城市生活垃圾焚烧炉底灰中金属的分离-北极星固废网

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城市生活垃圾焚烧费用昂贵，但与垃圾填埋相比具有明显的环境优势。通过焚烧，城市生活垃圾中的有机物转化为热能，可用于发电或集中供热。焚烧后的底灰主要由无机物和金属组成。2015年统计，全世界约有800个城市生活垃圾焚烧炉在投产，其中一半在欧洲。假设其中2/3是炉排炉，每台炉每天处理垃圾约500t，23%的垃圾以底灰形式排放，每天产生约61000 t底灰，这些底灰中可回收金属价值约3百万美元。图1为城市生活垃圾焚烧炉的简化示意，图2为初级底灰的组成。

2机械分离的原理及流程介绍

底灰加工类似于加工原生矿石，为了通过机械加工将金属与矿物质分离开来，一般优先使用物理分离。物理分离的先决条件是需要确定金属比矿物基体材料更为显著的物理性质。从底灰中提取金属通常采用的物理性质是磁化率、电导率和密度。由于底灰通常在凝固结块后才被加工，所以首先需要经过对其打散和破碎才能从矿物基体中分离出来。

为了获得较高的分离效率，需要通过筛选对底灰进行初步分类。一般地，底灰中金属的提取分为三个步骤：（1）打散(释放金属)；（2）分级(为了更好的分离效率)；（3）分类(将金属转移到精矿中)。机械分离的原理及流程示意见图3。首先通过打散机对底灰进行打散，然后通过两级筛分将其分为三种粒级，再分别在三个分流器上进行分离。

3用于加工底灰的设备

3.1 打散

在底灰处理中，打散可以释放被包裹在矿物基体中的金属颗粒，如图4。从图4可以看出，经过打散后，金属物得到充分释放，在金属块的尺寸保持不变的同时，矿物质的颗粒尺寸已经减小。

底灰打散最常用的是冲击式打散机，如图5。该设备不粉碎单个颗粒，而是对厚的料床进行冲击挤压，然后通过篦缝优先选出矿物质。只要进料粒度小于进料口宽度，都能适用。

3.2 分级

在机械分离过程中，分级是根据粒度大小进行的分离，而分类是根据物理性质，例如磁化率、密度或电导率进行的分离。为了确保对金属的分离效果，首先对打散后的底灰进行分级。

（1）棒筛和滚筒筛

为了去除大块的金属，物料通常首先通过棒筛(图6左)。与传统振动筛相比，该振动筛避免了潜在的致盲问题(即物料堵塞筛孔)。从棒筛筛选出的大块物料再通过一个重型滚筒筛，如图6右所示。滚筒筛的一个优点是，附着在金属块上的矿物质会被挤碎，从而进一步进行分选。

（2）振动筛

底灰处理中使用的最常见的振动筛如图7所示。振动筛依靠弹簧，通过旋转偏心挺杆装置的圆周运动来实现筛分。篦板上有多个大小相同的孔。孔可以是圆形的，也可以是长方形的。当物料经过倾斜篦板时，细颗粒通过筛孔被筛选出来，而粗颗粒则停留在篦板上。这种振动筛最大的问题就是筛孔容易被块状金属卡住而使其筛选功能降低，因此应避免使用多层筛网，因为要定期清理筛孔，必须容易接触筛网。

（3）星型筛

星型筛可以避免筛孔堵塞现象。该设备采用具有柔性的聚氨酯齿串联安装在高速旋转的主轴上，相邻主轴上的星形齿交错排列，以便能够相互清理。该设备的缺点是必须偶尔检查主轴是否被线、绳等条状物缠绕。星型筛的原理及实物图见图8。

10mm以下底灰的筛选比较困难，除了筛孔易堵外，底灰还有可能是粘稠的。如果底灰是湿的或者粘稠的，就不能在常规振动筛上进行筛选分级。在这种情况下，就要使用翻转筛（如图9所示），其柔性筛网对物料施加“蹦床效应”，增强其剪切力，使附着在粗颗粒表面的细颗粒充分释放出来，从而实现筛选。这种筛网的最小筛孔尺寸为3mm。

（5）立式旋转筛

如果是加工细小的干底灰，粒径在0.5～3mm，则适合使用立式旋转筛(见图10)。由于其筛网基本上是水平转动的，物料不是“跳跃”经过筛网，而是在筛网上滑动，这样就可以防止细长颗粒垂直地钻入狭小的筛孔中，不至于堵塞筛孔。立式旋转筛适宜安装在振动筛的下游，对于从底灰中回收小铜线类细长颗粒非常有效。

3.3 分类

从底灰中提取金属的关键是机械分类过程。底灰通过分离器时，物理力优先作用于目标粒子(金属)，从而将它们从颗粒流中分离出来。物理力可以是机械的，也可以是电磁的。在底灰加工厂中最常见的分离器是磁选机（也叫磁力分离器）和涡流分离器，还有一些不常见的设备。

（1）磁选机

磁选机用来回收具有较强磁化率的金属颗粒。底灰中物质按磁性来分，可以分为三类：强磁性（如铁）、弱磁性 (如氧化铁)和非磁性 (如玻璃、有色金属等)。

图11中D是某一特定材料(如铁)的吸引区的外部边界。当磁铁接近钢球时，首先吸引更大的球体到顶部。当磁铁从玻璃窗格中取出时，大球体首先下落到底部。

对于回收尺寸<80 mm的磁性材料，滚筒磁铁是首选设备。它由一个固定的磁铁组成，一个非磁性材料的滚筒围绕着它旋转。磁性物质被吸在滚筒上，滚筒把它们从磁场中旋转出来。见图12。

磁选机还有一种叫高架磁铁。高架磁铁的设计如图13所示。

（2）涡流分离器

除磁选机外，涡流分离器也是较好的分类设备，因为它们能够回收诸如有色金属等导电材料。涡流分离器主要由以1~2m/s的速度运动的传送带，一个磁头滑轮，一个带有强磁铁的转子，以及一个分流器组成，见图14。

（3）传感器分选机

几乎所有底灰加工厂都安装了涡流分离器和磁选机，传感器分选机只有少数几个工厂使用，适用于劳动力成本较高的国家，主要是针对手工分拣。传感器分选机的工作原理见图15。

（4）手工分拣

即使在应用传感器分选机的地方，手工分拣也很重要，需要将大量金属片进行详细分类。例如，铁芯周围的铜线圈，除非通过手工挑选，否则会转移到废铁中，并最终进入炼钢厂。不仅利润降低，而且还会受到钢厂处罚。手工分拣的流程见图16。其主要由一条大约1.2m宽的皮带以0.15m/s的速度传送，由人工分拣出不锈钢、铜、铁、黄铜、银和未燃烧的有机物质，剩下的留在皮带上，然后转移到残渣中。

（5）非常规设备分拣

至少有一家德国公司有专门分拣硬币的分类机，这些硬币的大小为16～32mm。首先，使用专用设备，以硬币的圆形作为分离标准。然后对硬币进行清洗和抛光，并通过自动分拣器进行分拣。再扫描每枚硬币的正面和背面，将扫描的图像与存储在数据库中的硬币图像进行比较，并将硬币传送到相应的贮罐中，从而实现硬币的分拣与分类。

4结束语

底灰中金属的提取要根据底灰的含水量、形状等性质以及底灰的工业用途来选择不同的加工工艺及分离设备。作为水泥窑协同处置用的底灰，对金属的分离也是必要的。

作者单位：建筑材料工业技术情报研究所

原标题：城市生活垃圾焚烧炉底灰中金属的分离

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