Оборудване за рециклиране на пластмаса

Глобалното търсене на пластмаса продължава да нараства. Прогнозите сочат, че до 2030 г. количеството пластмаса в циркулация ще се увеличи от 236 до 417 млн. тона годишно. Рециклирането и повторната употреба на пластмаса са от ключово значение за предотвратяване на инцидентно или целенасочено изпускане на полимерни материали в околната среда. 

През 2016 г. едва 16% от полимерите в циркулация са събрани с цел рециклиране, докато 40% са депонирани, а 25% – изгорени. През последните няколко години европейските държави увеличават усилията си за подобряване на степента на рециклиране. През 2018 г. в Европа са събрани 29,1 млн. тона пластмасови отпадъци.

Въпреки че по-малко от една трета от това количество е рециклирано, то представлява двукратно увеличение на рециклираната пластмаса в ЕС в сравнение с нивата от 2006 г.

Основните видове процеси на рециклиране са 4: първичното рециклиране включва екструдиране на неупотребявани полимери или чисти полимерни потоци; вторичното рециклиране изисква сортирането на отпадъчните полимерни потоци, редуциране на размерите и екструзия; процесът на третично рециклиране се прилага за полимери, които не са подходящи за подлагане на повече цикли на първична и вторична механична преработка; четвъртичното рециклиране обхваща получаването на енергия от пластмаса чрез пиролиза. Понастоящем рециклирането на пластмаса се извършва предимно механично. Този подход обаче е рентабилен, когато пластмасата може да бъде почистена и сортирана по подходящ начин. В допълнение процесът изисква почти непрекъснато захранване с големи обеми материал, както и използването на специфично оборудване.

Шредери

Едноваловите шредери са задължителна част от оборудването на всяко предприятие за рециклиране на пластмаса, което се стреми да запази конкурентоспособността си в условията на съвременния динамичен пазар. Някои от модерните шредери са оборудвани със забиващи се в материала ножове, водещи до получаването на късове с по-хомогенни размери, които могат да бъдат подадени в гранулатор за допълнително редуциране на размера. Според специалисти този тип машини са по-щадящи към материала в сравнение с други шредерни технологии, като основните им предимства са отделянето на по-малко прах и генерирането на по-равномерни по размер късове. Някои шредери разрязват материала като ножица, а не го разкъсват. Тези модели също са сред най-предпочитаните варианти за приложения, свързани с рециклиране на пластмаса.

Налични са и усъвършенствани шредери, позволяващи на оператора да сменя ротора и ножовете на машината чрез сензорен дисплей в зависимост от изискванията за характеристиките на крайния продукт. Шредерите за общо предназначение обикновено работят с ротор с диаметър около 25 cm, а ширината им може да варира между 64 и 106 cm. По-малките шредери са с двигатели с мощност от 20 к. с., докато моторите на по-големите машини са с мощност 40 к. с.

На пазара се предлагат и модели с ножове с трапецовидна геометрия, подходящи за рециклиране на фолио и други влакнести материали. Тези шредери се отличават с изключително тясно разстояние между ножовете на ротора и неподвижния нож. Тази конфигурация намалява риска от блокиране на ротора и свежда до минимум вероятността за връщане на материал, което е свързано с износване и генериране на топлина.

Счита се, че ефективността на двуваловите модели при шредиране на обемисти пластмасови късове е по-висока, но същевременно те са по-сложни и по-податливи на повреди. В допълнение поддръжката на ножовете се удвоява в сравнение с едноваловите шредери, при които роторът е по-голям и по-стабилен. Според специалистите едноваловите шредери са с по-висока производителност при преработката на непластиччни пластмаси, фолио и влакнести материали.

Гранулатори

Гранулаторите могат да бъдат класифицирани най-общо в две категории. Първият тип модели обикновено се използват за смилане на относително малки обеми от различни видове остатъци от процеса на леене, неотговарящи на спецификациите детайли, изрезки от ролки фолио и др., които се връщат непосредствено в производствения процес. Другият тип гранулатори често се разполагат в отделно от производственото помещение. Обикновено те са по-масивни и по-мощни и се използват за раздробяване на по-големи обеми скрап от няколко производствени линии или клетки за леене под налягане. Гранулаторите могат да бъдат оборудвани със специални захранващи бункери, способни да поберат дълги или широки детайли като тръби, екструдирани профили или листове. За разлика от шредерите, гранулаторите работят при високи скорости и относително нисък въртящ момент. Дори т. нар. нискоскоростни гранулатори работят при над 190 об./мин., а стандартните – при 400 до 500 об./мин. или повече.

Подаването на материал в гранулаторите е по-специфично, отколкото при шредерите. Препълването на камерата може да доведе до пиково потребление на мощност или до блокиране на ротора. Повечето гранулатори изискват подаването на материал да се извършва на ръка, чрез робот, конвейер или друг специален захранващ механизъм.

Основната разлика между гранулатор и шредер може би е формата на крайния продукт. Шредерите са еднофазни машини, които раздробяват материала на малки, по-лесни за манипулиране късове. Размерът на тези парчета частично се определя от размера на отворите на ситата, които могат да варират от 25 до 50 mm в диаметър.

Това означава, че шредираният продукт вероятно ще е със значително по-големи и разнородни размери и форма от първичните пластмасови пелети. Това може да не представлява проблем, ако материалът се предвижда да бъде изпратен за препродажба и или вторична преработка. Ако обаче този материал трябва да се върне в машина за леене под налягане или екструдер, се налага шредираният скрап да премине процес на вторично гранулиране до постигането на оптимален размер и хомогенност на частиците.

