劉海軍，孫井坤，王洪江，劉成海

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

隨著包裝工業(yè)的發(fā)展，包裝工業(yè)在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，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(yán)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(guó)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(dá)國(guó)家都把“廢棄物資源化”作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重點(diǎn)，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(guó)包裝產(chǎn)品的回收率還遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的包裝廢棄物給環(huán)境帶來了巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)境負(fù)荷。目前世界上主要發(fā)達(dá)國(guó)家的再生資源回收總值已達(dá)到每2 500 億美元，并且以每年15%～20%的速度增長(zhǎng)[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(jìn)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(jì)

1.1 生產(chǎn)工藝流程確定

通過預(yù)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(diǎn)

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(huì)吸收水分變蓬松狀態(tài)，因此會(huì)與鋁箔和聚乙烯分離。經(jīng)過水力碎漿、分離紙漿后的復(fù)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(shí)間大大縮短，而且能使篩下的料向下層流動(dòng)，篩上物隨著篩網(wǎng)的傾斜滾動(dòng)向前移動(dòng)，從而避免了振動(dòng)篩容易堆積、容易夾料、物料在進(jìn)料區(qū)域停留時(shí)間過長(zhǎng)的問題。而且多級(jí)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(yīng)池溫度和鋁塑篩渣尺寸等多個(gè)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(huì)接受由甲酸電離產(chǎn)生的質(zhì)子，生成[Al（OH2）6]3+（aq）其反應(yīng)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(yīng)平衡向右移動(dòng)，甲酸源源不斷提供H+，直到充分反應(yīng)。

剝離劑選擇：如果反應(yīng)剝離劑用強(qiáng)酸，以鹽酸為例，當(dāng)鋁塑與鹽酸接觸時(shí)，便發(fā)生巨烈反應(yīng)，鋁箔很快就溶解，鋁的損失率達(dá)到100%，溶液中僅剩下塑料。因?yàn)辂}酸為強(qiáng)酸，完全電離，在pH=1 時(shí)，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(qiáng)酸作為反應(yīng)剝離劑不可行。如果反應(yīng)剝離劑用弱酸，由于甲酸、乙酸在50 ℃時(shí)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(qiáng)于乙酸，甲酸對(duì)鋁塑的分離速率比乙酸快，又因?yàn)榧姿嶙鳛閯冸x劑時(shí)，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(jìn)行分揀過濾，分開后的鋁塑，塑料漂浮在反應(yīng)池上層，而鋁則在反應(yīng)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(yīng)池。洗滌后的鋁與塑料要進(jìn)行烘干，考慮實(shí)際能耗與時(shí)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(dòng)漿水轉(zhuǎn)動(dòng)，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。縫篩篩選：利用形狀不同，網(wǎng)孔大小不同，對(duì)漿水進(jìn)一步的精細(xì)過濾。疏解：利用高頻疏解機(jī)進(jìn)行疏解，當(dāng)高頻疏解機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，漿料通過動(dòng)盤與靜盤間反復(fù)多次撞擊而使纖維被分散疏解。由于動(dòng)靜盤間有適當(dāng)?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(yīng)用紙漿與雜質(zhì)比重差異進(jìn)行分離的除渣器之一。優(yōu)勢(shì)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(zhǎng)纖維。

2 設(shè)備選型

該回收工藝的設(shè)計(jì)能力為每天10 000 kg，所選設(shè)備能力應(yīng)與之匹配。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)篩分設(shè)備單臺(tái)處理能力及篩分效率，進(jìn)料輸送機(jī)的電機(jī)型號(hào)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(jī)選擇兩臺(tái)，電機(jī)功率4 kW，型號(hào)為Y-112M-4/B5。漿泵選擇3 臺(tái)，型號(hào)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(fù)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(jì)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(fù)合包裝回收再利用［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2008（11）：151.

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

［5］彭國(guó)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(dá)，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(xué)學(xué)報(bào)，2012，24（4）:11-14.