Separación flotador-sumidero en el reciclaje de plástico: cómo la clasificación por densidad limpia el PET y el PE

La ciencia detrás de la separación flotador-sumidero ’Principio de Arquímedes aplicado a la clasificación de polímeros

¿qué es la separación flotador-sumidero en el reciclaje de plástico?

El proceso de flotador-sumidero La separación de flotador-sumidero es el método húmedo fundamental para la separación de plástico según la densidad. Las escamas de plástico trituradas se colocan en un tanque lleno de agua donde los polímeros se clasifican según su gravedad específica. Es la técnica de separación por densidad húmeda más utilizada para la separación de plásticos en corrientes de residuos sólidos posconsumo. Aumentar la tasa de reciclaje de envases posconsumo permitiendo desviar el material del vertedero o enviarlo a la incineración. Los materiales con gravedades específicas inferiores a 1,0 g/cm³ (principalmente PP y PE) flotarán hasta la superficie, mientras que aquellos materiales con gravedades específicas superiores a 1,0 g/cm³ (comúnmente PET, PVC, PS y ABS en aplicaciones estándar) se hundirán hasta el fondo, donde se pueden eliminar mediante transportadores de tornillo u otros mecanismos de separación física, como ruedas de paletas.

Según el principio de Arquímedes, cada cuerpo sumergido en un líquido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del líquido desplazado. Así, cuando la densidad de un objeto es menor que la densidad media, la fuerza de flotación es lo suficientemente grande como para superar la gravedad y llevar el objeto hacia arriba, mientras que cuando la densidad de un objeto es mayor que la del medio, se hundirá. Dado que el agua a 23°C tiene una densidad promedio de aproximadamente 0,9975 g/cm³ (basado en el estándar ASTM D792), naturalmente sirve como línea divisoria entre la poliolefina (flotadores) y otros tipos de plástico más densos en la mayoría de las aplicaciones industriales.

La física de las densidades plásticas se puede entender con precisión mediante procedimientos de medición de densidad como el método de inmersión, conocido como ISO 1183 (normas húngaras), o el método de desplazamiento ASTM D792, que utiliza agua para realizar mediciones. Cada una de las dos normas define la densidad del plástico basándose en la medición a 23°C, que coincide con la temperatura de funcionamiento real en los tanques del fregadero flotante que garantizan la estabilidad de la separación.

La referencia ISO 1183 en el sitio web de Radwag establece que, directamente a partir de la ley de Arquímedes, el cálculo de la densidad del plástico después de pesar una muestra tanto en el aire como sumergida en agua destilada da la diferencia causada por fuerzas de flotación.

Hay que destacar una debilidad antes de considerar las implicaciones para el proceso: la técnica separa los plásticos solo por densidad, no por color, peso molecular, grado o contenido de aditivos. Afecta principalmente a elementos en los bordes de densidad. En un estudio de la Universidad Tecnológica de Delft (Hu, Fraunholz & Rem, 2010), se observó que 2 mm de aire en los bordes de una escama de PET de 200 mm representan un error de 10 kg/m en densidad promedio (suficiente para transferir 2-5% de la entrada de PET a la fracción flotante.

Por lo tanto, una prehumectación de la superficie es esencial para una planta en funcionamiento.

Fracciones de poliolefina ñan PP, LDPE, HDPE Las densidades de poliolefina son 0,89 g/cm ñan 0,97 g/cm, siempre flotan de manera muy confiable en agua normal. El método fregadero-flotador para recuperar poliolefinas de envases postconsumo también ha sido probado en un artículo de investigación (Bauer et al., Montanuniversitaet Leoben, 2018): los flujos de desechos de muestra usados contenían siempre más de 90 poliolefinas wt% en la fracción liviana recuperada. Si la densidad por sí sola no puede eliminar todos los materiales porque las densidades coinciden (como PP y LDPE o con límites como la densidad de PS de 1,04-1,06 g/cm), entonces debe seguir otro medio líquido o paso secundario, como se muestra más adelante.

