مدرن‌ترین روش های تفکیک ضایعات فلزی و غیر فلزی از زباله
خریدار ضایعات آهن و شرکت‌های خریدار ضایعات صنعتی از مزایای استفاده از ضایعات فلزی بعنوان مواد خام آگاهند. هزینه‌های خرید نسبت به مواد خام اولیه کم شده و مصرف انرژی کمتر در مرحله ذوب و بنابراین هزینه‌های تولید پایین آمده و انتشار گاز دی اکسید کربن کاهش یافته که از اصلی‌ترین مزیت‌های ضایعات فلزی به حساب می‌آیند. ضایعات فلزی معایبی هم دارند که باعث اهمیت هر چه بیشتر تفکیک ضایعات می‌شود.
عناصر ناخواسته‌ای که طیف آلیاژهای تولید شده از ضایعات محتوی آن‌ها را محدود می‌کند از معایب این مواد است. در بهترین نوع، کیفیت محصولات ایجاد شده از ضایعات حداقل ممکن است به اندازه مواد اصلی خوب باشد. درواقع میزان کمی از فلزات نامرغوب طی ترکیب می‌توانند ترکیب را مسموم کنند، بنابراین ضایعات محتوی این مواد موجب ایجاد آلیاژهای کم ارزشی می‌شود که نسبت به حضور آن‌ها یا بازیافت و تبدیل به مواد با کیفیت پایین، مقاومت بالایی دارند.
نائب رئیس عالی قدرو مدیر سازماندهی روش‌های بازیافت شرکت تومرا، تام انگ بیان کرد:
باید از فرصت استفاده کنیم تا از بازیافت مواد به عنوان یک صنعت مطمئن شویم. درجه‌بندی کامل و مقرون به صرفه روند ضایعات ترکیبی به بازده کار کمک می‌کند.
تحریک کننده‌های بازاری
خیلی از تحریک کننده‌ها به مصرف بیشتر ضایعات و شیوه‌هایی تشویق می‌کنند که کیفیت بازیافت را بهینه می‌کنند، مخصوصا طرح‌هایی مثل کارهای اتحادیه اروپا که برای ترغیب به اقتصاد چرخشی انجام گرفته است. توسعه مستمرتولید ضایعات بعد از استفاده و سرعت بالای روند ضایعات به دست آمده از تولید، الزام و فرصتی تجاری را به وجود می‌آورد تا این مواد بررسی و مصرف شوند. شرکت‌های مشهور و بزرگ بین المللی مثل یونیلیور، پی‌اند جی، آیکیا و دانون از تعهدات خود برای رعایت قوانین زیست محیطی به درستی آگاه هستند و میل به تمدید اعتبارنامه‌های زیست محیطی خود دارند.
انگ بیان کرد طرح‌هایی برای مصرف دوباره و بازیافت مواد در محصولات و بسته‌بندی ها، در صورت امکان در دستور کار قرار داد و تومرا برای عملی کردن طرح‌های خود با این شرکت‌ها همکاری می‌کند. اتحادیه اروپا تصمیم دارد تا سال ۲۰۳۰میلادی ۶۵ درصدپسماندهای سالانه شهری منطقه را بازیافت کند و سعی می‌کند تا سال ۲۰۳۰ میلادی ۷۵ درصد از پسماندهای مرتبط با بسته‌بندی را هم بازیافت کند.
بروکسل هم می‌خواهد تا سال ۲۰۳۰ برنامه اجباری را فقط برای ۱۰ درصد از پسماندهای شهری معرفی کند تا به محل‌های دفن پسماند خاتمه دهد. طرح‌های سرمایه‌گذاری در بخش‌های جمع آوری و درجه‌بندی زیرساخت و نیز شرح اصل جبران مالی آلوده کننده برای صنایع، مخصوصا صنایع بسته‌بندی هم در حال بررسی می‌باشد.
تازه‌ترین فناوری‌ها
اولین قدم در روند تفکیک ضایعات از همدیگر این است که فلز را از غیر فلز جدا کنیم تا کنسانتره‌ی فلزی ترکیبی به دست آوریم. برای جدا کردن فولاد و بقیه محتویات آهنی از روند مواد ترکیبی مثل مواد به دست آمده از پسماند شهری یا ماشین‌های اسقاط وسایل نقلیه‌ی فرسوده از الکترومغناطیس استفاده می‌شود. تفکیک کننده‌های روند گردابی برای تفکیک روند ترکیبی فلزات غیر آهنی مورد مصرف قرار می‌گیرد.
