回收倡议针对的是各种废料,包括电池、建筑垃圾和生物垃圾等日常用品。要重新利用这些不同的材料,通常需要将其粉碎和均质化,使其形成新的形状和新的物品。例如,用废旧瓶子中的碎玻璃颗粒可以制作新的瓶子或艺术品。另一个想法是将纺织品和皮革粉碎,然后用这些粉末制作新的家具覆盖物。尽管使用的是粉碎材料,但仍需要进行质量控制,以确保不会再使用有害物质,例如建筑垃圾中的石棉或电子垃圾中的有毒成分;
我们向您展示玻璃、建筑垃圾、电池、纺织品和其他材料是如何通过精确的预破碎和减小尺寸、均质化和质量控制,以专业高效的方式进行加工再利用的。
回收利用各种材料是指回收和再利用这些材料,而不是填埋或焚烧废物。这些材料经过加工后重新用于新的项目,通过减少对新原材料的需求,保护了用于木材生产的森林和用于皮革生产的兽皮等自然资源。这一过程还能降低分解和焚烧过程中的温室气体排放,减少与生产新材料相关的能源消耗,从而最大限度地减少对环境的影响。此外,回收还能降低工艺的总体成本。例如,与从原材料中提取铝相比,回收铝可节省高达 90% 的能源。获取原材料所需的矿山数量减少,从而减少了对环境的污染。通过再利用电子废物和确保质量控制,减少了有害物质对环境的污染。回收利用还能节约用水,因为回收利用过程比使用原材料所需的水更少。例如,每吨再生纸可以节约数千升水、数千度电和十几棵树。回收利用污水污泥、食物、庭院边角料和农业残留物等有机废物,可将其转化为堆肥和沼气等宝贵资源。这一过程在废物管理战略中至关重要,它可以将有机废物从垃圾填埋场转移出来,因为垃圾填埋场中的有机废物会厌氧分解并产生甲烷--一种强烈的温室气体。现在,随着技术的进步,可以提取以前在经济上无法回收的有价值矿物,包括微量金属,如金、银、铜和稀土元素。
通过电子废弃物的再利用和质量控制,减少了有害物质对环境的污染。回收过程比使用原材料更节水,例如每吨再生纸可节约数千升水、数千千瓦时电力及十余棵树木。有机废弃物(如污水污泥、食物残渣、庭院修剪物及农业残余)经回收后可转化为堆肥和沼气等宝贵资源。这一过程在废物管理策略中至关重要,它能将有机废物从垃圾填埋场转移——这些废物在填埋场会进行厌氧分解并产生强效温室气体甲烷。技术进步如今使我们能够提取先前因经济性不足而无法回收的宝贵矿物,包括金、银、铜等微量金属以及稀土元素。
在本次访谈中,Cooloo首席执行官分享了该公司如何运用创新技术——包括RETSCH仪器——将废弃物转化为宝贵资源,从而推动循环经济的发展。
鉴于需要回收或分解的固体废物性质各异,RETSCH 的破碎机和研磨机被用于各种回收方法中。固体废物分为不同的类别,每一类都有其独特的挑战和机遇,下文将对此进行探讨。
典型的再生建筑材料包括混凝土、水泥、砖块和沥青。混凝土经粉碎后,可重新用作新混凝土的骨料或道路的基础材料。同样,道路上的沥青和屋顶瓦片也可以加工成新的沥青。
上述材料都比较硬脆,因此通常使用颚式破碎机进行初步破碎。RETSCH 提供的破碎机适用于进料尺寸达 350 毫米的型号。BB 50 等台式设备专为较低的样品吞吐量而设计,而最大型号 BB 600 的处理能力可达 3.5 吨/小时。在破碎沥青等粘性较大的材料时,用液氮脆化样品并使用带前门的破碎机以便于进入研磨室是非常有益的。理想情况下,预破碎步骤可获得 3-5 毫米左右的粒度,通过细磨可进一步缩小粒度。在这种情况下,球磨机是常用的研磨设备,其研磨范围很广,小到每批 200 克的样品,大到 100 微米的颗粒。对于粘性沥青样品,建议采用低温研磨,以避免结块效应。
RS 200 或 RS 300 等振动盘磨机是球磨机的理想替代品。这些研磨机能在最短的时间内生产出非常细的颗粒。
绝缘材料通常不像上述样品材料那样硬而脆。在这里,切割机与球磨机结合使用,可以预先切割和粉碎这类样品。参见 "玻璃 "部分。