Tabla de referencia de densidad de polímeros « qué plásticos flotan, qué fregadero (y cuándo necesita salmuera)

Utilice la tabla para comparar la densidad ISO 1183 con la densidad ASTM D792 de doce polímeros primarios por su comportamiento en agua pura y solución de CaCl de 1,10 g/cm. Las diferencias de densidad entre los grupos de polímeros determinan si se requiere agua corriente, salmuera o una etapa secundaria. La clasificación de plásticos según la densidad comienza con conocer la gravedad específica exacta de cada polímero en su flujo de entrada. Esta tabla sirve como guía de trabajo para juzgar nuevas materias primas o diseñar su medio de clasificación. De Kitech herramienta de comparación de materiales plásticos proporciona una calculadora interactiva para comparar la viabilidad de la separación para su flujo de entrada específico.

--agua a plástico >0,05 g/cm³; agua pura no buena para separaciones, a menos que esté prehumedecida. Fuente: ISO 1183; ASTM D792; Metrología Radwag PDF, PMC8724085 (Meneses Quelal et al. 2022).

Configuración del tanque fregadero-flotador y del tanque fregadero « Parámetros de diseño, tamaño y rendimiento

¿cuál es el momento adecuado para la residencia para la separación industrial flotador-sumidero?

Los tanques flotadores de fregadero industriales estándar generalmente funcionan con un tiempo de residencia (RT) de 2 a 5 minutos para plásticos rígidos posconsumo (es decir, cierres de PET, HDPE y PP), cuando la diferencia de densidad con el agua es alta (>0,1 g/cm) y un proceso de lavado. elimina la contaminación de las escamas. Para plásticos con menor diferencia de densidad (es decir.

PS, ABS o corrientes de plástico mezclado), el tiempo de residencia normalmente aumenta a 10-30 min. Un estudio de TU Wien de 2025 (Lipp et al.) operó un tanque de flotación en agua corriente a 25°C para separar la contaminación de la etiqueta de PP de PET en un tiempo de residencia de 30 minutos, logrando un corte de densidad superior a 1000 kg/m³. Un tiempo de residencia de 3 minutos es el objetivo de diseño estándar para la mayoría de las líneas de limpieza de PET o HDPE, lo suficientemente largo para una separación confiable, lo suficientemente corto para mantener razonables el volumen del tanque y el costo de capital.

Cosas que hacen que tarde más: tamaño de partícula inferior a 10 mm, demasiada contaminación adherida (etiquetas, restos de comida), falta de movimiento de agua prehúmedo, demasiado lento, por debajo de 15 °C, agua fría (provoca una mayor tensión superficial). Hay una calculadora automática de rendimiento en nuestro sitio web para que pueda calcular adecuadamente sus necesidades para nuestro tanque de separación.

La geometría del tanque es de la misma importancia que el volumen del tanque de separación. El proceso de separación dentro del tanque depende de un patrón de flujo laminar, no turbulento, que evita que las fracciones de flotador y fregadero se vuelvan a mezclar. Los tiempos de residencia se calculan para que coincidan con este patrón de flujo para cada tipo de materia prima. El campo de velocidad dentro del tanque debe permanecer laminar en toda la sección transversal, incluidas las zonas donde se acumulan partículas sólidas de restos de etiquetas contaminadas. Incluso con grandes diferencias de densidad, la turbulencia reduce la eficiencia de separación a casi cero.

Un tanque flotante de fregadero bien diseñado separa la corriente de material entrante en la superficie del agua “los plásticos más ligeros se elevan, mientras que el material pesado (PET, PVC, escamas de vidrio, arena) se hunde hasta el fondo del tanque. El agua entra desde abajo y la fracción flotada se extrae a través de un vertedero o un rociador de paletas sin alterar la fracción de fregadero asentada debajo. La extracción separada del material del fregadero se realiza a través de válvulas inferiores accionadas por un tornillo o transportador, lo que da como resultado la llamada ”función del tanque del fregadero”, material del fregadero recogido independientemente de la separación del flotador. Un cuerpo de tanque de fregadero separado con un tornillo de extracción separado sirve para permitir la salida del material del fregadero sin interferir con el roce del flotador.