استفاده از اشعه ایکس
برای تفکیک ضایعات فلزی غیر آهنی از همدیگر با استفاده از اشعه ایکس می‌توان شیوه‌های خودکار مثل تورا را به کار برد. به عنوان مثال، از این شیوه برای تشخیص فلزات کار شده و چدنی مثل ورق و چدن آلومینیوم و تشخیص بین خرده‌های سبکتر و سنگینتر استفاده می‌شود. برای شناسایی و جدا کردن انواع متفاوت پلاستیک و شیشه از حسگرهای نوری مادون قرمز نزدیک استفاده می‌شود.
استفاده از دوربینهای تشخیص دهنده رنگ
علاوه براین برای تشخیص فلزات قرمز، زرد و خاکستری و جدا کردن آن‌ها از هم ازدوربین‌های تشخیص رنگ استفاده می‌شود. اغلب در مرحله اول یک ماشین طبقه‌بندی رنگ فلزات زرد و قرمز را تفکیک می‌کند تا قطعه ترکیبی از برنج و مس ایجاد شود.
فلزات چند رنگ هم اغلب جدا شده و مواد باقیمانده نامیده می‌شوند، ولی در دستگاه کامبیسنس (Combisense) شرکت تومرا، این مورد می‌تواند معکوس باشد. به دلیل این که جداسازی دو قسمت (پذیرفتن/رد کردن) دارد، حذف انتخابی بیشتر برای جدا کردن فلزات قرمز از زرد به گذر دوباره از همان تجهیزات به طور گروهی نیاز دارد. گروه تجهیزات جداسازی یک خط در تأسیسات طبقه‌بندی بزرگ برای بیشتر شدن کار مستمراستفاده می‌شود.
خرده‌های سیم مسی و فولاد ضد زنگ تفکیک شده که از باقیمانده تجهیزات اسقاط خودرو به وجود آمده اند، به اهمیت کلی فلزات به دست آمده اضافه می‌کنند.
قطعات باقیمانده از شیشه هم عنصرهای ناخواسته‌ای هستند که با فلزات به وجود آمده از اسقاط خودرو ترکیب شده اند.
ماژول لیزری تشخیص اشیاء
ماژول لیزری تشخیص اشیاء در پهنای تسمه نقاله حامل ضایعات ترکیبی از یک اسکن لیزری استفاده می‌کند تا وضعیت مواد غیرفلزی مثل چوب یا شیشه را برای جدا کردن آن‌ها از مسیر فلزات بشناسد و محصول ضایعاتی خالص‌تری تحویل دهد. به عبارتی، ماژول لیزری تشخیص اشیاء از راه جدا کردن مواد غیر فلزی، نوعی فلز منفی برای یکسان‌سازی فلزات ایجاد می‌کند.
تمهیدات چین برای بازیافت ضایعات
چین در زمینه ضرورت‌های کیفیت ضایعات که قسمتی از طرح عدالت ملی این کشور محسوب می‌شود اخیرا سختگیری‌هایی کرده است که موجب سرگردانی صادرکنندگان مواد ثانویه به این کشورگردیده است. بخصوص درباره بعضی از مواد پلاستیکی که ممنوع شده است. با این که این عمل هنوز روی فلزات اثر مستقیمی نگذاشته است، ولی به نظر می‌آید که ضرورت‌های مرتبط با کیفیت روی فلزات هم اثر بگذارد.
طبق اعلان مجله امریکن متال مارکت در ماه‌های سپتامبر و اکتبر، سازمان صنایع بازیافت ضایعات و تفکیک ضایعات آمریکا نسبت به ضرورت‌های بسیار سختگیرانه چین در عرصه صادرات ضایعات به این کشور و اثر آن روی اعضای این سازمان ابراز نگرانی کرده است. سال قبل آمریکا به چین بیشتر از ۲ میلیارد دلار محصول ضایعاتی فرستاده است.
مجله متال بولتن در ماه سپتامبر اعلان کرد که چین اینک ضرورت‌هایی را برای واردات بعضی از انواع ضایعات مس، کاهش سهم و محدود کردن صدورشماری‌ها از مجوزها در بعضی مناطق این کشور به کار برده است. با اینکه گمان‌ها درمورد سیاست بلندمدت چین در عرصه واردات ضایعات فلزی هنوز ادامه دارد، اندازه مجاز حمل پسماند به سرعت رو به کاهش است، در حالی که درخواست و میل این کشور به تفکیک ضایعات به شدت افزایش پیدا می‌کند.
تغییرات در ترکیب اجزا
در عین حال، ترکیب اجزای مورد مصرف در تولید هم درحال تغییراست، مخصوصا در صنایع خودروسازی و هوا فضا که تشویق به مصرف مواد سبکتر با هدف کم شدن مصرف سوخت و انتشار گاز کربن دی اکسید هنوز ادامه دارد. درخواست برای شیوه‌های مبتکرانه برای پیوستن به مواد مختلف هم به صورت پیوسته رو به افزایش است. طبق مطالعه شرکت داکرورلدواید (Ducker Worldwide) میانگین استفاده آلومینیوم یک خودرو از سال ۲۰۰۰ تا سال ۲۰۲۵ میلادی ۵۰ درصد افزایش پیدا می‌کند و از ۱۱۵ کیلوگرم به ۲۳۵ کیلوگرم می‌رسد.
