Metale żelazne i nieżelazne to cenne surowce wtórne, obecne m.in. w odpadach komunalnych.

Przemysł potrzebuje surowców z odzysku, dzięki temu oszczędzane są metale pierwotne otrzymywane z rud. W Polsce znaczna część złomu metali żelaznych i nieżelaznych jest importowana z zagranicy, dlatego powinno się rozwijać efektywny system odzyskiwania tego surowca z odpadów, aby nie trafiał na składowiska. W 2008 r. w naszym kraju wytworzono ok. 12 mln ton odpadów komunalnych, z czego 2,3% stanowiły metale (ok. 279 tys. ton1).

Metale, zarówno żelazne, jak i nieżelazne, można pozyskiwać dzięki selektywnej zbiórce odpadów i niesegregowanych odpadów komunalnych, odpadów zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (ok. 50% ich masy stanowią metale) oraz złomu samochodowego. Zgodnie z Dyrektywą 2000/53/WE w sprawie pojazdów wycofanych z eksploatacji do 1 stycznia 2015 r. należy ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi 85% masy pojazdu.

Ponadto Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/19/UE z 4 lipca 2012 r. w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE ? Waste of Electrical and Electronic Equipment) zobowiązuje państwa członkowskie do osiągnięcia do 31 grudnia 2015 r. poziomu zbiórki selektywnej tego typu odpadów pochodzących z gospodarstw domowych w ilości, co najmniej 4 kg na mieszkańca rocznie lub tę samą ilość tych odpadów, co masa zebrana średnio w tym państwie członkowskim w ciągu trzech poprzednich lat, w zależności od tego, która z tych wartości jest większa.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z 14 czerwca 2007 r. w sprawie rocznych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych2 określa w 2014 r. obowiązkowy 50-procentowy pułap recyklingu dla odpadów opakowaniowych z aluminium i stali.

Spełnienie cytowanych przepisów i efektywne przetwarzanie coraz większej ilości odpadów zawierających metale wymagać będzie rozwoju technologii separacji metali żelaznych i nieżelaznych w naszym kraju. Recykling metali pozwala na oszczędzanie naturalnych surowców oraz energii i jest procesem tańszym w porównaniu z wykorzystaniem surowców pierwotnych.

Separator metali żelaznych

Separacja magnetyczna odbywa się w wyniku działania sił pola magnetycznego, wytwarzanego przez elektromagnes lub magnes na elementy ferromagnetyczne odpadów, czyli złom metali żelaznych. Jest niezbędnym procesem jednostkowym, stosowanym w wielu rozwiązaniach technologicznych. Pełni w nich różne funkcje: ochrony rozdrabniarek i młynów przed uszkodzeniami spowodowanymi przez metale, np. w liniach technologicznych wytwarzających paliwa z odpadów jest to szczególnie istotne w tzw. drugim stopniu rozdrabniania, w ramach odzysku metali jako surowca wtórnego oraz zapewnienia ochrony surowców wprowadzanych do procesu technologicznego przed niepożądanymi zanieczyszczeniami ferromagnetycznymi.

Najczęściej w zakładach zagospodarowania odpadów stosowane są separatory magnetyczne lub elektromagnetyczne nadtaśmowe.

Metale wychwytywane są z odpadów transportowanych na przenośnikach o szerokości taśmy do 2000 mm i wysokości warstwy nasypowej do 700 mm. Ze względu na położenie elektromagnesu względem przenośnika taśmowego można wyróżnić separatory poprzeczne (ruchoma taśma separatora biegnie prostopadle do kierunku transportu odpadów) i podłużne (ruchoma taśma separatora biegnie równolegle do kierunku transportu odpadów). Separatory podłużne instaluje się podłużnie nad osią bębna przenośnika lub na przesypie, co jest efektywnym sposobem separacji, ponieważ w miejscu przesypu strumień odpadów jest luźno rozłożony. Dzięki temu kawałki metalu są lepiej wychwytywane przez pole magnetyczne separatora.

Wybór odpowiedniego systemu separacji zależy od: rodzaju odpadów, wysokości warstwy nasypowej, prędkości przesuwu taśmy, pochylenia taśmociągu, temperatury otoczenia i miejsca zabudowy separatora3. Elektromagnesy umiejscowione poprzecznie nad taśmą transportującą odpady komunalne o granulacji powyżej i poniżej 80 mm (po ich przejściu przez wstępną kabinę sortowniczą) przedstawiono na fotografii 1.

Separatory metali odgrywają także ważną rolę przy doczyszczaniu frakcji organicznej wydzielonej z odpadów komunalnych, a przeznaczonej do biologicznego przetwarzania. Aby wyeliminować przedostawanie się baterii do stabilizatu, w zakładzie w Gorzowie Wlkp. zamontowano nad przenośnikiem taśmowym transportującym frakcję 20-80 mm do kompostowania magnes neodymowy (fot. 2). Wytwarza on bardzo silne pole magnetyczne, dzięki czemu charakteryzuje się dużą siłą przyciągania i zamontowany tuż nad przenośnikiem taśmowym jest w stanie wydzielić z odpadów nie tylko baterie z obudową żelazną, ale także drobne elementy metalowe, np. gwoździe. Magnes neodymowy nie wydzieli baterii z obudową nieżelazną.

Stopień odzysku przy użyciu separatorów metali żelaznych jest wysoki, lecz problem stanowią zanieczyszczenia, które utrudniają wykorzystanie tej frakcji. Najczęściej do ostrych krawędzi metali przyczepiają się inne frakcje niebędące metalami (kawałki folii, tekstyliów itp.), które trafiają do kontenera na metale. Kłopotliwe są również odpady, w których trwale połączona jest część z metalu i niemetalu.