Lo único que la mayoría de los fabricantes omiten y que tiene un impacto real es esto: DEBE humedecer previamente la entrada para el procesamiento del fregadero flotante.

Los estudios de TU Delft han demostrado que la superficie virgen del plástico y especialmente las grietas y superficies de las geometrías estructuradas de la película (doblada, enrollada o espuma) atrapan pequeñas bolsas de aire que afectan tanto la densidad efectiva del material que la densidad misma causará clasificación errónea sistemática. Ya sea fluya el material a través del agua antes de llenar el tanque del fregadero flotante a una velocidad de 1 m/s, o use una etapa de remojo previo con una lavadora de fricción. Saltarse la humectación previa ahorra minutos pero cuesta puntos porcentuales de recuperación y pureza.

Separación de fregadero flotante mediante flujo plástico «botellas de PET, contenedores de HDPE, películas de PP/PE y RAEE

El efecto de separación variará según sus tipos de plástico y su composición de entrada. Este es un resumen de polímeros comunes con datos del mundo real de registros y publicaciones de comisiones de Kitech:

Reciclaje de botellas de plástico PET « Rendimiento de separación de densidad

PET (rango de gravedad específico de 1,33 “ 1,45 g/cm³): Hundimiento claro en agua corriente, dejando tapas y etiquetas de PP y PE. La enorme variedad de gravedades específicas hace que las botellas de PET sean la ”aplicación de referencia” para los fregaderos flotantes. PVC, el material que suele interesarle, es un contaminante importante porque su densidad a menudo se hunde conjuntamente con el PET. (La guía de reciclaje de botellas de PET tiene todo el procedimiento).

Reciclaje de contenedores de HDPE

HDPE (rango de gravedad específico de 0,94 « 0,97 g/cm³): flota claramente en agua corriente, separándose de todos los demás materiales. Etiquetas de papel, piezas de vidrio, cualquier resto de PVC (se hunde en agua corriente) y cualquier traza de PP o PE más ligero que coexista en corrientes de PCR.

El fregadero flotante por sí solo generalmente produce un mínimo de 97%+ HDPE con solo trazas coflotantes de PP o PE. Eso significa que la fracción final está lista para la regranulación a nivel de tubería y molde de soplado.

Reciclaje de películas de PP/PE

Películas mixtas de polipropileno (PP) y polietileno (PE): este es el caso más difícil de hundir. En agua corriente, tanto PE como PP flotan « la densidad de superposición entre ellos es tan estrecha que los tanques estándar no pueden distinguirlos. Las densidades superpuestas en el rango de 0,89 « 0,95 g/cm³ significan que un tanque que utiliza agua pura simplemente no puede diferenciar entre PP y PE.

De hecho, artículos de TU Wien y la Universidad de Córdoba demuestran que con una excelente precisión de separación de 10 kg/m, la fracción de PP recuperada de una corriente mixta de PP/LDPE es sólo de aproximadamente 87%, y el resto se encuentra en la fracción de densidad incorrecta porque está dentro de la banda de densidad. [72] La clasificación de PP de PE en un tanque de fregadero flotante requiere aditivos químicos -gn, por ejemplo, el uso de una mezcla de alcohol/agua -n y un sistema más complejo de tratamiento de aguas residuales y gestión química para crear una densidad elevada de 0,93 ' 0,96 g/cm³. Debido a la complejidad añadida, las películas plásticas mixtas normalmente se dirigen a clasificadores ópticos NIR.

Reciclaje de plástico RAEE « Desafíos de gestión de residuos y soluciones de salmuera

¿pueden los tanques fregadero-flotante procesar plásticos RAEE?