قراضه های خودرویی
تولید خودروهای سبک درجهان درحال حاضر سالانه به ۹۰ میلیون دستگاه می‌رسد. با در نظر گرفتن پیشگویی شرکت آی اچ اس مارکیت، در کنفرانس خودرویفرانکفورت در پاییز۲۰۱۷ در جهان تا سال ۲۰۲۵ میلادی تقریبا یک سوم ناوگان وسایل حمل و نقل برقی خواهد شد. کم شدن مصرف اجزای چدن آلومینیوم، نتیجه‌ای فی نفسه است چون با وجود بیشترشدن استفاده ورق آلومینیومی و اکستروژن در خودروهای سبک، امکان دارد استفاده از این مواد در موتورهای چدن آلومینیومی کاهش پیدا کند.
منیزیم، مس و سیلیکون اغلب نسبت به آلومینیوم به مقدار کمتری به عنوان عنصرهای آلیاژی معمول در بدنه خودرو، ورقه، پانل ها، اکستروژن و قوطی‌های نوشیدنی به کار می‌رود، ولی حضور این فلزات در آلیاژهای ریخته گریمورد مصرف در موتور، جعبه دنده و جایگاه پمپ خودرو معمولا بیشتراست.
کنترل سطوح آلیاژ
برای صنعت بازیافت که در پی تهیه مواد خام برای مصرف درمحصولات مصرفی نو است، نظارت و کنترل سطوح این مواد و عناصرآلیاژی دیگر مهم است. برای قسمت خودروسازی بخصوص شرکت جگوارلندروور، آلومینیوم ثانویه نسبت به نوع اولیه آن منشأ ارزان قیمتی به حساب می‌آید، درحالیکه استفاده سری ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ آلیاژهای آلومینیوم در ورقه بدنه خودرو هم درحال زیاد شدن است.
این جریان درحال حاضر شاهد ورود ضایعات آلیاژ آلومینیوم ترکیبی به پردازش فلزات ثانویه است که برای پیشگیری از ترکیب این آلیاژها با انواع سطوح از ماده سیلیکون و منیزیم بایستی جدا شوند. به این دلیل که از لحاظ ظاهری این آلیاژها به هم شباهت دارند سیستم‌های بسیار دقیق در قسمت تبدیل ورقه‌های فلزی به بدنه خودرو برای جدا نگه داشتن ضایعات آلیاژهای آلومینیوم متفاوت وجود دارد که یکی از راه‌های پیشگیری از ترکیب آلیاژهایی است که برای اهداف مهم نمی‌توان بازیافت نمود.
سیاست بازیافت شرکت های خودرو سازی آمریکا
جگوار لندروور و فورد در آمریکا دو شرکت خودروسازی می‌باشند که بازیافت ضایعات مرحله تبدیل را در دو قسمت جدا انجام می‌دهند. دراین صورت، چون از پردازش سریع ضایعات جداسازی کامل انجام نشده شرکت تومرا با انگیزه بالابردن روند آلیاژهای آلومینیوم ترکیبی به وجودآمده از اسقاط خودروهای فرسوده، تجهیزاتی را خلق می‌کند که با استفاده از طیف‌سنجی پلاسمای القائی لیزری بین این مواد تفاوت به وجود آورد.
مدیر توسعه تجارت تومرا، فرانک فان دوینکل، با بیان این که فلزات مثال کاملی درمرکز آزمایش شرکت در نزدیکی شهر کوبلنز به حساب می‌آیند، گفت:
اجازه دهید نیم نگاهی به آینده داشته باشیم. این جریان با استفاده از شناسایی سه بعدی اشیاء شروع می‌شود تا وضعیت و اندازه قطعات ترکیبی واحد فلزات که از پیش به یک تسمه نقاله وصل است را بشناسد.
چگونگی کارکرد پلاسمای القایی
پرتوهای لیزری پالس دار داخل محفظه‌ای بزرگ هستند که به هرکدام از قطعات ضایعات آلومینیوم که با سرعت سه متر در ثانیه بر تسمه زیرین در حرکت است، ضربه وارد کند. لیزر هم مثل طیف‌سنجی پلاسمای القائی لیزری به صورت موقت پلاسمایی را به وجود می‌آورد.
با ذوب هر کدام از قطعات فلزی کوچک، طیفی نوری را ایجاد می‌کند که مختص به عناصرشیمیایی خاصی درترکیب آلیاژی است. دستگاه‌های آشکارسازهم موقعیت هرکدام از قطعات ضایعاتی روی تسمه را به ترکیب شیمیایی متصل می‌کند تا ازراه حذف یا لوله هوا در اتاق جداسازی طبقه‌بندی رایج را بتوان انجام داد.