回收的木材可以加工成各种产品,包括刨花板、动物垫料、园艺覆盖物、生物燃料,甚至是新家具或建筑材料。较大的木块,如建筑材料或家具的残留物,可以很容易地在 SM 300 型切割机上进行预切割。进料尺寸为 60 x 80 毫米,配备长料斗后,RETSCH 切割机可以进料切割细长的木材样品。使用选配的旋风分离器可以实现快速无尘作业。即使是树皮等轻质材料,也能有效地切碎成细粉。每 100 克样品材料大约需要 1 分钟,具体取决于其形状和材料特性。样品的物理特性也决定了使用最合适的转子。对于扁平样品或小树枝,最适合使用平行截面转子。对于更坚硬的块状样品,建议使用更坚固的 6 盘转子。必须注意的是,在粉碎前必须清除样品中的所有金属部分,如钉子残留物,以免损坏切割机。通常使用切割机获得的木材切割结果是长度约为 5 至 15 毫米的纤维,这种尺寸非常适合在球磨机或 ZM 300 型超离心磨机中进行进一步研磨。使用 ZM 300 进行细磨时,应以中等速度进样,以避免升温效应。使用间距筛可以增强低升温效果。旋风技术也可用于低温研磨、高速研磨和低清洁要求。通常情况下,100 克的样品可在几分钟内粉碎到约 200 微米的粒度。更小的样品量可以选择在球磨机中进行研磨,这样可以获得更小的粒度。
回收的金属主要有两大类:含铁和钢的黑色金属和含铝、铜、铅、锌、锡以及金银等贵金属的有色金属。由于金属样品具有很高的延展性和研磨性,对其进行研磨和粉碎是一项挑战--需要考虑损坏磨机的风险。通常情况下,熔化是最常见的金属回收方法,但有时需要机械破碎,或者机械破碎是更好的选择。要粉碎锡罐或铝罐等由薄铝箔组成的材料,SM 300 型切割粉碎机是合适的选择。通常使用孔径为 4 至 20 毫米的底筛。得到的薄片粒度约为 5 毫米。事实证明,采用 6 盘转子比平行截面转子更耐用。
硬脆材料,如金属合金、碳化钨或不同金属元素的脆性混合物,可通过颚式破碎机进行初级破碎,其中 BB 500 型尤为适合。随后可使用交叉式研磨机 SK 300 或振动圆盘研磨机 RS 200 进行更精细的研磨,可获得低于 200 微米的研磨粒度。不过,由于这些样品通常具有很强的磨蚀性,这也会导致所用机器的磨损。
对增材制造过程中产生的多余金属粉末进行再利用是 RETSCH 筛分机为回收过程做出贡献的一个领域。像 AS 200 basic 型振动筛分机这样的筛分机用于将金属粉末颗粒分成若干小块,这些小块是 3D 打印工艺后留下的。含有细小颗粒的部分可重新用于下一个打印过程。RETSCH 还提供像功能强大的颚式破碎机 BB 500 这样的减小尺寸设备,适用于粉碎金属注射成型生产的不正确的生坯或硬脆的浇口部件。获得的粉末将返回生产流程。
金属回收利用的另一个重要方面是铁渣的再利用,铁渣是钢铁生产过程中产生的废品。铁渣可以作为建筑材料再利用,特别是在混凝土生产中,以减少熟料或水泥的含量。另一种方法是用作肥料。铁渣最好用颚式破碎机进行破碎,然后用球磨机或振动盘磨机进行粉碎,这与建筑材料的例子类似。
玻璃是一种硬而脆的材料,因此最好用颚式破碎机或 HM 200 锤式破碎机进行破碎。HM 200 的优点是,如果玻璃瓶可以放入机器,则无需预先破碎。在颚式破碎机中,完整的玻璃瓶可能只是在两个颚之间滚动。例如,HM 200 可以在 1.5 分钟内将 6 公斤的样品粉碎成 2 毫米的颗粒。随后的粉碎最好在球磨机中进行。如果样品量较少,则可使用 MM 400 这样的混合磨。 行星式球磨机 PM 400 可以同时粉碎 4 个样品,每个样品最多 220 毫升。通常情况下,大约 10 分钟就能得到 30 微米以下的极细颗粒。为避免样品受到金属元素的污染,应谨慎选择研磨罐和附件。MM 400 和 PM 400 都可以配备由天然二氧化硅玛瑙制成的研磨罐,这样材料就不会受到其他元素的污染。对于高达 2 公斤的较大样品量,鼓式研磨机 TM 300 非常适合。它也能获得非常细的颗粒,但如此大量的样品通常需要 1 到 3 个小时。玻璃棉等绝缘材料的回收利用是一种特殊情况。在这种情况下,应使用切割式粉碎机 SM 300 对样品进行初磨,然后再使用球磨机进行粉碎。