Algo así como con grandes problemas. Los plásticos que se encuentran en los alojamientos de RAEE (ABS, HIPS, PC, PP, PE) tienden a caer en bandas de densidad muy cercanas entre sí (1,03 -1,22 g/cm³). Para separarlos eficazmente, no funcionará una separación flotante-sumidero que contenga solo agua. Sin embargo, una solución de salmuera fijada entre 1,05 y 1,10 g/cm³ puede separar eficazmente los plásticos flotantes ABS y PS de los plásticos más pesados (por ejemplo, PVC > 1,38 g/cm³, PA > 1,12 g/cm³) y contaminantes densos que se hunden (logrando un tipo primario útil). El problema es que los plásticos en los alojamientos de RAEE a menudo incorporan retardantes de llama y aditivos similares, que alteran las densidades percibidas de estas escamas individuales de manera impredecible. Un estudio de 2024 publicado en la revista Materials (Fiorente et al., Politecnico di Bari) solo pudo recuperar 55,85% de PP de una corriente de plástico RAEE mixto en agua corriente (en comparación con más de 99% recuperados para PP virgen, en gran parte porque los aditivos hacen que la densidad cambie), mientras que una combinación de separación de salmuera (utilizando diferentes concentraciones, incluidas hasta 90% con melaza de caña para ofrecer un sustituto más respetuoso con el medio ambiente de las sales inorgánicas pesadas) separó con éxito la mayoría de las fracciones.

Matriz de resumen de aplicaciones

Para obtener una vista completa de qué configuración de línea de reciclaje coincide con su materia prima, consulte la de Kitech soluciones de reciclaje de plástico para cada tipo de corriente. El tanque flotante del fregadero separa los plásticos según la densidad en cada etapa del proceso, por lo que dimensionar y posicionar correctamente esta unidad es donde se toman la mayoría de las decisiones de rentabilidad de la planta de reciclaje.

Separación de flotador-sumidero versus clasificación óptica NIR versus separación de densidad de aire « Cuándo usar cada uno

Las tres principales tecnologías de clasificación de plástico utilizadas en las líneas de reciclaje posconsumo son la clasificación basada en sensores NIR, la separación de la densidad del aire y la separación del fregadero flotante. Cada una es una técnica de separación distinta y adecuada para rangos de funcionamiento específicos, y la elección entre ellas depende en gran medida de las diferencias de densidad en la materia prima, el estado de humedad del material y el objetivo de pureza que debe alcanzar.

[Fuentes: revista MDPI, Procesos 2026. DOI: 10.3390/pr14071144; Informe de ingeniería PatSnap/EuREKA; Tabla comparativa de Microplastics.today (2024-2025)]

Malentendido común: la clasificación NIR no es una alternativa al fregadero flotante. Requiere escamas secas, por lo que se utiliza como clasificación previa o posterior dentro de una línea de reciclaje seca ñan que no puede procesar plásticos húmedos en un proceso de línea de lavado. La separación flotador-sumidero se integra dentro de la etapa de lavado, aceptando escamas húmedas a medida que avanzan por la línea del proceso de lavado a pleno flujo. Las dos técnicas abordan diferentes etapas y se complementan entre sí en líneas de lavado de mayor calidad.

Cómo encaja la separación flotador-sumidero en una línea de lavado de plástico completa

El fregadero flotante no se utiliza de forma aislada: es la etapa de separación de densidad que define el reciclaje mecánico y uno de los pasos más importantes en los sistemas de reciclaje de residuos plásticos posconsumo. Su rendimiento depende en gran medida tanto de las etapas ascendentes que preparan el material como de los objetivos de calidad posteriores que debe cumplir la producción. Aquí está la secuencia típica para líneas de lavado de plásticos rígidos con fregadero flotante en la Etapa 5:

