塑料回收业不断壮大， 分选技术何去何从

随着塑料工业的迅猛发展，以及塑料垃圾的不断增长，废旧塑料的再生利用行业日益兴起。从最初以PET瓶为主，到现在各种类型塑料的回收蓬勃发展，很多不同种类及颜色的塑料被混合到一起。不同品种的塑料性能及加工条件是不同的，混合后的废塑料对加工和应用的影响非常大，很难回用或者再利用价值不高，所以必须对废旧塑料进行分类，才能达到有效回收利用的目的，分选就成为了必不可少的环节。那么塑料回收业面对混杂塑料的回收改性，应该如何来考量分选呢？笔者借本文跟大家探讨一下分选技术的基本情况，并以更受青睐的高精度自动化分选技术作为重点。

塑料回收市场上主要有三大分选需求：
◆ 对不同颜色的塑料进行分类；
◆ 剔除塑料中的金属；
◆ 区分不同种类的塑料 (PET、HDPE、LDPE、PVC、PS等)。
目前针对再生资源的分选技术，通常分为手工和机械分选两大类。

手工分选

手工分选就是通过人工将混在废塑料里的杂质，以及不同品种的塑料区分开。这种方法费时费力，效率低下，但投资小，易上手，操作灵活。手工分选步骤如下：
1. 除去金属和非金属杂质，剔除质量严重下降的废塑料制品；
2. 按制品（如薄膜、瓶、杯、边角料等）进行分类, 再用肉眼鉴别法分类不同的塑料品种；
3. 最后将上述分类的废旧塑料制品再按颜色深浅和质量分选。

机械分选

机械分选主要包括筛分、磁选、密度分选、静电分选、离心分离(浮选)、风选和温差分选等方法。此外，近二十年来，随着技术的发展和成熟，红外线分选、X射线分选及彩色相机分选等光学分选技术在废塑料回收再生中的应用也越来越广泛。
◆  磁选
磁选是利用磁体分离铁类金属的方法，主要目的是除去混入废旧塑料中的钢铁等金属碎屑杂质，因这些细碎钢铁屑不易用手工分选的方法除去。磁选对于非金属类物料不能实现有效分选。
◆  密度分选
塑料之间的物理特性之一就是密度的不同，密度分选是根据输入物料的密度不同进行分选，主要分为风选和浮选。塑料的密度范围从小于1到1.5之间不等，利用密度的不同可以将各种混合物快速的分为两组或多组，减少每组塑料中含有的种类数量。这些分组后的塑料具有更稳定的特性以便下游更好的处理。在一些情况下，密度分选可能分选出一些特定特性的塑料。

风选也称为气流分选，是将经粉碎的塑料放在分选装置内喷射，风从横向或逆向吹入，利用不同塑料对气流的阻力与自重的合力差进行分选的方法，密度大的材料下落距离较近，密度轻的材料下落距离较远，从而实现材料的分选。由于粉碎后粒度的粗细会影响分选的效果，所以此法要求粉碎后的粒度粗细均匀，而且粒度粗细均匀程度是影响风选效果的重要因素。此外该法也可用于分选塑料中混入的石子和砂子等，但是对于密度近似及碎片形状不规则的塑料的分离效果较差。

浮选是利用物质在溶液介质中的比重不同进行分选的技术，优点是简易可行，只要选择配制一种或几种溶液就可以进行大批量分选，而避免了烦琐的人工分选。局限是有些种类的塑料密度非常接近，因此要获得高纯度的分离物比较困难。另外，对水有一定污染，还会产生不良副产品，泥渣需后续处理，对环境有严重的负面影响。

