城市生活垃圾焚燒爐底灰中金屬的分離
1城市生活垃圾焚燒的基本情況
城市生活垃圾焚燒費用昂貴，但與垃圾填埋相比具有明顯的環境優勢。通過焚燒，城市生活垃圾中的有機物轉化為熱能，可用于發電或集中供熱。焚燒后的底灰主要由無機物和金屬組成。2015年統計，全世界約有800個城市生活垃圾焚燒爐在投產，其中一半在歐洲。假設其中2/3是爐排爐，每臺爐每天處理垃圾約500t，23%的垃圾以底灰形式排放，每天產生約61000t底灰，這些底灰中可回收金屬價值約3百萬美元。圖1為城市生活垃圾焚燒爐的簡化示意，圖2為初級底灰的組成。
2機械分離的原理及流程介紹
底灰加工類似于加工原生礦石，為了通過機械加工將金屬與礦物質分離開來，一般優先使用物理分離。物理分離的先決條件是需要確定金屬比礦物基體材料更為顯著的物理性質。從底灰中提取金屬通常采用的物理性質是磁化率、電導率和密度。由于底灰通常在凝固結塊后才被加工，所以首先需要經過對其打散和破碎才能從礦物基體中分離出來。
為了獲得較高的分離效率，需要通過篩選對底灰進行初步分類。一般地，底灰中金屬的提取分為三個步驟：（1）打散(釋放金屬)；（2）分級(為了更好的分離效率)；（3）分類(將金屬轉移到精礦中)。機械分離的原理及流程示意見圖3。首先通過打散機對底灰進行打散，然后通過兩級篩分將其分為三種粒級，再分別在三個分流器上進行分離。
3用于加工底灰的設備
3.1打散
在底灰處理中，打散可以釋放被包裹在礦物基體中的金屬顆粒，如圖4。從圖4可以看出，經過打散后，金屬物得到充分釋放，在金屬塊的尺寸保持不變的同時，礦物質的顆粒尺寸已經減小。
底灰打散最常用的是沖擊式打散機，如圖5。該設備不粉碎單個顆粒，而是對厚的料床進行沖擊擠壓，然后通過篦縫優先選出礦物質。只要進料粒度小于進料口寬度，都能適用。
3.2分級
在機械分離過程中，分級是根據粒度大小進行的分離，而分類是根據物理性質，例如磁化率、密度或電導率進行的分離。為了確保對金屬的分離效果，首先對打散后的底灰進行分級。
（1）棒篩和滾筒篩
為了去除大塊的金屬，物料通常首先通過棒篩(圖6左)。與傳統振動篩相比，該振動篩避免了潛在的致盲問題(即物料堵塞篩孔)。從棒篩篩選出的大塊物料再通過一個重型滾筒篩，如圖6右所示。滾筒篩的一個優點是，附著在金屬塊上的礦物質會被擠碎，從而進一步進行分選。
（2）振動篩
底灰處理中使用的最常見的振動篩如圖7所示。振動篩依靠彈簧，通過旋轉偏心挺桿裝置的圓周運動來實現篩分。篦板上有多個大小相同的孔。孔可以是圓形的，也可以是長方形的。當物料經過傾斜篦板時，細顆粒通過篩孔被篩選出來，而粗顆粒則停留在篦板上。這種振動篩最大的問題就是篩孔容易被塊狀金屬卡住而使其篩選功能降低，因此應避免使用多層篩網，因為要定期清理篩孔，必須容易接觸篩網。
（3）星型篩
星型篩可以避免篩孔堵塞現象。該設備采用具有柔性的聚氨酯齒串聯安裝在高速旋轉的主軸上，相鄰主軸上的星形齒交錯排列，以便能夠相互清理。該設備的缺點是必須偶爾檢查主軸是否被線、繩等條狀物纏繞。星型篩的原理及實物圖見圖8。
