料在空氣介質(zhì)中因不同受力下的沉降差異而將其分離。按氣流送入方向的不同，風(fēng)力分選設(shè)備可分為水平式和垂直式兩種類型。其中，水平式風(fēng)力分選設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，但橫向尺寸較大，占地面積多；垂直式分選設(shè)備分選效率高，占地面積少，但風(fēng)道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常采用鋸齒形或多段式分選。另外，風(fēng)力分選機(jī)一般情況下都是采用循環(huán)的氣流，加上廢舊塑料中常帶有大量的粉塵，因此，經(jīng)過風(fēng)力分選后的氣流首先在集塵裝置中進(jìn)行除塵，然后再用鼓風(fēng)機(jī)送回分選機(jī)中繼續(xù)使用，形成循環(huán)氣流。

2.2 電磁分選設(shè)備

電磁分選設(shè)備是在產(chǎn)業(yè)界使用最廣泛的、通用性高的機(jī)種之一，適用于具有磁性差異物質(zhì)的分離。在廢舊塑料回收處理過程中，電磁分選設(shè)備常用于去除混雜于塑料中的鐵磁性物質(zhì)。磁選機(jī)種類繁多，按照工作主體部分構(gòu)造的不同，可以分為：筒式磁選機(jī)、輥式磁選機(jī)、盤式磁選機(jī)、環(huán)式磁選機(jī)等。其中，筒式磁選機(jī)是目前最通用的磁選機(jī)之一，主要由圓筒、磁系、槽體和傳動(dòng)部分組成。筒式磁選機(jī)以圓筒作為磁選功能構(gòu)造，多為弱磁場(chǎng)及中磁場(chǎng)磁選機(jī)，外部有圓筒保護(hù)內(nèi)部磁系，因此被稱為筒式；而輥式磁選機(jī)的磁選工作是在具有環(huán)帶式構(gòu)造的圓輥上完成的，主要包括外部產(chǎn)生磁場(chǎng)的感應(yīng)輥型磁選機(jī)和自身產(chǎn)生磁場(chǎng)的永磁輥型磁選機(jī)。

2.3 渦電流分選設(shè)備

渦電流分選設(shè)備的構(gòu)成可分為分選機(jī)主體和控制柜兩部分，其中主體部分主要由磁輥、喂料系統(tǒng)、分料系統(tǒng)、罩體和機(jī)架等機(jī)構(gòu)組成。磁輥是分選機(jī)的核心部件，用于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，由永磁體、導(dǎo)磁筒、滾筒組成，通過電氣控制柜調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小，可分選不同種類的物料。德國(guó)STEINERT公司生產(chǎn)的渦電流分選機(jī)采用偏心式磁輥系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可有效地分選出鋁、銅等有色金屬和玻璃、塑膠。此外，偏心式磁輥的渦電流分選機(jī)可避免傳統(tǒng)同心式磁輥的致命缺點(diǎn)。傳統(tǒng)同心式磁輥會(huì)有鐵質(zhì)粒子滲進(jìn)皮帶和磁輥滾筒殼間無法排出，因跳動(dòng)摩擦生熱而戳穿皮帶和滾筒，造成故障。偏心式磁輥不僅可避免此種問題的發(fā)生，而且還可隨物料狀況不同，通過調(diào)整磁輥軸線的位置、輸送機(jī)的速度、磁輥的轉(zhuǎn)速以及下料隔板的位置，使物料的分選效果最優(yōu)化。

2.4 顏色分選設(shè)備

顏色分選設(shè)備利用物料之間顏色、反光率的差異，用光電比色的方法和分選設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同顏色物料的分類。顏色分選機(jī)型式多樣，但其結(jié)構(gòu)主要由上料單元、圖像采集識(shí)別單元、分選執(zhí)行單元和下料單元組成。其中，圖像采集識(shí)別單元是顏色分選機(jī)的核心部分，直接關(guān)系到顏色分選機(jī)的性能、效率和成本，主要包括高清攝像頭、圖像采集卡、圖像處理計(jì)算機(jī)、光源和背景。目前，顏色分選機(jī)已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種行業(yè)，如農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、礦石工業(yè)等。此外，廢舊塑料專用的顏色分選機(jī)可按照顏色對(duì)ABS，PC，PE，PET等各種塑料制品實(shí)行分類，提高分選效果。