SM 300 型切割粉碎机是预切割软质样品材料的最合适粉碎机。平行截面转子和孔径为 2 - 6 毫米的底部筛网是这种应用的典型选择。旋风分离器有助于将蓬松的样品排出研磨室。根据材料的不同,例如对于较为坚硬的皮革制品,可能需要在预切割步骤中进行低温研磨。在此,将样品浸入液氮中几分钟,使样品脆化。在低温研磨的情况下,最好使用更坚固的 6 盘转子。
细磨步骤可在球磨机或 ZM 300 超离心磨机中完成。对预先切割好的纤维样品进行脆化处理可能有助于获得精细的研磨颗粒。由于纤维不能保持低温,往往会迅速升温,因此用干冰混合比用液氮脆化更好。为此,将纤维与干冰雪按 1:2 的比例混合,然后将全部混合物送入 ZM,ZM 通常配有 0.5 毫米的环形筛,转速为 18000 转/分钟。低温研磨时,应使用旋风分离器。另一种获得极细纺织品颗粒的方法是使用 CryoMill 或 MM 500 控制器。MM 500 控制器提供比 CryoMill 更大的研磨罐和两个研磨站。这两种研磨机都使用液氮对样品进行脆化冷却。在这两种情况下,首先都需要 10-20 分钟的预冷时间来冻结样品。然后以 30 Hz 的频率对样品进行约 1 分钟的 10 个循环研磨,中间有 1 分钟的冷却间歇。
电子废料是一种宝贵的资源,因为它所含的贵金属比例通常比同等数量的矿石要高得多。为了进行材料分析,电子废料在大多数情况下都可以在切割粉碎机中进行预粉碎。功能强大的 SM 300 可以切割坚硬而巨大的电子元件,如电脑板。根据进料尺寸,需要进行手动预破碎,以便将样品送入磨机。对于坚硬的样品,使用带有坚固切割板的 6 盘式转子非常有利。通常情况下,使用 6 或 8 毫米的底筛可获得 5 毫米的颗粒。在随后的细磨步骤中,最常用的是 ZM 300 或 RS 200。在 ZM 300 中,干冰脆化可将样品粉碎至约 0.5 毫米的颗粒。金属部分较多的样品最好用 RS 200 或较大的 RS 300 研磨,因为它们比 ZM 300 更适合研磨这种材料。在研磨金属产品时,必须牢记金属部件不能被冲击力粉碎。如果它们具有延展性,就会在 RS 或球磨过程中变平或形成块状。
RETSCH 为回收工艺提供全面的仪器组合 - 从质量控制和样品制备到创新的机械化学方法。无论是预磨、筛分、造粒,还是使用球磨机实现可持续的回收解决方案:
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大型纸样应在 SM 100 型切割机中进行预切割。在这种情况下,2 毫米或 4 毫米的底筛和平行截面转子最为合适。使用旋风分离器有助于将轻质样品材料排出研磨室。这种材料的研磨时间非常短。随后可使用 ZM 300 型超离心研磨机或球磨机进行精细研磨。ZM 300 可以配备一个 0.5 毫米的环形筛和一个旋风分离器,以产生约 0.5 毫米大小的颗粒。如果需要小于 100 µm 的颗粒,则最好使用球磨机。对于不超过 40 毫升的少量样品,可使用混合磨 MM 400。在球磨过程中,样品通常在 3-5 分钟内被粉碎。对于较大的样品量,例如行星式球磨机 PM 400 可以一次粉碎 4 x 220 毫升的样品。对于这样的样品量,为了不烧焦样品,预计需要在中等速度下工作约 1 小时。
