CN117019845B - 一种从废弃风电叶片中收集玻璃钢和芯材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废弃风电叶片的回收处理领域，公开了一种从废弃风电叶片中收集玻璃钢和芯材的方法。所述方法包括以下步骤：将若干块含有芯材的块状废弃风电叶片置于氯化盐溶液中进行反应，然后固液分离，将得到的固体置于有机溶剂中进行浸泡，接着在搅拌的条件下进行加热，然后分别收集底部产物和漂浮物。本方法可以有效通过物理化学方法打破玻璃钢和芯材的粘结作用，将叶片中玻璃钢和芯材分离开来，且能够得到尺寸较大的玻璃钢和芯材。
Description
技术领域
本发明涉及废弃风电叶片的回收处理领域，具体涉及一种从废弃风电叶片中收集玻璃钢和芯材的方法。
背景技术
风力发电是重要的低碳发电方式，这些年发展迅速，风力发电占比不也在逐年上升。然而风力发电在经过一段时间运营后会发生退役，退役而废弃的叶片占地面积大，面临着一系列的处置问题。
风电叶片主要是纤维和树脂等组成的复合材料（玻璃钢），复合材料回收广泛应用在建材、复合板材等领域，在腹板等部位，除了复合材料外还有大量的芯材，叶片芯材主要组成为巴沙木、PVC、PET，芯材质地轻盈，且部分为国外进口，具有较高的价值，能够应用其他产品的夹层降低重量的作用。而含有芯材的叶片复合材料可能对后续机械利用有着较大的影响。叶片芯材通过粘结胶与复合材料粘结起来，相较于复合材料内部粘结较为宽松，如果能有效将叶片中芯材木与玻璃钢分别剥离出来，后续单独利用，可以极大提升叶片的利用价值。
现有的分离玻璃钢以及芯材的方法多为将叶片粉碎后回收，得到的芯材以及玻璃钢均为粉末，这无疑降低了其应用范围，因为玻璃钢尺寸过小，无疑会降低玻璃钢本身的一些性质，芯材等物质是一些轻质材料，芯材较大的尺寸可以广泛应用在各种减重领域降低整体重量，若以粉末形式存在，则会难以粘连，影响后续应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服芯材存在影响玻璃钢的综合利用，目前没有有效的方法将芯材和玻璃钢以较完整的尺寸分别剥离回收的问题，提供一种从废弃风电叶片中收集玻璃钢和芯材的方法，该方法简单易行具有很强的可操作性，能够将叶片中芯材和玻璃钢分离开来，可以有利于芯材以及玻璃钢的单独后续的资源化利用。
为了实现上述目的，本发明提供一种从废弃风电叶片中收集玻璃钢和芯材的方法，所述方法包括以下步骤：将若干块含有芯材的块状废弃风电叶片置于氯化盐溶液中进行反应，然后固液分离，将得到的固体置于有机溶剂中进行浸泡，接着在搅拌的条件下进行加热，然后分别收集底部产物和漂浮物。
优选地，氯化盐为氯化钠和/或氯化钾。
优选地，所述氯化盐溶液的浓度≥2mol/L。
优选地，所述氯化盐溶液的浓度为2-6mol/L。
优选地，所述反应的条件包括：温度为60-90℃，时间≥2h。
优选地，所述反应的时间为4-20h。
优选地，所述氯化盐溶液的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比≥5mL/g。
优选地，所述氯化盐溶液的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比为10-40mL/g。
优选地，所述有机溶剂的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比≥20mL/g。
优选地，所述有机溶剂的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的液固比为20-40mL/g。
优选地，所述有机溶剂为硅油。
优选地，所述浸泡的温度为100-160℃。
优选地，所述浸泡的温度为120-140℃。
优选地，所述浸泡的时间为4-48h。
优选地，所述浸泡的时间为8-24h。
优选地，所述加热的温度为100-140℃，所述加热的时间为4-10h。
本方法可以有效将风电叶片中玻璃钢与芯材分离，且得到的玻璃钢和芯材均有一定的尺寸，不是以粉末的形式存在，从而极大拓展了其应用领域，从而分别进行后续资源化利用。
本方法可以有效通过物理化学方法打破玻璃钢和芯材的粘结作用，将叶片中玻璃钢和芯材分离开来，且能够得到尺寸较大的玻璃钢和芯材，得到的玻璃钢可以进一步利用或者制备得到玻璃纤维，有效提升其应用领域，得到的较大尺寸的芯材可以直接应用于各种减重材料中间，且分离得到的玻璃钢中芯材含量较少，玻璃钢中芯材含量芯材含量≤0.05重量%，芯材中玻璃钢含量≤0.5重量%，分离效果较好。
附图说明
图1是本发明废弃风电叶片的切割示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种从废弃风电叶片中分离巴沙木的方法，所述方法包括以下步骤：将若干块含有芯材的块状废弃风电叶片置于氯化盐溶液中进行反应，然后固液分离，将得到的固体置于有机溶剂中进行浸泡，接着在搅拌的条件下进行加热，然后分别收集底部产物和漂浮物。
本发明中所述废弃风电叶片来源为风电厂退役或者意外导致不能使用的叶片，废弃风电叶片中玻璃钢含量为80-98重量%，芯材含量为2-20重量%。
通常风电叶片中只有部分部位才含有芯材，例如叶片前缘部位，因此为了节省成本，在优选情况下，根据叶片设计和存在部位并且通过人为观察辨别，将废弃风电叶片切割成块状后，得到块状废弃风电叶片，然后取其中若干块含有芯材的块状废弃风电叶片置于氯化盐溶液中进行反应，然后固液分离，再将得到的固体置于有机溶剂中进行浸泡，接着在搅拌的条件下进行加热，然后分别收集底部产物和漂浮物。
在本发明中，对于所述切割方式没有特殊要求，可以横向纵向切割，在一种具体的实施方式中，切割方式可参见图1所示。
为了保证后续反应以及浸泡操作有较好的效果，在优选情况下，对废弃风电叶片切割后，控制每一块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同。
在本发明优选情况下，氯化盐为氯化钠和/或氯化钾。
优选地，所述氯化盐溶液的浓度≥2mol/L，进一步优选为2-6mol/L，具体可以为2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L或6mol/L。
在本发明优选情况下，所述反应的条件包括：温度为60-90℃，时间≥2h，进一步优选地，所述反应的时间为4-20h。
在具体的实施方式中，所述反应的温度可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，所述反应的时间可以为4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h或20h。
在本发明优选情况下，所述氯化盐溶液的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比≥5mL/g，进一步优选为10-40mL/g，具体可以为10mL/g、15mL/g、20mL/g、25mL/g、30mL/g、35mL/g或40mL/g。
