حذف ذرات فلزی از ضایعات ABS

حذف ذرات فلزی از ضایعات اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن با استفاده از روش های جداسازی الکترواستاتیک

تکنیک های جداسازی الکترواستاتیک به طور گسترده در صنعت بازیافت استفاده شده اند. هدف از این مقاله، ارزیابی امکان استفاده از آنها به منظور بهره مندی از "پایان چرخۀ حیات" تجهیزان فناوری اطلاعات بعنوان جدیدترین و سریع ترین دسته بندی از ضایعات است. این مطالعه بر روی نمونه های استخراج شده از گرانول اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS) انجام شد که پس از جداسازی و خرد کردن ضایعات تجهیزات فناوری اطلاعات به دست آمده بود. نمونه هایی که معمولآ کمتر از 0.1 درصد فلزات یونی بودند، در یک جداکنندۀ الکترواستاتیک آزمایشگاهی پردازش شدند که امکان تولید دو پیکربندی الکترود مهم و مورد استفاده در صنعت را فراهم می کرد. روش طراحی آزمایشات با هدف بررسی اثرات متغیرهای کنترل الکتریکی و مکانیکی مختلف بر روی نتیجۀ فرایندهای جداسازی استفاده شد. داده های گزارش شده نشان می دهد که با تنظیم مناسب متغیرهای ورودی صفحه جداکنندۀ الکترواستاتیک یا نصب کرونای الکترواستاتیک رولی می توان تمام ذرات فلزی را از محصول ABS حذف کرد؛ در حالی که در حات ثابت قرار دارد، کمترین مقدار پلاستیک از کسری رسانا خارج شده است.

ضایعات فناوری اطلاعات (IT) موضوعی است که 20 سال پیش به ندرت در مورد آن بحث می شد. امروزه، دارای سریع ترین رشد در ایجاد ضایعات تولیدی است. بیش از یک میلیارد کامپیوتر شخصی در جهان وجود دارد. در کشورهای توسعه یافته، این کامپیوترها به طور متوسط فقط دو سال طول عمر دارند. در ایالات متحده، بیش از 300 میلیون کامپیوتر ضایعاتی وجود دارد. این واقعیت علاقۀ روزافزون با بازیافت زباله های حاصل از تجهیزات فناوری اطلاعات را توجیه می کند. باتوجه به شکل زیر، هر کامپیوتر به طور متوسط  شامل 30 درصد پلاستیک، 29 درصد فلزات آهنی، 14 درصد فلزات غیر آهنی (مانند مس، آلومینیوم، سرب، کادمیوم، آنتیموان، بریلیوم، کروم و جیوه) و 27 درصد هم شیشه و سرامیک می شود.

شکل 1:

تنها حدود 50 درصد از این کامپیوترها بازیافت می شود و مابقی دور ریخته می شوند. با این حال، فناوری ها در حال توسعه هستند و راه حل هایی نیز برای بازیافت کامپیوترهای کهنه و قطعات آنها وجود دارد. از سه روش کلی زیر ممکن است برای بازیافت این ضایعات کمک گرفته شود؛ 1) بازیافت قطعات از طریق جداسازی آنها، 2) بازیافت مواد از طریق پردازش مکانیکی، پترومتالوژی و هیدرومتالوژی و 3) ترکیبی از این تکنیک ها. همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، از روش تصفیه مکانیکی همچون خرد کردن، دانه بندی، جداسازی مغناطیسی و دسته بندی برای اکثریت قریب به اتفاق ضایعات تجهیزات IT استفاده می شود.

شکل 2:

