紀(jì)建華

（漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)與醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 漢中 723000）

引言

塑料浮選技術(shù)面臨的困難主要是表面的選擇性潤(rùn)濕，在處理過(guò)程中不僅要找到合適的潤(rùn)濕劑，還需要結(jié)合適宜的浮選處理工藝條件[1]。由于塑料浮選技術(shù)至今還沒(méi)有建立起一套具有系統(tǒng)性的潤(rùn)濕作用機(jī)理和選擇浮選劑的標(biāo)準(zhǔn)，還需要進(jìn)行大量的反復(fù)試驗(yàn)，目前只能通過(guò)理解潤(rùn)濕機(jī)理來(lái)減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，浮選機(jī)理在反復(fù)試驗(yàn)中再進(jìn)行深入研究[2]。塑料浮選技術(shù)面臨的另一個(gè)困難就是塑料種類多、來(lái)源廣，導(dǎo)致塑料中含有的助劑種類和含量不同，側(cè)面影響了塑料表面的潤(rùn)濕程度，將塑料浮選分離技術(shù)工業(yè)化需要針對(duì)不同助劑、顏色的塑料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而尋求共同的規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)室研究塑料浮選分離技術(shù)的基礎(chǔ)上，盡量減少浮選分離技術(shù)的影響因素，針對(duì)同一種塑料選擇同一個(gè)來(lái)源[3]。ABS 和PC 塑料是浮選分離技術(shù)研究少、分離困難且分選價(jià)值較高的塑料種類，研究表面活性劑處理浮選法對(duì)分離ABS 和PC 塑料的影響具有積極意義。

李建波等人[4]利用自己制作的浮選分離實(shí)驗(yàn)裝置，以單寧酸為潤(rùn)濕劑、十二烷基硫酸鈉為塑料浮選起泡劑，對(duì)ABS/HIPS 塑料進(jìn)行浮選分離，分析了十二烷基硫酸鈉的濃度、攪拌時(shí)間以及浮選液體高度對(duì)浮選效果的影響，結(jié)果顯示，當(dāng)攪拌時(shí)間和浮選時(shí)間分別為3min 和4min、起泡劑濃度為20mg/L、通氣流量為5L/min、浮選液體高度為30cm時(shí)，可以使IBABS/HIPS 達(dá)到較好的分離效果；王萌等[5]采用專門(mén)定制的浮選分離試驗(yàn)裝置，以浮選分離ABS/HIPS塑料為目的，以松油醇作為起泡劑、單寧酸作為潤(rùn)濕劑，研究了浮選分離溫度、塑料的尺寸和形狀、通氣流量、潤(rùn)濕劑和起泡劑的用量對(duì)ABS/HIPS 塑料浮選分離效果的影響，結(jié)果顯示，大小為5×5 的塑料適合作為浮選材料，在正常溫度下，空氣流量為0.1L/min、潤(rùn)濕劑濃度為200mg/L、起泡劑濃度為20mg/L 時(shí)，可以達(dá)到較好的浮選分離效果。

基于以上背景，本文采用表面活性劑處理方法，來(lái)對(duì)ABS 和PC 塑料進(jìn)行浮選分離，從而增強(qiáng)ABS 和PC 塑料的浮選分離效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

表面活性劑處理浮選分離ABS 和PC 塑料的實(shí)驗(yàn)中，ABS 和PC 塑料的性質(zhì)和來(lái)源如表1 所示。

表1 ABS 和PC 塑料的性質(zhì)來(lái)源Table 1 The properties and sources of ABS and PC plastics

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

ABS 和PC 塑料浮選分離實(shí)驗(yàn)所用試劑如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)試劑Table 2 The reagent

ABS 和PC 塑料浮選分離實(shí)驗(yàn)所用儀器如表3所示。

表3 ABS 和PC 塑料浮選分離實(shí)驗(yàn)所用儀器Table 3 The instrument for the flotation separation of ABS and PC plastics

1.3 設(shè)計(jì)浮選分離實(shí)驗(yàn)裝置

為了滿足ABS 和PC 塑料浮選分離實(shí)驗(yàn)的工藝要求，浮選分離實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)需要滿足以下幾個(gè)條件：