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10mm以下底灰的篩選比較困難，除了篩孔易堵外，底灰還有可能是粘稠的。如果底灰是濕的或者粘稠的，就不能在常規振動篩上進行篩選分級。在這種情況下，就要使用翻轉篩（如圖9所示），其柔性篩網對物料施加“蹦床效應”，增強其剪切力，使附著在粗顆粒表面的細顆粒充分釋放出來，從而實現篩選。這種篩網的最小篩孔尺寸為3mm。
（5）立式旋轉篩
如果是加工細小的干底灰，粒徑在0.5～3mm，則適合使用立式旋轉篩(見圖10)。由于其篩網基本上是水平轉動的，物料不是“跳躍”經過篩網，而是在篩網上滑動，這樣就可以防止細長顆粒垂直地鉆入狹小的篩孔中，不至于堵塞篩孔。立式旋轉篩適宜安裝在振動篩的下游，對于從底灰中回收小銅線類細長顆粒非常有效。
3.3分類
從底灰中提取金屬的關鍵是機械分類過程。底灰通過分離器時，物理力優先作用于目標粒子(金屬)，從而將它們從顆粒流中分離出來。物理力可以是機械的，也可以是電磁的。在底灰加工廠中最常見的分離器是磁選機（也叫磁力分離器）和渦流分離器，還有一些不常見的設備。
（1）磁選機
磁選機用來回收具有較強磁化率的金屬顆粒。底灰中物質按磁性來分，可以分為三類：強磁性（如鐵）、弱磁性(如氧化鐵)和非磁性(如玻璃、有色金屬等)。
圖11中D是某一特定材料(如鐵)的吸引區的外部邊界。當磁鐵接近鋼球時，首先吸引更大的球體到頂部。當磁鐵從玻璃窗格中取出時，大球體首先下落到底部。
對于回收尺寸<80mm的磁性材料，滾筒磁鐵是首選設備。它由一個固定的磁鐵組成，一個非磁性材料的滾筒圍繞著它旋轉。磁性物質被吸在滾筒上，滾筒把它們從磁場中旋轉出來。見圖12。
磁選機還有一種叫高架磁鐵。高架磁鐵的設計如圖13所示。
（2）渦流分離器
除磁選機外，渦流分離器也是較好的分類設備，因為它們能夠回收諸如有色金屬等導電材料。渦流分離器主要由以1~2m/s的速度運動的傳送帶，一個磁頭滑輪，一個帶有強磁鐵的轉子，以及一個分流器組成，見圖14。
（3）傳感器分選機
幾乎所有底灰加工廠都安裝了渦流分離器和磁選機，傳感器分選機只有少數幾個工廠使用，適用于勞動力成本較高的國家，主要是針對手工分揀。傳感器分選機的工作原理見圖15。
（4）手工分揀
即使在應用傳感器分選機的地方，手工分揀也很重要，需要將大量金屬片進行詳細分類。例如，鐵芯周圍的銅線圈，除非通過手工挑選，否則會轉移到廢鐵中，并最終進入煉鋼廠。不僅利潤降低，而且還會受到鋼廠處罰。手工分揀的流程見圖16。其主要由一條大約1.2m寬的皮帶以0.15m/s的速度傳送，由人工分揀出不銹鋼、銅、鐵、黃銅、銀和未燃燒的有機物質，剩下的留在皮帶上，然后轉移到殘渣中。
（5）非常規設備分揀
至少有一家德國公司有專門分揀硬幣的分類機，這些硬幣的大小為16～32mm。首先，使用專用設備，以硬幣的圓形作為分離標準。然后對硬幣進行清洗和拋光，并通過自動分揀器進行分揀。再掃描每枚硬幣的正面和背面，將掃描的圖像與存儲在數據庫中的硬幣圖像進行比較，并將硬幣傳送到相應的貯罐中，從而實現硬幣的分揀與分類。
4結束語
底灰中金屬的提取要根據底灰的含水量、形狀等性質以及底灰的工業用途來選擇不同的加工工藝及分離設備。作為水泥窯協同處置用的底灰，對金屬的分離也是必要的。
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