生物有机废物样品非常常见,如花园废物或食物残渣,用途广泛。在转子研磨机中对其进行研磨时,如果经过干燥处理,可以更容易地防止堵塞和粘性影响。干燥的污水污泥通常在切割式粉碎机中被粉碎成约 2 毫米的颗粒,基本型号 SM 100 就是很好的选择。大约 100 克的样品需要 2-4 分钟的时间,这取决于样品的特性,如进料大小和水分残留。含有树枝和其他坚硬植物废料的园林残留物需要在 SM 200 或转速更高的 SM 300 型中使用坚固的 6 盘转子进行预切割。细磨可在行星式球磨机 PM 200 或超离心磨 ZM 300 中进行,具体取决于所需的样品处理量和最终细度。橘子皮等食物残渣在转子研磨机中研磨前也需要进行干燥处理。转子打浆机 SR 300 可以处理 1 公斤等较大的样品量。由于这些样品在研磨过程中容易变热,因此需要慢速进料,使用远距离转子也很有好处。使用 1.5 毫米底筛时,处理 1 千克样品大约需要 25 分钟。
塑料废料通常由不同成分组成,需要在分析或进一步加工前进行均质处理。由于塑料具有延展性,因此需要切割或剪切机制进行粉碎,通常采用低温研磨,至少在细磨步骤中是这样。根据样品的特性,RETSCH 切割粉碎机或锤式粉碎机 HM 200 可用于预粉碎步骤。例如,PET 瓶或包含铝箔的混合聚合物样品最好在 SM 300 中进行预切割。建议使用旋风分离器来增加研磨室的样品排出量。对于这些样品,可使用 V 型转子生产 2 毫米左右的颗粒。薄塑料材料可能需要人工预切割,但不需要压花。与此相反,汽车轮胎或树脂等韧性较高的样品,即使在切割机的预破碎步骤中也需要在液氮中进行脆化处理。在这种情况下,使用坚固耐用的 6 盘转子可有效避免磨损。坚固耐用的锤式粉碎机 HM 200 可用于玩具等硬塑料的预粉碎。预粉碎后的样品可以在 CryoMill 或 MM 500 control 等球磨机或 RETSCH ZM 300 中进一步粉碎。此外,通常足够小的聚合物颗粒也可以直接用这些研磨机进行粉碎。这两种型号的球磨机在整个研磨过程中使用液氮进行持续脆化,以保持样品足够低的温度。这种球磨机的样品量很少,最多只有 10 克,但可以获得低于 300 微米的细度。ZM 300 型球磨机适用于较大的样品量。在这里,样品会在研磨前与干冰混合,以进行脆化处理。建议使用不小于 0.5 毫米的筛子,并使用旋风分离器保持低温。
区分不同的陶瓷材料以便重复使用,对于保护自然资源和防止环境退化至关重要。从废催化剂中回收有价值的金属(如铂和钯),不仅有助于经济的可持续发展,还能减少对采矿活动的需求。陶瓷体或变形部件是陶瓷工业中回收利用和提高资源效率的独特机会。这些材料可以磨碎并重新用于生产新的陶瓷制品,从而大大减少了浪费和对原始原材料的需求。 初始 RETSCH 颚式破碎机可以轻松完成陶瓷材料的破碎。根据进料粒度和样品产量,可以选择最合适的型号。对于较小的样品量,可使用球磨机(如 MM 400)进行细磨。如果样品量较大,可使用圆盘磨 DM 200 或振动圆盘磨 RS 300。通过这种预磨和粉碎相结合的方法,最多可在 30 分钟内将 3 千克的样品粉碎到约 100 微米的颗粒。对于较硬的样品,颚式破碎机、球磨机和 RS 300 等设备都可以使用碳化钨配件。
土壤修复是指清洁、清除或中和土壤中的污染物,使其恢复到安全可用状态的过程。常见的技术有生物修复(微生物或植物分解或吸收污染物)、物理修复(如土壤清洗)、化学修复(通过化学反应中和污染物)或热修复(通过加热去除污染物)。在修复过程前后,需要对土壤样本进行粉碎并分析其中的有害污染物,以检查清洁土壤的措施是否成功。可以使用行星式球磨机 PM 400 或混合磨 MM 400 等球磨机。以 400 克湿土壤样本为例,在 PM 400 中使用 4 个 500 毫升的研磨罐可在 10 分钟内将其均匀化。在此过程中,小石头不成问题。小至 2 x 20 毫升的样品在 MM 400 中均质效果更好。如果样品中不含石子,MM 400 和猎鹰管适配器可以一次处理 8 个样品,只需几分钟就能将最大 50 克的 8 个样品粉碎成 150 微米的颗粒。对于较大的样品量,转子打浆机 SR 300 是一个合适的解决方案。如果样品中含有石块,则应使用 180° 研磨插件。约 2 公斤的样品可在 3-5 分钟内粉碎到 1 毫米以下的颗粒。颚式破碎机 BB 50 是另一种适用于高石子含量土壤样品的粉碎机,它也能将土壤样品粉碎到 1 毫米以下的颗粒。