1. Etapa 1: ALIMENTACIÓN Y PRECLASIFICACIÓN ñan tambores magnéticos (para eliminar metales), alimentación en cinta transportadora, control visual manual de calidad.
2. Etapa 2: REDUCCIÓN DE TAMAÑO -crujación o trituración de material en escamas pequeñas y uniformes de aproximadamente 15-30 mm, de modo que cada fragmento se comporte de manera predecible en el tanque de separación.
3. Etapa 3: PRELAVADO -Revestimiento Primero utilizando agua fría para desalojar la contaminación superficial adherida libremente, que luego se canaliza, pretratando así el material y reduciendo la carga en el siguiente paso de limpieza por fricción.
4. Etapa 4: LAVADO POR FRICCIÓN -ñan Un proceso de agitación mecánica en depuradores de rotor de alta velocidad para eliminar elementos adheridos a la superficie, como residuos de adhesivo, etiquetas de papel y diversos recubrimientos. Durante esta etapa, el aire atrapado en la superficie de las escamas es expulsado, listo para ingresar al tanque de separación. El lavado por fricción también funciona como etapa previa a la humectación, además de eliminar la contaminación de la superficie.
5. ETAPA 5: SEPARACIÓN FLOTADOR-HUNDIDOR - El material se introduce en un tanque lleno de una solución densa donde, basándose en diferentes densidades de plásticos triturados; Las poliolefinas flotan hacia arriba y son transportadas por un transportador de desbordamiento, mientras que los contaminantes densos, el PET y los plásticos pesados como el PVC se depositan en el fondo del tanque y salen a través de un transportador de tornillo inferior.
6. Etapa 6 (opcional): LAVADO EN CALIENTE ñona Los materiales se calientan entre 80 y 95°C con el fin de eliminar adhesivos difíciles y suciedad alimentaria, a menudo integrados en muchas líneas delante o incorporados a la etapa de fregadero flotante si hay adhesivos. puede estar presente en las escamas.
7. Deshidratación: secador centrífugo para escamas filamentosas; prensa exprimidora + secadora térmica para fracciones de película.
8. Control de calidad, almacenamiento y peletización: al silo de almacenamiento o directamente a la línea de peletización aguas abajo.

La arquitectura de la línea de lavado de Kitech «ya sea serie RPW (PET / HDPE rígido), serie LDW (película de PE / PP) o serie WES (RAEE -residuos de aparatos eléctricos y electrónicos) « posiciona el tanque de separación flotador-sumidero como su puerta de calidad clave. Las plantas de reciclaje en la industria del reciclaje de plásticos utilizan esta etapa para definir el grado comercial de su producción antes de la peletización posterior. Esta posición hace que sea eficaz detectar y separar la contaminación de la materia prima justo en el dimensionamiento final y el lavado por fricción: para brindarle el flujo más limpio posible antes del lavado en caliente (en configuraciones de series rígidas) o para definir si se requieren una o dos etapas de separación. El configurador del sistema de lavado de plástico de Kitech mapea su arquitectura para seguir este flujo. Para obtener una explicación de la alternativa básica de conversión mecánica para plásticos, a diferencia de la alternativa química, consulte reciclaje mecánico de plásticos versus alternativas químicas.

Pureza de las escamas después del fregadero flotante: estándares de calidad de salida y qué grado puede alcanzar

La concentración de PVC en las escamas representa quizás el atributo más sensible al mercado en la chatarra de plástico PET (expresada en mg/kg). Para plásticos rígidos «PET y HDPE en particular « el proceso de separación debe alcanzar consistentemente estos umbrales de pureza para desbloquear los mercados finales más valiosos. Las aplicaciones de fibra requieren niveles de PVC por debajo de los límites específicos; Las aplicaciones de contacto con alimentos botella a botella enfrentan las restricciones más estrictas de todas. Aquí está el gráfico de oferta/demanda para 2022, actualizado con directrices críticas de la CE y la EFSA para 2025 y años posteriores.

Para calcular el impacto del rendimiento de la separación en la rentabilidad de su línea, revise nuestra herramienta de calculadora de retorno de la inversión en líneas de lavado.

El futuro de la clasificación basada en la densidad «Regulaciones de la UE, medios avanzados y lo que viene después

Las tecnologías de separación y el argumento general de inversión para los fregaderos flotantes en particular están cambiando debido a tres tendencias simultáneas en los próximos tres a cinco años: plazos regulatorios estrictos, sustitución de salmuera por medios densos de base biológica y la llegada de la IA. -Monitoreo de calidad impulsado.