1.3.1 良好的充氣條件

在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，向浮選柱的底部施加一定氣壓，當(dāng)空氣壓力形成之后，浮選柱底部形成的氣壓就會(huì)向上釋放[6]，處于浮選柱內(nèi)的溶液就會(huì)產(chǎn)生很多非常小的氣泡，粘在ABS 和PC 塑料顆粒上，氣泡的密度小于水的密度，在浮力作用下浮在溶液上部，為了在浮選柱的底部形成一定壓力，必須設(shè)置空氣壓縮機(jī)來(lái)為實(shí)驗(yàn)裝置提供足夠的氣壓[7]；為了控制空氣壓縮機(jī)的壓力，防止出現(xiàn)膠皮管破裂的危險(xiǎn)，需要在空氣壓縮機(jī)的下一個(gè)裝置處設(shè)置氣源處理器，將實(shí)驗(yàn)裝置中的壓力控制在指定的數(shù)值上；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中浮選柱內(nèi)部的氣泡大小會(huì)直接影響ABS 和PC 塑料浮選分離的效率，因此將流量計(jì)設(shè)置在浮選柱之前，采用流量計(jì)來(lái)調(diào)浮選柱內(nèi)部氣泡的大小，量化處理氣泡[8]。

1.3.2 攪拌作用

在浮選柱上設(shè)置電動(dòng)攪拌器，來(lái)促進(jìn)浮選藥劑的擴(kuò)散，使ABS 和PC 塑料顆粒、浮選藥劑與溶液之間充分接觸，保證ABS 和PC 塑料顆粒表面具有一定的潤(rùn)濕性[9]。

ABS 和PC 塑料浮選分離實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

圖1 ABS 和PC 塑料浮先分離實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 The experimental device for the flotation separation of ABS and PC plastics

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

按照ABS 和PC 塑料的樣品濃度稱取一定質(zhì)量的起泡劑和潤(rùn)濕劑，取少量蒸餾水添加入到起泡劑中，采用超聲波將其乳化處理10min 來(lái)備用，取一定體積的水加入到浮選柱內(nèi)，加入潤(rùn)濕劑、起泡劑和定量的ABS 和PC 塑料樣品，混合攪拌10min。將實(shí)驗(yàn)裝置的空氣壓縮機(jī)打開(kāi)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置的空氣流通量，開(kāi)始進(jìn)行15min 左右的通氣浮選，浮選分離過(guò)程中，壓縮處理后的空氣經(jīng)由浮選柱底部的砂芯，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡并直接與物料接觸。實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，分別收集實(shí)驗(yàn)裝置中的上浮物和下沉物，經(jīng)過(guò)晾干后對(duì)其稱重[10]。上浮物和下沉物在收集過(guò)程中，分別按照ABS 和PC 塑料的顏色進(jìn)行人工分揀，分揀結(jié)束后在60～70℃的烘箱中將其烘干，對(duì)烘干處理后的ABS 和PC 塑料稱量質(zhì)量并計(jì)算浮選回收率、浮選純度以及浮選率。

ABS 和PC 塑料的浮選分離過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)，取三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值作為最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑濃度對(duì)ABS 和PC 塑料浮選分離的影響

當(dāng)ABS 和PC 塑料的實(shí)驗(yàn)樣品含量都為50%時(shí)，確保浮選分離時(shí)間和起泡劑的濃度不變，分別將表面活性劑的濃度設(shè)置為40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L、80mg/L，對(duì)ABS 和PC 塑料進(jìn)行浮選分離試驗(yàn)，同時(shí)又對(duì)比了ABS 和PC 塑料混合在一起的浮選分離效果，結(jié)果如表4 所示。

表4 表面活性劑濃度對(duì)ABS 和PC 塑料浮選分離效果的影響Table 4 The effect of surfactant concentration on the flotation separation of ABS and PC plastics

從表4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，表面活性劑的濃度對(duì)ABS 和PC 塑料的可浮性具有一定影響，隨著表面活性劑的濃度越來(lái)越低，ABS 和PC 塑料的可浮性越來(lái)越高，然而在表面活性劑的濃度相同時(shí)，PC 塑料的可浮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于ABS 塑料，隨著表面活性劑的濃度越來(lái)越低，ABS 塑料的浮含量越來(lái)越低，PC 塑料的浮含量卻越來(lái)越高。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分表明ABS 和PC 塑料的可浮性與采用表面活性劑處理ABS 和PC 塑料的浮選分離潛力兩個(gè)方面存在著非常明顯的差異，原因可能是表面活性劑的濃度時(shí)刻影響著ABS 和PC 塑料顆粒在浮選液中的張力，從而使ABS 和PC 塑料的可浮性存在差異。

2.2 浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料浮選分離效果的影響

將ABS 塑料與PC 塑料采用人工的方式混合在一起，預(yù)處理表面活性劑之后，對(duì)ABS 和PC 塑料進(jìn)行浮選分離試驗(yàn)，浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC塑料浮選純度的影響如圖2 所示，浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料浮選回收率的影響如圖3 所示。