◆  静电分选
静电分选是利用各种塑料不同的摩擦电性能来进行分选的方法，其原理简单，分离效率高，适合密度相近不易分选的塑料。利用静电进行分选，对于多种混在一起的废塑料需要多次分选，因为每通过一次预选设定的电压只能分选出一种塑料。此外，静电分选对于输入物料的要求比较高，受到塑料添加剂的种类、均匀程度、颗粒表面状况以及试料余燥程度的影响，且运行成本偏高。
◆  光学分选
光学分选是基于不同塑料在光谱性能上的差异而进行的自动化分选，它利用成熟的近红外线（NIR）和可见光（VIS）或者X光来检测物料识别出不同材质、颜色或者密度，并通过压缩空气将选定物料分选出来，是目前市面上自动化程度最高、识别精度最高的一类分选技术。其优势是分选精度高，产量大，分选灵活。
按照光电传感器的检测原理，光学分选可以分为六类，其中颜色识别（COLOR）传感器、近红外（NIR）传感器、可见光谱（VIS）传感器是通过分析材料的可见光、红外线、紫外线及其他范围的光谱，识别材料的颜色进行分选判断。X射线透视（XRT）传感器、X射线荧光技术（XRF）传感器是根据不同种类材料的不同原子密度、其它原子特性，进行分选判断。电磁（EM）传感器是根据材料不同的电导率和磁导率进行分选判断。
• 颜色分选
此方法借助彩色相机检测物体的颜色，把不同的亮度换算成电流值，然后根据颜色差异鼓风吹落杂色瓶或瓶片，该法局限于颜色存在差异的塑料制品，对于颜色相同或相近但材质不同的塑料制品则不能有效识别。
• 近红外(NIR)分选
利用特定波长区间的近红外线照射被分选物时，不同材质所呈现出的不同反射光谱进行分选判断。它可区分各种不同材质的塑料，包括PET、HDPE、LDPE、PVC、PS、PP等，精准率可达100%。其优势是分选精度高，产量大，并且运营成本低，无污染，是废塑料行业在环保政策趋严的大环境中，进行产业升级的理想选择。但黑色塑料无法通过该技术进行分选。
• X射线(XRF)分选
包括X射线透视技术和X射线荧光技术，是利用物料受X射线照射后所激发的二次X射线进行分选的方法。该方法可根据不同材料的原子密度和特性不同，进行分选判断。X射线分选应用于电子垃圾废料中，可区分阻燃塑料和非阻燃塑料。

光学分选如何提升塑料回收

光学分选机的起源可以追溯到20世纪30年代，当时被用于提高食品的质量和安全。PET回收的增长为该种机器在塑料上的应用铺平了道路 ——首先从饮料容器中的透明PET中去除掉绿色和其它颜色，然后去除可能与透明PET同色、但表现出不同熔体温度的聚合物。

随着光学分选在PET回收中变得普遍，塑料行业的其他领域开始意识到按颜色分离破碎料的潜力。早期应用领域之一是PVC门窗型材破碎料市场，因为光学分选产生了许多可能是高价值的粘附有橡胶的破碎料。这种材料往往是浅色的，而所粘附的橡胶为黑色，使其成为了色选的理想应用。

虽然塑料行业的几个领域有着色选设备的理想应用，但绝大多数加工商和破碎料经营商在能够实现这项技术可能提供的重大好处之前，有着许多障碍需要克服。以下是几个较常见的障碍：
•复杂性：虽然对比度巨大的单色料相对容易处理，但大多数破碎料分选机会需要处理各种不断变化的颜色。直到最近，色选机还依赖于各种滤光器、彩色灯和与颜色匹配的背景来实现特定的颜色分选。这些分选机可以做到很好，但太困难，也太费时，无法针对大多数加工商和回收商遇到的各种类型进行优化。此外，光学分选机的学习曲线（获得知识或技能的速率）很高，当下企业频繁的人员流动会造成一种情况，令大多数企业无法兑现光学分选的好处。
•成本和生产能力：旨在应对食品工业高产量需求的现有光学分选技术对于大多数塑料回收应用而言，往往产能太大，价格昂贵。塑料回收应用经常需要多种分类来获得所需的成品，而类别的转换花费了太多的时间，增加了额外的成本。
不过，现在对于任何中高产量破碎料的加工商或回收商来说，光学分选都是一个可行的选择，并愿意将回收料重新引入到自己的原料环节，或者将其在市场上高价出售。向整个行业开放光学分选技术的驱动力是引入了结构紧凑、对用户友好、全彩、基于相机的分选机器。