1. Reglamento de la UE sobre envases y residuos de envases (PPWR 2025/40)

El PPWR 2025/40, un mecanismo clave del Plan de Acción de Economía Circular de la UE, exige un aumento espectacular del contenido reciclado posconsumo. El artículo 7 (Reglamento 2025/40, vigente el 11 de febrero de 2025, aplicable a partir del 12 de agosto de 2026) establece objetivos obligatorios: contenido reciclado de 30% en botellas de bebidas de plástico de un solo uso para 2030, que aumentará a 65% para 2040; 30% en otros envases de PET con contacto con alimentos para 2030, que aumentará a 50% para 2040. A partir de 2028, las tarifas variables de EPR moduladas por grado de reciclabilidad crearán una presión financiera directa para producir rPET de mayor pureza. La demanda de rPET de fibra y de calidad alimentaria aumentará sustancialmente a medida que se acerquen estos objetivos «y la infraestructura de separación basada en la densidad debe diseñarse para que el proceso de separación alcance menos de 40 mg/kg de PVC a pleno rendimiento. Las plantas de reciclaje que dependen de la incineración o los vertederos como alternativa enfrentarán sanciones financieras directas a través de tarifas EPR variables a partir de 2028. Para Equipos de reciclaje con certificación CE consideraciones relevantes para el cumplimiento del mercado de la UE, consulte esa guía vinculada.

2. Medios densos ecológicos y de base biológica

Los problemas de aguas residuales y las limitaciones de densidad con los sistemas salinos tradicionales (NaCl o CaCl) se abordan mediante dos desarrollos. En el foro Material Science de septiembre de 2024, investigadores del Politecnico di Bari demostraron lo que se conoce como separación de fregadero flotante de múltiples etapas para plásticos contenidos en WEEE con varios tipos de medios densos “verdes” derivados de biorrecursos en lugar de sales minerales. Probaron la melaza de caña como medio denso de base biológica en concentraciones por etapas “10%, 45%, 60% y 90% w/v. En etapas, recuperaron 100% PS o 100% PVC y generaron sustancialmente menos aguas residuales contaminadas que los procesos tradicionales a base de salmuera, todo en el contexto de una separación eficaz de RAEE. La comercialización aún está en su infancia, pero pasar a soluciones de salmuera de circuito cerrado que utilizan biomedios de menor costo es el camino claro a seguir para la separación de ABS, PC y PS en flujos WEE.

3. Clasificación y seguimiento mejorados por IA

Los clasificadores ópticos impulsados por inteligencia artificial (IA) están proliferando en el extremo seco de las líneas de reciclaje. ’AMP Robotics' Cortex alcanza 60 picos/min con una precisión de 99%; su solución GAINnext ofrece una pureza >95% en PET/PP/HDPE de calidad alimentaria al incorporar una clasificación de grados impulsada por IA en su detección NIR (infrarrojo cercano) existente. En la línea húmeda, el interés emergente se centra en el uso de IA en tanques para permitir que los sensores de densidad y visión por computadora detecten anomalías en el proceso de separación y alteren automáticamente la velocidad de la paleta o el flujo de agua para compensar las desviaciones. Las plantas piloto funcionan en dos líneas europeas y su comercialización está prevista para 2027.

El examen de diferentes tecnologías de procesamiento mecánico (seco y húmedo) concluyó que los separadores para separación húmedo flotador-sumidero son apropiados para la recuperación de PO de las fracciones de desechos, ya que pueden manejar productos post-plástico de consumo (post-plástico de consumo)”.

« Bauer M., Lehner M., Schwabl D. et al. (2018). Separación de densidad flotante sink-contrapante de plásticos posconsumo para reciclaje de materias primas. Revista de ciclos de materiales y gestión de residuos, 20, 1781-1791. DOI: 10.1007/s10163-018-0748-z

Para guiar la selección de equipos para la escala de tiempo PPWR y el mercado europeo, consulte la página de configuraciones de líneas de lavado de Kitech y asocie sus objetivos de capacidad, energía y pureza con modelos de líneas particulares.

Preguntas frecuentes « Separación flotador-sumidero en el reciclaje de plástico