"二次燃料 "或 "垃圾衍生燃料"(RDF)是从各种类型的废物中提炼出的富含能源的燃料,这些废物原本会被填埋,如工业废物、城市固体废物、生物质废物和不可回收的塑料废物。可燃烧的 RDF 可用于加热水泥窑或发电站,作为传统化石燃料的替代品。为了分析 RDF 的卤素含量、含水量、灰分含量和热值,必须对这些异质材料混合物进行粉碎。通常,第一步需要使用切割粉碎机进行粉碎。根据样品成分,如果需要粉碎木材或硬塑料等韧性较强的样品材料,则使用 6 盘转子。如果样品更多是铝箔、纸张和纺织品,则可使用 V 型转子。在这两种情况下,由于二次燃料通常是轻质材料,因此使用旋风分离器有利于加强样品从研磨室的排出,并避免材料升温。在精磨步骤中,可以使用 ZM 300 来处理较大的样品量,最大可达几百克,也可以使用 CryoMill 来处理较小的样品量,最大可达 5 克。对于此类样品,不应使用细于 0.75 毫米的环形筛,因为可能会发生堵塞。在这种情况下,必须进行低温研磨,即在 ZM 300 研磨之前用干冰混合样品。此外,建议使用旋风分离器。
回收利用通常涉及材料的收集、分类和加工。在这一过程中,按尺寸分离颗粒的筛分机起着至关重要的作用。它们用于
筛分机的选择取决于材料和所需的结果,从而提高回收流程的效率和效果。
使用 AS 200 控制装置对 60 克塑料颗粒进行分馏,大约只需 5 分钟。使用的筛网尺寸为 6 毫米/4.5 毫米/2.5 毫米和 2 毫米。振幅设定为 1.3 毫米,间隔时间为 10 秒。
对于木屑等细长样品,AS 400 控制装置具有优势,因为该装置的水平运动可防止木屑竖起并纵向通过。在 4 分钟内,用 16 毫米、8 毫米和 4 毫米筛子对 1 公斤样品进行了分馏。
使用 AS 200 控制装置可以轻松完成湿筛分,例如土壤样品的湿筛分。使用的试验筛网尺寸为 0.063 毫米/0.25 毫米/0.5 毫米/1 毫米/4 毫米和 8 毫米。
在样品制备和均质化后进行质量控制时,AS 200 Control 或 AS 200 jet 是首选仪器,因为它们适用于较小的样品量,而且很容易检测到细小的馏分。
坚实、高质量的颗粒是进行可靠、有意义的 XRF 分析的重要前提。RETSCH 推出的 PP 40 压粒机可以生产出表面光滑、强度高的颗粒。PP 40 将小型台式机的优势与高压制力相结合,压制力可分三步自动调节,确保即使是难压制的材料也能得到完美的压制。例如,当设定 10 吨、20 吨和 30 吨的压制力时,在每 20 秒的保持时间内分三步进行,这对颗粒的稳定性非常有利。颗粒有时间沉淀,从而提高了稳定性。颗粒可以压在铝杯中,以进一步提高稳定性。如果所有的测量方法都无济于事,那么将样品材料与利高蜡等粘合剂混合则是稳定金属粉末等最难稳定的样品的好方法。将大约 10-15 克样品与 2 克甘草蜡混合,然后按上述步骤分三步压制。对于混合,MM 400 是一个很好的解决方案。该研磨机可配备一个适配器,用于容纳 8 个锥形离心管。所有样品都会以可重复的方式自动均匀混合。
木材
纤维素
炉渣
含 Licowax 的金属颗粒
回收工艺研究是一个大有可为的领域,可以真正开发出新的材料,如新的原料药、新的聚合物(生物基)或新的肥料。新材料,例如用于从石油残留物中净化水的过滤器,正在研究之中。RETSCH 设备,尤其是球磨机,例如在制药研发或机械化学应用中,有助于为这些新方案做出贡献。与热解相比,聚合物分解在球磨机中产生的副产品更少,能耗也更低。使用 RETSCH 设备进行研发的挑战性项目很多,在此仅提及其中几个。