光学分选的实施策略

为了使光学分选机正常工作，必须满足几个标准：待分选产品必须被加速通过一个观察室，由相机作扫描和分析，然后不需要的颜色必须被剔除掉。

实现上述标准的第一步是将产品分类成大小相对均匀的粒子，这可以通过适当的筛选、鼓风或者两者的结合来实现。这一步很重要，因为细灰尘和非常小的颗粒会掩盖观察区域，降低分选效率。试图对各种混合粒子大小进行分选的另一个问题是，粘在大的好粒子之上的极小颜色缺陷可能会导致两者都被拒绝了，这将损害整体效率。

机器可以与流程在线安装，也可以安装在能根据需要作批次运行的离线区域。批处理概念的一个优点是，同一台机器可以处理来自多条生产线的混色破碎料。在任何一种情况下，机器都应该安装在振动最小的位置，防止可能发生的被叉车碰伤，温度保持在冰点以上和46℃以下，并远离该过程或清洁过程所溅出的任何水分。如果安装在非常恶劣的环境中，那么机器应该为封闭型，以隔离极热、水分或其它环境因素。

光学分选机器周围应有足够的空间，有必要时就进行日常维护和保养。该机器可配备箱式卸料机、真空系统、气动上料机和其他典型的工艺机械。这些设备的安装方式应不会给分选机的进料料斗造成振动或损坏。

当提供一个稳定的进料速率时，光学分选机工作得最好，因此应该准备足够大的自动加料斗，以尽量减少开机后的的启动和停机。

应为光学分选机提供清洁、均匀的电源，为喷射器准备清洁干燥的空气也很重要。这种气流上的要求一般通过使用带冷冻干燥机的空气压缩机和合适的过滤来得以满足。虽然专用压缩机可能是理想的，但大多数工厂使用工厂的空气，前提是它满足气流质量要求，为分选机提供体积稳定的气流，而无论进料产品的污染程度如何。

人工智能（AI）被用来自动分选塑料

近年来，AI（Artificial Intelligence）人工智能已经成为各行各业关注的焦点，随着大数据时代的到来，以及计算能力的提升，人工智能在技术方面的突破已经日新月异，塑料的自动分选领域已开始逐步应用上了AI。

陶朗（Tomra）集团是光学分选技术的全球领军企业，可根据待分选物料的组分和用户的分选需求，提供灵活多样的技术方案，包括近红外、X射线、激光和可见光等。陶朗在智能分选领域开展了大量研发，于去年六月推出了全新一代智能化光电分选设备AUTOSORT，搭载了多项陶朗最新的专利技术，并引入了更多人工智能元素和革新性的识别技术，功能更强大，能胜任更复杂的分选任务，逐一击破塑料分选行业内的四大典型痛点和历史性难点：PET吸塑片分选难、无法按照品牌进行分选、透明PET瓶子中会夹杂淡蓝色的瓶子、难以从可回收物中高效分选出塑料袋和膜类。

新一代AUTOSORT融合了具有深度学习功能的人工智能分选技术GAIN，在高处理量的情况下，仍能针对入料组分复杂的分选任务保持高度精准性。锐眼技术 (SHARP EYE) 在不增加能耗的基础上，增加了照射光的强度，使不同材质的反射信号更为清晰，因而可以识别人眼看不到的细微差别。激光智选技术 (DEEP LAISER) 能根据材料的光谱和空间特征进行分选，进一步提升分选效果和能力。飞光扫描技术(FLYING BEAM) 在完全不需要外界光源照明的条件下，让近红外射线能够精准扫描传送带上的每个待检测物体，这样的“点阵扫描”可让设备的信号校准更灵活、识别精准度更高，从而发现常规手段难以识别的细微分子差别，让材质的分选精准度更高。云互联(TOMRA INSIGHT) 将分选机数据连至云端，让每台分选机都能快速、安全地获取大量的云端数据，能够更快、更准地完成物料的分析、分选，提高分选后物料的价值。