Сортиране

Сортирането на пластмаса обхваща не само разделянето й от други рециклируеми материали, но и сепарирането й в зависимост от вида на полимера и/или цвета му. Това е важен етап, тъй като рециклирането на пластмаса до използваеми полимери изисква получаването на чист поток от един или два вида полимер. Неефективното сортиране, в резултат на което се получава смес от различни полимери, може да доведе до генериране на смесен материал, който не е подходящ за рециклиране или чието рециклиране би било нерентабилно. В допълнение сместа от полимери понякога може да представлява и риск за безопасността и здравето на хората. Такъв е случаят например, когато в поток за рециклиране на PET има PVC примеси, което води до отделянето на хлороводород при процес на топене при температура над 200°C или риск от влошаване на качеството на крайния продукт. Проблемът със замърсяването на PET потока с PVC е особено отявлен, тъй като двата полимера си приличат визуално и се характеризират с аналогична стойност на относителното тегло, поради което прилагането единствено на техники за разделяне, базирани на този параметър, невинаги е успешно за разделянето им.

Основните методи за сортиране на пластмаса са два – ръчно или чрез автоматизирани системи. Предвид разнообразието от полимери, съществуват и различни техники, които са приложими в по-малка или в по-голяма степен в зависимост от вида на материала и желаната чистота на крайния продукт. Оборудването включва системи за флотация, центрофуги, циклони, вибрационни маси, оптични сепаратори (спектроскопична идентификация, високоскоростни камери) или други съвременни техники, използващи разликите в диелектричните свойства, цвета на материалите и др. Инфрачервената технология за сортиране е доста разпространена при сепарирането на опаковки. За отделянето на PVC могат да се използват пиезоелектрични методи и високоскоростни камери. Въздушната сепарация е друг метод, използван за отстраняване на етикети или други леки допълнителни компоненти. В контекста на рециклирането на пластмасови бутилки обаче този процес не е подходящ за отстраняване на материала от капачките, тъй като теглото на получения от него флейк е аналогично на това на флейка от самата бутилка.

В повечето случаи сортирането на материали се извършва въз основа на три параметъра: спектрофотометрични свойства (цвят, прозрачност), плътност и магнитни свойства. Оборудването за сортиране на пластмаса въз основа плътност включва въздушни сепаратори, флотационни съоръжения, центрофуги и циклони/хидроциклони. Въздушните сепаратори се използват за отделяне на филми и фрагменти с по-ниска плътност. Това се постига чрез въздушни струи, които отстраняват например етикети от опаковки с по-висока плътност.

Основните видове пластмаса се различават по своята относителна плътност – от 0,85 – 0,95 за полипропилен до 1,35 – 1,38 за полиетилен терефталат, като стойността може да варира в зависимост от вида и плътността на добавките към полимера. При сепарацията със сладка или морска вода се използва флотационен резервоар, където в зависимост от плътността частиците на пластмасовия флейк се утаяват или се задържат на повърхността. Двете фракции се събират разделно посредством механични екстрактори.

Техниките за сортиране въз основа на цвета се основават на използването на оптични сензори за сепариране на оцветената пластмаса от прозрачната. При сортирането на база спектроскопия в близката инфрачервена област (NIR) материалният поток се облъчва с инфрачервено лъчение, като отразената светлина се анализира и сравнява с реакцията към известни полимери с цел идентификация. При разпознаване на полимера се задейства система за въздушна сепарация за сортиране на отделните видове пластмаса.

Рамановата спектроскопия използва монохроматична лазерна светлина, насочена към молекули от дадена проба. Фотоните се разсейват във всички посоки вследствие на еластични колизии, което води до отместване на монохроматичния лазерен лъч. Получената разлика е характеристична за чувствителни на метода материали като пластмасата. Рамановата спектроскопия се използва в допълнение към инфрачервената и има предимството, че позволява получаването на силно характеристични и лесни за интерпретация измервателни данни.

Не съществува универсална технология за сортиране и често изборът на преработвателите е базиран на конфигурацията и последователността на етапите на сепарация и промиване. Обикновено е необходимо предварително шредиране, но мястото на този етап и размерът на частиците са важни фактори, отличителни за всяко отделно рециклиращо предприятие.

В интерес на рециклаторите е да се насърчава сортирането при източника на генериране, тъй като това увеличава стойността на пластмасовия материал и намалява разходите за преработка. Събраната и сортирана пластмаса се преработва до различни междинни или крайни продукти като шредирана пластмаса, флейк, агломерати и регранулати, както и до профили или листов материал. Тези процеси обикновено включват етапи на промиване и премахване на замърсителите. Всеки един от етапите на подготовка може да бъде самостоятелен и да доведе до получаването на междинни продукти, или да е неразделна част от цялостен процес за получаване на крайни продукти, например чували за отпадъци и др.

Промиване

Промиването се прилага предимно за отпадъчна пластмаса, събрана съвместно с други видове отпадъци. С процеса се отстраняват замърсявания от масла, разтворители, мазнини и детергенти, абсорбирани от пластмасата. Степента на абсорбция варира в зависимост от вида на пластмасата и типа на веществото, от което следва, че ефективността на промивката също се изменя спрямо полимера, вида на замърсяването и дейностите по предварителна преработка. Промиването обикновено се извършва с вода, към която може да се добавят различни детергенти. Този етап може да се проведе след сортирането и смилането, тъй като те улесняват контакта с водата, но са възможни и други конфигурации.

След като попаднат във водния резервоар, полимерите могат да бъдат разделени по вид на база разликата в плътността им. Лепилата на водна основа, които са най-често използваният адхезив, се разтварят и отстраняват в рамките на промивния процес. Отпадъчната пластмаса невинаги изисква промиване в зависимост от спецификациите на клиента. След промиване пластмасата може да бъде подложена на изплакване и сушене.