طبق گفته تومرا، این فناوری تشخیص آلیاژهای آلومینیوم را با دقت ممکن و توان بازیافت درهمان دسته از آلیاژ آلومینیوم به وجود می‌آورد. همچنین این فناوری امکان ارائه تحلیل کمی و کیفی و نیز تفکیک ضایعات را به طور فله ایجاد می‌کند. علاوه براین فناوری بالا به سطح بازیافت ۹۵ درصدی آلیاژ ۶۰۰۰ و۹۷ درصدی برای آلیاژ ۵۰۰۰ رسیده است که خلوص متناسب برای بازیافت آلیاژ محسوب می‌شود.
تومرا اضافه می‌کند اختلاف قیمت بین ضایعات آلومینیوم ترکیبی و آلیاژهای ۵۰۰۰ طبقه‌بندی شده از ۲۰۰ یورو درهر تن بالاتر رفته درصورتی که ارزش ضایعات آلیاژ ۶۰۰۰ آلومینیوم به ضایعات طبقه‌بندی شده فراتر از ۴۰۰ یورو درتن می‌تواند برسد. این تجهیزات برای کار با ضایعات فاقد پوشش خالص ایجاد شده از خطوط تولید طراحی شده است. به این خاطر که فناوری سازماندهی طیف‌سنجی پلاسمای القائی لیزری به شناخت ترکیب لایه‌های پایین‌تر نیاز دارد، مواد ناخالص یا پوشش داربا مشکل رو به رو خواهند شد.
فناوری طیف‌سنجی پلاسمای القایی لیزری
برای تفکیک ضایعات فلزی ترکیبی خالص بعد از استفاده در آینده می‌توان ازفناوری طیف‌سنجی پلاسمای القایی لیزری تومرا بهره گرفت. مثل سرمایه گذاری، توان فروش تجاری این کار به هزینه‌های سرمایه‌ای در آینده در حوزه تجهیزات طبقه‌بندی ونیز مقدارارزش افزوده ضایعات از راه جداسازی به انواع ترکیب‌ها بستگی دارد. طبق گفته تومرا، به نظر می‌آید که این مورد تجاری امیدوار کننده است و تحقیق و توسعه این شرکت در این حوزه ادامه دارد.
مثال‌هایی از تجهیزات تومرا برای تفکیک ضایعات فلزات
دستگاه ردیاب
ترکیبات: مادون قرمز نزدیک (NIR) +حسگرفلزEM3+فناوری لیزری تشخیص اشیاء (LOD)
کاربردهای رایج: بالا بردن کنسانتره فلزی (زوریک) به وجود آمده ازاسقاط خودرو بعد ازمرحله اول طبقه بندی، قابل استفاده برای ایجاد کنسانتره فولاد ضد زنگ.
مزیت ها: تشخیص و تفکیک مواد غیرفلزی (مثل پلاستیک)، تابلوهای مدار چاپی و سیم مسی عایق‌بندی شده با فولاد ضد زنگ.
دستگاه XRT
تشخیص دستگاه اشعه ایکس با استفاده از چگالی (دانسیته) فلز.
کاربرد رایج: جداکردن قطعات ورق آلومینیومی از چدن آلومینیوم. پذیرفتن زوربا/ پیش کنسانتره آلومینیوم ایجاد شده به وسیله جداکننده جریان گردابی. جدا کردن آلیاژهای آلومینیوم (۲۰۰۰ و ۷۰۰۰) برای دسترسی به خلوص ۹۸ تا ۹۹ درصدی آلومینیوم.
مزیت ها: باتوجه به اندازه قطعات (بزرگ، ۳۰ تا ۸۰ میلی متر. متوسط، ۳۰ تا ۸۰ میلی متر. کوچک، ۸ تا ۳۰ میلی متر) بین چهارالی هشت تن در ساعت را می‌تواند طبقه‌بندی کند.
Combisense
ترکیبات: ترکیب حسگر رنگی با حسگر الکترومغناطیس. کاربرد رایج: طبقه‌بندی زوربا برای ایجاد قطعات فلزی متفاوت و با ارزش بالاتر. تفکیک ضایعات فلزی غیرآهنی قرمز، خاکستری و زرد ازتجهیزات ضایعات الکترونیکی و الکتریکی مثل تابلوهای مدارچاپی و سیم.
مزیت ها: به کاربردن تسمه افقی یا ساختارعمودی برای سازگار کردن اندازه ذرات متفاوت (به ترتیب ۸ الی ۱۳۰ میلی متر یا ۲ الی ۱۷ میلی متر). طبقه‌بندی ۲.۵ الی ۳ تن درساعت بسته به اندازه ذرات امکانپذیر است.