在本发明中，所述氯化盐溶液的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比，指的是，氯化盐溶液的用量与置于氯化盐溶液中反应的含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比。
在本发明优选情况下，所述有机溶剂的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比≥20mL/g，进一步为20-40mL/g，具体可以为20mL/g、22mL/g、24mL/g、26mL/g、28mL/g、30mL/g、32mL/g、34mL/g、36mL/g、38mL/g或40mL/g。
在本发明中，同样的，所述有机溶剂的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比，指的是，有机溶剂的用量与置于氯化盐溶液中反应的含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比。
在本发明优选情况下，所述有机溶剂为硅油（聚硅氧烷产品），在具体的实施方式中，所述硅油具体可以选自甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油和含氰硅油中的一种或两种以上。
优选地，所述浸泡的温度为100-160℃，进一步为120-140℃，具体可以为120℃、125℃、130℃、135℃或140℃。
在优选情况下，所述浸泡的时间为4-48h，进一步为8-24h，具体可以为8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h。
在本发明中，经过浸泡后，废弃风电叶片中的芯材会***，接着进行机械搅拌，有助于进一步分离芯材和玻璃钢。
在优选情况下，所述加热的温度为100-140℃，具体可以为100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃或140℃。
在加热过程中，在搅拌的作用下，废弃风电叶片中的芯材会逐渐脱落，漂浮在液面上，因此对搅拌的速度没有特殊要求，芯材能够充分脱落即可。
在优选的实施方式中，所述加热的时间为4-10h，具体可以为4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
因为分离出来的芯材会漂浮在液面上，所以所述漂浮物即为分离出来的芯材，而分离出芯材后得到的产物会沉在底部，即为玻璃钢，所以在加热结束后，需要分别收集底部产物和漂浮物，然后依次采用丙酮、乙醇和水分别对收集得到的漂浮物和底部产物进行洗涤，然后烘干。
在本发明中，所述烘干的温度为80-110℃，优选地80-90℃，具体可以为80℃，82℃，84℃，86℃，88℃或90℃。
在本发明中，所述烘干的时间＞30min，优选为60-120min。
在本发明的具体实施方式中，所述烘干的时间可以为60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、100min、105min、110min、115min或120min。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明所保护的范围不仅限于此。
以下实施例中，所使用的废弃风电叶片来自于龙源电力风电厂辽宁某风电厂使用二十年后退役下来的风电叶片，该废弃风电叶片中芯材含量为8.09重量%，玻璃钢含量为91.91重量%。
实施例1
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将261块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于浓度为5mol/L的氯化盐（氯化钠）溶液中进行反应（氯化盐溶液的用量与261块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为15mL/g），反应的条件包括：温度为80℃，时间为8h，然后过滤，将得到的固体置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与261块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为30mL/g），在140℃下浸泡12h，接着在机械搅拌的条件下，在130℃下加热6h，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在80℃下烘干2h。
实施例2
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将321块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于浓度为6mol/L的氯化盐（氯化钠）溶液中进行反应（氯化盐溶液的用量与321块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为20mL/g），反应的条件包括：温度为90℃，时间为6h，然后过滤，将得到的固体置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与321块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为25mL/g），在140℃下浸泡20h，接着在机械搅拌的条件下，在130℃下加热8h，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在90℃下烘干2h。
实施例3
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将286块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于浓度为4mol/L的氯化盐（氯化钠）溶液中进行反应（氯化盐溶液的用量与286块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为20mL/g），反应的条件包括：温度为90℃，时间为8h，然后过滤，将得到的固体置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与286块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为30mL/g），在140℃下浸泡20h，接着在机械搅拌的条件下，在130℃下加热8h，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在90℃下烘干2h。
实施例4