圖2 浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料浮選純度的影響Fig.2 The effect of flotation separation time on the flotation purity of ABS and PC plastics

圖3 浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料浮選回收率的影響Fig.3 The effect of flotation separation time on the flotation recovery rate of ABS and PC plastics

從圖2 和圖3 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著浮選分離時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，ABS 塑料的浮選分離回收率和PC 塑料的浮選分離純度越來(lái)越低，然而PC 塑料的浮選分離回收率和ABS 塑料的浮選分離純度則隨著浮選分離時(shí)間的延長(zhǎng)而越來(lái)越高。當(dāng)浮選分離時(shí)間為20min 時(shí)，ABS 塑料的浮選分離回收率達(dá)到了90.12%，PC 塑料的浮選分離純度達(dá)到了72.34%，當(dāng)浮選分離時(shí)間為80min 時(shí)，PC 塑料的浮選分離回收率達(dá)到了87%，單一的ABS 塑料和PC 塑料與兩種塑料混合在一起的浮選分離行為存在一定差異，可以將其解釋為PC 塑料顆粒和ABS 塑料顆粒在經(jīng)過(guò)表面活性劑處理和浮選分離過(guò)程中會(huì)發(fā)生相互作用。

2.3 浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料浮選率的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選取表面活性劑的濃度為60mg/L且保持不變，浮選分離起泡劑的用量也保持不變，在不同浮選分離時(shí)間的條件下，分離ABS 塑料和PC 塑料的浮選率變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料浮選率的影響Fig.4 The effect of flotation separation time on the flotation rate of ABS and PC plastics

從圖4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，隨著浮選分離時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，ABS 塑料和PC 塑料的浮選率也隨之增加，浮選分離實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，ABS 塑料的浮選分離速率大于PC 塑料，當(dāng)浮選分離時(shí)間超過(guò)40min時(shí)，PC 塑料和ABS 塑料的浮選率之間的差值是最大的，因此可以得到，浮選分離時(shí)間大于40min 更適用于ABS 塑料和PC 塑料的分離，提高兩者的分離效果。

2.4 起泡劑濃度對(duì)ABS 和PC 塑料浮選率的影響實(shí)驗(yàn)時(shí)，選取60mg/L 的表面活性劑濃度，浮選

分離時(shí)間為40min，保持浮選分離時(shí)間和表面活性劑的濃度都不變，改變起泡劑的濃度大小，進(jìn)行起泡劑濃度對(duì)ABS 和PC 塑料浮選率的影響實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。

圖5 起泡劑濃度對(duì)ABS 和PC 塑料浮選率的影響Fig.5 The effect of foaming agent concentration on the flotation rate of ABS and PC plastics

從圖5 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，添加起泡劑之后，ABS 塑料和PC 塑料的浮選率都有增加的趨勢(shì)，當(dāng)起泡劑的添加濃度相同時(shí)，ABS 塑料的浮選率大于PC 塑料，且最大達(dá)到了100%左右，當(dāng)起泡劑濃度適量的情況下，PC 塑料的浮選率升高的幅度變得更大。出現(xiàn)以上情況的原因是在ABS 塑料和PC 塑料樣品中添加起泡劑之后，樣品中的氣泡數(shù)量越來(lái)越多，氣泡之間的分布密度逐漸變大，大多數(shù)氣泡都粘到ABS 塑料和PC 塑料顆粒的表面，導(dǎo)致ABS塑料和PC 塑料的浮選率變大。當(dāng)起泡劑的濃度低于10mg/L 時(shí)，ABS 塑料浮選率與PC 塑料浮選率之間的差值是最大的，說(shuō)明起泡劑濃度低于10mg/L時(shí)更利于ABS 塑料和PC 塑料的顆粒分離。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文進(jìn)行了表面活性劑處理浮選分離ABS 和PC 塑料的研究，結(jié)果顯示，表面活性劑可以降低ABS 和PC 塑料的可浮性，且當(dāng)表面活性劑的濃度相同時(shí)，PC 塑料的可浮性比ABS 塑料小，采用表面活性劑處理方法時(shí)，起泡劑濃度、浮選分離時(shí)間對(duì)ABS 和PC 塑料的浮選分離具有重要影響，添加起泡劑并延長(zhǎng)浮選分離時(shí)間可以提高ABS 和PC塑料的浮選率。希望本文的研究可以促進(jìn)ABS 和PC 塑料的回收與利用。