پلاستیک ها قبل از بازیافت مکانیکی بایستی دسته بندی شوند. در حال حاضر، فرایند مرتب سازی و دسته بندی برای بازیافت مکانیکی توسط اپراتورهای خاص انجام می شود که به صورت دستی پلاستیک ها را به نوع یا رنگ پلیمری طبقه بندی می کنند. فناوری به کار رفته در مرتب سازی خودکار پلاستیک ها با استفاده از تکنیک های مختلفی مانند فلورسانس اشعه ایکس، اسپکتروسکوپی مادون قرمز و NIR، الکترواستاتیک و فلوتاسیون معرفی شده است. پس از دسته بندی، پلاستیک یا مستقیما ذوب شده و به شکل جدیدی درمی آید و یا پس از خرد شدن به صورت ورقه ای ذوب شده و سپس مجددا دانه بندی می شود. قبل از این کار، تمام ذرات فلزی باید از محصول پلاستیکی حذف شوند. با اینکه جداسازی مغناطیسی با موفقیت برای از حذف ذرات آهنی به کار رفته است، اما صنعت بازیافت هنوز راه حل رضایت بخشی برای حذف ذرات غیرآهنی در اختیار ندارد. جداسازی الکترواستاتیکی دسته بندی انتخابی اجسام باردار یا قطبی تحت عمل یک میدان الکتریکی است. فناوری های جداسازی الکترواستاتیک فلز/عایق قبلا کارایی خود را در بازیافت کابل های الکتریکی و ضایعات برد مدار چاپی ثابت کردند. در این کاربردها، فلزات دست کم 5 درصد از مواد ورودی را تشکیل می دهند. هدف از این مقاله ارزیابی امکان استفاده از فناوری های مشابه برای حذف ذرات فلزی است که ممکن است ضایعات اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS) گرانول را تصفیه کنند. چالش بسیار سختی است زیرا ذرات فلزی موجود در چنین ضایعاتی معمولا کمتر از 0.1 درصد است. بررسی تأثیر عوامل مختلفی که ممکن است بر کارایی یک فرایند تاثیر بگذارند، با استفاده از روش طراحی آزمایشی تسهیل می شود.

الف: جداسازی میدان الکترواستاتیک

نتایج حاصل از طرح آزمایشی CCF در جدول زیر ارائه شده است.

جدول 1:

تابع پاسخ y محاسبه شده با MODDE 5.0 به صورت زیر تفسیر می شود:

این مدل ریاضی را می توان برای پیش بینی نتیجۀ فرایند بعنوان تابعی از متغیرهای کنترلی U و ϒ استفاده کرد. بهترین نتایج بدست آمده برای U=30 کیلو وات و ϒ=4° در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل 3:

در ولتاژهای پایین تر، نیروهای میدان الکتریکی به اندازه کافی قوی نیستند که ذرات فلزی درشت تر را به حرکت درآورند. با افزایش ولتاژ به بیش از 30 کیلو وات، برخی از ذرات فلزی ریزتر با الکترود ساکن برخورد کرده و در محصول منحرف می شوند. افزایش زاویه ϒ تاثیر مثبتی بر پاسخ ϒ دارد زیرا تعداد کمتری از ذرات ABS در محصول C جمع آوری می شوند. با این حال، در ϒ کمتر از 4°، تعداد زیادی از ذرات فلزی در محصول NC جمع شده و عملکرد کلی جداکننده را کاهش می دهند.

نتیجه گیری

هر دو روش جداسازی الکترواستاتیک و کرونا-الکترواستاتیک برای حذف ذرات فلزی در فرآوردۀ ABS بازیافتی از ضایعات تجهیزات فناوری اطلاعات (IT) مناسب هستند. استفاده از جداکنندۀ الکترواستاتیک صفحه ای بسیار راحت تر است زیرا قطعات متحرک کمتری دارد. با این حال، عملکرد آن به اندازه عملکردهای جداکنندۀ کرونا-الکترواستاتیک رولی کمتر است. دومی ابزاری برای کنترل بار ذرات غیررسانا با استفاده از تخلیه کرونا و سرعت الکترود رول دوّار است که گرانول ها را ازطریق میدان الکتریکی حمل می کند. بنابراین، می توان هم نیروهای الکتریکی و هم نیروهای مکانیکی وارد بر ذرات را تنظیم کرد که نشان دهندۀ یک مزیت عمده در کاربردهایی با مشخصات بسیار دشوار است. این ملاحظات توسط نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی انجام شده بر روی یک مدل فیزیکی ساده پشتیبانی می شوند. مدل سازی دقیق تر فیزیکی و ریاضی بکار رفته در فرایند جداسازی الکترواستاتیکی با استفاده از نتایج بدست آمده از محاسبات میدانی برای هندسه های الکترود، مشابه آنچه در کاربردهای صنعتی اعمال می شود، در حال انجام است.