美国NRT（National Recovery Technologies）公司是塑料瓶与瓶片分选技术的全球领先者，向回收行业提供尖端分选解决方案，拥有全球最大的PET回收工厂安装量。该公司在其成功的ColorPlus分选机中融入了人工智能（AI）技术，并于去年七月推出。ColorPlus分类器采用高分辨率RGB颜色线扫描传感器，按颜色来识别和分类再生料。Max-AI技术使用基于相机和深度学习的人工智能，按类似人的方式来识别再生料。Max-AI人工智能技术由NRT母公司 - BHS于2017年推出，已经在100多套设备中运行，使其成为回收领域领先的人工智能。虽然这些设备大多与机械臂式分选机合作应用该AI技术，但Max-AI VIS（视觉识别系统）也作为独立设备被安装，并且已经与Max-AI一起集成到NRT SpydIR之中。

“从一开始，我们就意识到Max可以改变行业的游戏规则，不仅是对于机械臂式分选机，而且是整个行业。”BHS的CEO - Steve Miller总结道，“当我们继续将Max集成到更多的设备和智能系统控制之中时，这是向前迈出的又一步。在根据颜色或材料成分以极高可信度来识别材料方面，NRT光学分选机是世界上最好的，但有时最有效的分选需要一种人类所能表现出来的特性——这就是Max的作用，毕竟终端产品并不总是需要透明的PET容器。应用Max-AI的ColorPlus将为我们的客户解决许多分选上的挑战，我们很高兴能将它介绍给他们。”

加拿大Metaspectral公司最近获得了CleanBC塑料行动基金的一项超过30万美元的拨款，以支持能够自动分选塑料的人工智能（AI）技术的发展。该公司提供了利用超高分辨率、可见红外（高光谱）图像从人工智能中获得实时理解的技术。据悉，这将提高消费后回收塑料的品质。该技术预计将于2021年底完成。

“通过使用超高分辨率的高光谱成像，我们的人工智能能够有效地区分不同类型的塑料，以便准确和轻松的分选。”Metaspectral公司的CEO - Francis Doumet说，“人类用肉眼不可能区分不同类型的透明塑料瓶，所以到目前为止，各种被回收的透明塑料被成堆整批地一起销售，降低了最终再生材料的品质和价值。我们的技术将使得实时、自动区分其它方法无法区分的材料成为了可能，这意味着大量的塑料可以更有效、更准确地被分选和回收。”Metaspectral公司表示，随着更多的制造商开始使用更高品质的再生塑料，这种技术将支持塑料的循环经济，并刺激当地回收加工能力变得更大。

自动分选为塑料回收业增值

据粗略的估计，目前国内塑料回收界大概有近两百台的光电分选机，但成功的应用并不多，这让光电分选行业和塑料回收业都感到非常尴尬。一方面精细化、自动化生产是行业发展的必然趋势，同时也因为人力成本的大幅提升和人工不能连续保证产品质量，也让光电分选大规模应用成为唯一选择。但另一方面，许多回收商在使用光电分选机后，根本达不到当初目标，或者离既定目标很远，让后来者感到特别迷茫。

未来的回收系统设计，将以分选为中心进行。具体的分选步骤将根据进料的特性以及最终产品的要求进行选择和配置。因为原料情况的不确定性，使分选很难有标准的流程，这一点和回收行业一直在做的PET回收有很大不同，也是很多厂家茫然的原因之一，因为很多时候厂家根本不知道自己的原料是什么状态。

塑料循环利用行业已经成为“十四五”国家战略新兴产业，行业面临着历史性的发展机遇，行业竞争加剧，落后产能必将被淘汰。废塑料分选作为塑料再生加工过程中的重要一环，是塑料回收行业的发展基石，提高其工作效率对于塑料再生企业有着极其重要的作用，因此高精度、高纯度、自动化、高值化已成为塑料分选行业的必然发展趋势。我们有理由相信，中国塑料回收业能紧紧抓住这次机会，努力实践，大胆尝试，将废塑料的自动分选向前推进一大步。

来源：荣格-《国际塑料商情》


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