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将324块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于浓度为3mol/L的氯化盐（氯化钠）溶液中进行反应（氯化盐溶液的用量与324块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为20mL/g），反应的条件包括：温度为90℃，时间为8h，然后过滤，将得到的固体置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与324块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为25mL/g），在130℃下浸泡20h，接着在机械搅拌的条件下，在130℃下加热8h，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在90℃下烘干2h。
对比例1
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将321块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于水中进行浸泡（水的用量与321块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为20mL/g），浸泡的条件包括：温度为90℃，时间为12h，接着在机械搅拌的条件下，在80℃下加热10h，此时未有漂浮物产生。
对比例2
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将333块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与333块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为10mL/g），在80℃下浸泡12h，接着在机械搅拌的条件下，在70℃下加热8h，此时未有漂浮物生成，继续加热至20h，有少量漂浮物生成，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在90℃下烘干2h。
对比例3
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将325块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与325块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为20mL/g），在220℃下浸泡12h，接着在机械搅拌的条件下，在210℃下加热8h，此时漂浮物和底部产物均为黑色，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在90℃下烘干2h。
对比例4
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将279块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与279块含有芯材的块状废弃风电叶片的总用量的液固比为30mL/g），在140℃下浸泡12h，接着在机械搅拌的条件下，在130℃下加热6h，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在80℃下烘干2h。
对比例5
将废弃风电叶片按照图1所示切割方式横向纵向切割成块状，得到块状废弃风电叶片，然后将132块含有芯材的块状废弃风电叶片（每块含有芯材的块状废弃风电叶片的长度为3-5cm，宽度为3-5cm，高度与废弃风电叶片的厚度相同）全部粉碎成粉末后得到粉碎物料，将粉碎物料全部置于浓度为5mol/L的氯化盐（氯化钠）溶液中进行反应（氯化盐溶液的用量与粉碎物料的总用量的液固比为15mL/g），反应的条件包括：温度为80℃，时间为8h，然后过滤，将得到的固体置于有机溶剂（甲基硅油）中（有机溶剂的用量与粉碎物料的总用量的液固比为30mL/g），在140℃下浸泡12h，接着在机械搅拌的条件下，在130℃下加热6h，然后打捞漂浮物，接着过滤，收集过滤得到的固体，即底部产物，将得到的漂浮物和底部产物分别依次用丙酮、乙醇和水洗涤，洗涤完成后在80℃下烘干2h。
测试例1
分别测定实施例1-4和对比例2-5中，所用的含有芯材的块状废弃风电叶片中芯材的含量、烘干后的漂浮物中玻璃钢的含量、烘干后的底部产物中芯材的含量、烘干后的漂浮物的尺寸以及外观颜色和烘干后的底部产物的尺寸以及外观颜色。
由于玻璃钢和芯材有明显的区别，因此烘干后的漂浮物中玻璃钢的含量的测试方法为：将烘干后的漂浮物进行称重，记为M1，然后人为将其中的玻璃钢刮离下来并称重，记为m1，则烘干后的漂浮物中玻璃钢的含量为m1/M1*100%；烘干后的底部产物中芯材的含量的测试方法为：将烘干后的漂浮物进行称重，记为M2，然后人为将其中的芯材刮离下来并称重，记为m2，则烘干后的底部产物中芯材的含量为m2/M2*100%。
结果如表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，（由于在切割废弃风电叶片时，块状废弃风电叶片的高度与废弃风电叶片的厚度相同，因此烘干后的底部产物的高度尺寸与废弃风电叶片的厚度相似，不具备可比性，因此表1中未给出烘干后的底部产物的高度尺寸）采用本发明可以有效通过物理化学方法打破玻璃钢和芯材的粘结作用，将叶片中玻璃钢和芯材分离开来，且能够得到尺寸较大的玻璃钢和芯材，得到的玻璃钢可以进一步利用或者制备得到玻璃纤维，有效提升其应用领域，得到的较大尺寸的芯材可以直接应用于各种减重材料中间，且分离得到的玻璃钢中芯材含量较少，玻璃钢中芯材含量≤0.05重量%，芯材中玻璃钢含量≤0.5重量%。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种从废弃风电叶片中收集玻璃钢和芯材的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将若干块含有芯材的块状废弃风电叶片置于氯化盐溶液中进行反应，然后固液分离，将得到的固体置于有机溶剂中进行浸泡，接着在搅拌的条件下进行加热，然后分别收集底部产物和漂浮物；
所述氯化盐溶液的浓度为2-6mol/L；
所述反应的条件包括：温度为60-90℃，时间为4-20h；
所述有机溶剂为硅油；
所述浸泡的温度为100-160℃，所述浸泡的时间为4-48h；
所述加热的温度为100-140℃，所述加热的时间为4-10h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氯化盐为氯化钠和/或氯化钾。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化盐溶液的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比≥5mL/g。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂的用量与所述含有芯材的块状废弃风电叶片的用量的液固比≥20mL/g。
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