2.5 近紅外光譜分選設(shè)備

近紅外光譜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)需求的非接觸無損檢測(cè)、毫秒級(jí)的快速檢測(cè)，近年來廣泛應(yīng)用于各種物質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域。近紅外光譜分選設(shè)備包括上料、傳送、識(shí)別、分離以及控制等模塊。識(shí)別模塊主要包括近紅外光譜儀及其附屬部件。隨著陣列檢測(cè)器件生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、陣列檢測(cè)器構(gòu)成的NIR儀器，以其性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高以及性價(jià)比優(yōu)越等特點(diǎn)，正被逐漸推廣[15]。美國(guó)NRT公司生產(chǎn)的NIR分選機(jī)聯(lián)合使用漫反射與透射技術(shù)采集光譜信息，并通過飛行中探測(cè)技術(shù)檢測(cè)噴射飛行中的物料，減少相關(guān)運(yùn)動(dòng)誤差和傳送帶干擾，提高準(zhǔn)確率和純度。挪威TOMRA公司生產(chǎn)的NIR分選機(jī)使用創(chuàng)新的不需外部光源的NIR掃描系統(tǒng)，可降低高達(dá)70%的能耗，且更易于維護(hù)。雖然近紅外光譜分選技術(shù)目前存在難以識(shí)別深色塑料的瓶頸，但其在塑料分選領(lǐng)域極具潛力，是現(xiàn)代化和自動(dòng)化塑料分選的主流技術(shù)之一。

2.6 人工智能

近年來，隨著科學(xué)發(fā)展，人工智能技術(shù)逐漸成熟，并涉及到再生資源回收利用領(lǐng)域。美國(guó)NRT公司和法國(guó)MACHINEX公司最近相繼發(fā)布了其新型分揀機(jī)器人Max-AITM和SamurAITM。其中，分揀機(jī)器人Max-AITM采用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和視覺系統(tǒng)來查看和識(shí)別物體，與人類的方式相似，而分揀機(jī)器人SamurAITM采用人工智能技術(shù)和四關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)來識(shí)別和分揀材料，分揀速度可達(dá)70次/min。目前，人工智能分揀機(jī)器人Max-AITM和SamurAITM已經(jīng)分別在相關(guān)的資源回收企業(yè)進(jìn)行安裝和使用，并取得很好的效果。此外，人工智能分揀機(jī)器人還能通過學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)，從而提高整體系統(tǒng)性能，確保最精確的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)最高的回收率和純度水平。傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，在信息系統(tǒng)中分別起著“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”的作用[16]。人工智能分揀機(jī)器人通過卓越的傳感器技術(shù)分析目標(biāo)物料的成分，達(dá)到識(shí)別廢舊塑料種類的效果，并利用機(jī)械手臂進(jìn)行高速分揀處理。相信隨著人工智能和傳感器技術(shù)的發(fā)展與普及，智能化與自動(dòng)化將是信息時(shí)代的資源回收產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)。

3 分選技術(shù)方案

日常生活中回收的非中空類廢舊塑料多為盆、筐、水果籃、塑料凳等民用日常雜品，主要成分為PP，PE，PS/ABS和其他雜質(zhì)，其中雜質(zhì)主要為金屬、泥沙、硅膠、玻璃、標(biāo)簽、殘留液體、輕質(zhì)物料、木屑紙屑等。天保新材料有限責(zé)任公司針對(duì)此類混合廢舊塑料設(shè)計(jì)了以風(fēng)力分選、顏色分選、NIR分選為主，并輔以人工分選、電磁分選和人工智能的分選技術(shù)方案。該方案的處理量可達(dá)4.5 t/h。其工藝流程如表1所示。

表1 日雜非中空類廢舊塑料的分選工藝流程

以日雜非中空類廢舊塑料為原料，該分選技術(shù)方案通過聯(lián)合使用風(fēng)選機(jī)、顏色分選機(jī)和NIR分選機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合廢舊塑料中的PP，PE，PS/ABS按照顏色和材質(zhì)進(jìn)行分類，并配合磁選機(jī)和金屬探測(cè)器，以及人工智能將塑料混合物中的各種雜質(zhì)剔除,并回收分選系統(tǒng)尾料、衍生料中的可再生資源，從而提高廢舊塑料的純度和回收率。該分選技術(shù)方案借鑒國(guó)外先進(jìn)分選技術(shù)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，建立現(xiàn)代化的資源回收處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢舊塑料的回收利用，符合塑料工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

4 結(jié)束語

可再生資源的循環(huán)利用是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要措施。分選作為混合廢舊塑料循環(huán)利用過程中的第一步，是保證塑料再生產(chǎn)品質(zhì)量和提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵。隨著科技發(fā)展，廢舊塑料的分選技術(shù)和設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，由傳統(tǒng)的以人工分選為主發(fā)展到現(xiàn)今的以新型光學(xué)分選機(jī)和人工智能分揀機(jī)器人為主的自動(dòng)化和智能化分選，也使廢舊塑料的分選效率和純度水平得到質(zhì)的飛躍。廢舊塑料的分選設(shè)備種類繁多，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)針對(duì)混合廢舊塑料的特點(diǎn)，考慮成本和分選效率，設(shè)計(jì)分選方案，從而減少能耗，提高競(jìng)爭(zhēng)力和節(jié)約資源。相信隨著人工智能和現(xiàn)代化分選機(jī)器的普及，廢舊塑料的循環(huán)利用將能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和智能化，并能夠有效地解決資源緊缺的問題。