Należy pamiętać, że aby efektywnie wydzielać metale ze zmieszanych odpadów komunalnych, trzeba umiejscowić separator w odpowiednim miejscu na linii technologicznej, na właściwej wysokości nad przenośnikiem, a odpady winny być odpowiednio przygotowane, tzn. muszą przejść przez strefę rozrywania worków i być równomiernie rozłożone na przenośniku taśmowym. Wcześniej warto odseparować odpady o dużej powierzchni i frakcję organiczną.

Stopień czystości otrzymanej frakcji ferromagnetycznej wzrasta, gdy separacji poddamy już rozdrobnione odpady. Segregacja magnetyczna odpadów rozdrobnionych okazała się rozwiązaniem bardzo skutecznym. W celu zapewnienia dłuższej pracy noży urządzenia rozdrabniającego należy wstępnie wydzielić większe elementy stalowe.

Jak wykazano w tabeli, stopień odzysku frakcji żelaznej poprzez separację magnetyczną odpadów przed rozdrabnianiem jest wprawdzie znaczny, jednak skala zanieczyszczenia frakcji żelaznej zanieczyszczeniami pochodzącymi z odpadów jest tak duża, że czyni odzyskane żelazo nieprzydatnym do wykorzystania. Najkorzystniejszy dla separacji magnetycznej rozmiar elementów żelaza w odpadach komunalnych to od 10 do 100 mm4.

Stopień odzysku złomu żelaza przy zastosowaniu separatorów magnetycznych z nierozdrobnionych odpadów komunalnych i zakres jego zanieczyszczenia

Frakcja złomu

Udział [%]

Stopień odzysku [%]

Złom żelaza

48,1

98,9

Blachy stalowe

35,2

87,6

Zanieczyszczenia

16,7

–

Sumaryczny udział w odpadach

100,0

–

Przy wyborze separatora metali, należy kierować się osiąganymi przez niego parametrami pola elektromagnetycznego (m.in. maksymalny zasięg pola), uwzględniając też poziom poboru energii przez urządzenie.

Producenci elektromagnesów podają najczęściej następujące dane techniczne: typ urządzenia, moc elektromagnesu, napięcie, maksymalna odległość od przenośnika, szerokość przenośnika przy zawieszeniu poprzecznym i wzdłużnym, wymiary, moc napędu, prędkość taśmy wyrzutnikowej i waga urządzenia.

Separator metali nieżelaznych

Inaczej separatory indukcyjne (separatory wiroprądowe) wykorzystywane są do wydzielania z odpadów aluminium, miedzi, cynku i innych metali nieżelaznych. To rozwiązanie jest przydatne do rozdzielania mieszaniny składników o podobnej gęstości, takich jak aluminium, kamienie lub szkło. Segregacja metali nieżelaznych w indukowanym polu magnetycznym została po raz pierwszy zastosowana już na przełomie XIX i XX w. T.A. Edison w 1889 r. opatentował swoją metodę ich oddzielania metali. Upowszechnienie rozdziału w zmiennym polu magnetycznym nastąpiło dopiero w latach 70. XX w. Metodę rozwinęły Stany Zjednoczony, gdyż tam w odpadach komunalnych występowały duże ilości aluminiowych puszek po napojach4.

Ten rodzaj segregacji bazuje na powstawaniu prądów wirowych w przewodzących prąd elektryczny materiałach metalicznych, do czego dochodzi wskutek indukcji elektromagnetycznej wywołanej działaniem pola magnetycznego.

W bębnie separatora metali nieżelaznych znajduje się szybko obracający się układ magnesów stałych, wytwarzający zmienne pola magnetyczne o wysokiej częstotliwości. Wywołują one silne prądy wirowe w cząstkach metali nieżelaznych, które tworzą własne pola magnetyczne, przeciwdziałające polu zewnętrznemu, więc metale nieżelazne są odrzucane z pozostałego strumienia materiału. Metale kolorowe zostają odepchnięte od przenośnika i wrzucone do pojemnika na złom. Jedna z firm opatentowała nawet specjalny mimośrodowy układ biegunów, który gwarantuje wysoką efektywność procesu i opłacalność eksploatacji.

W odróżnieniu od metali kolorowych, metale żelazne są przyciągane przez magnes i podgrzewane przez prądy wirowe, co może prowadzić do uszkodzenia taśmy i płaszcza wirnika, dlatego powinny zostać wcześniej oddzielone w klasycznym separatorze metali żelaznych.

W związku z tym w zakładach zagospodarowania odpadów najpierw stosowane są separatory metali żelaznych, a potem nieżelaznych.

Niektóre z oferowanych na rynku separatorów wiroprądowych mają możliwość separacji elementów nieżelaznych od wielkości 1 mm. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu magnesów neodymowych, zabudowanych w specjalnej konfiguracji 19 par biegunowych. Ilość obrotów wirnika, wynosząca 2600 obr./min, została również odpowiednio dobrana w celu separacji najdrobniejszych frakcji. Separatory te mają także możliwość regulacji położenia wirnika wewnątrz bębna w odniesieniu do wymiarów elementów nadawy, aby parabola odrzutu osiągnęła właściwą charakterystykę, a separacja była jak najlepsza.

 

dr inż. Wojciech Hryb, Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska, Gliwice

 

Źródła

  1. Uchwała nr 217 Rady MINISTRÓW z 24 grudnia 2010 r. w sprawie ?Krajowego planu gospodarki odpadami 2014?.
  2. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 14 czerwca 2007 r. w sprawie rocznych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych (DzU 2007 nr 109, poz. 752).
  3. Jędrczak A.: Biologiczne przetwarzanie odpadów. Warszawa 2007.
  4. Bilitewski B., Hardtle G., Marek K.: Podręcznik Gospodarki Odpadami. Warszawa 2003.