19. 10. 2022

Separace hliníku ze směsného odpadu (případová studie)

---

1. Separace hliníkových plechovek z plastového a dalšího nekovového směsného odpadu. Jím zpracovávaný materiál již prošel magnetickou separací a neobsahuje magnetické kovové příměsi, nicméně za účelem využití neželezných kovových příměsí klient potřebuje tyto kovové materiály oddělit od zbývajícího komunálního odpadu (papír, dřevo, plasty atd.).
2. Separace aseptických nápojových kartonů (typu tetrapak) ze směsného odpadu neobsahujícího magnetické příměsi. Aseptické nápojové kartony se skládají ze šesti vrstev, přičemž ale jen jedna z nich je tvořena hliníkem (čtyři jsou polyetylenové, jedna papírová a jedna hliníková. Hliník chrání obsah kartonu před světlem, papír dodává obalu pevnost a polyetylen zajišťuje nepropustnost obalu). Úplná recyklace jednotlivých složek je až doposud spíše vzácná a ve většině případů se zpětně získávají zejména papírová vlákna v papírnách (kde se nápojové obaly rozmixují ve vodní lázni a následně se papírová vlákna použijí při výrobě recyklovaného papíru). Poměrně rozšířené (a relativně jednoduché) je použití celých kartonů pro výrobu stavebních a izolačních desek (které pak mají podobné vlastnosti jako sádrokarton), někdy se též získává z kartonů polyetylen za účelem výroby recyklovaných plastů. Nejméně využívanou je doposud hliníková složka, a přitom její ekonomický potenciál je velice významný, zejména vezmeme-li v potaz aktuální cenu hliníku a pronásobime-li ji obrovským množstvím aseptických nápojových obalů ve směsném odpadu. Zásadní podmínkou pro využití hliníku z aseptických nápojových obalů je kvalitní vytřídění těchto obalů - následně se pak tento materiál podrtí a pomocí elektrostatických separátorů se oddělí hliník od plastu a papíru (čímž je možno dosáhnout recyklace až 99 % hliníku obsaženého v aseptických nápojových kartonech!).
3. Souběžná separace hliníkových plechovek i aseptických nápojových kartonů ze směsného odpadu bez obsahu magnetických částic.

Princip funkce separátoru neželezných kovů:

Eddy current separátor je vybaven krátkým dopravníkovým pásem, v jehož hnaném válci s nekovovým pláštem je uložen (centricky nebo excentricky) vysokorychlostní magnetický rotor. K separaci kovové nemagnetické částice dojde v tom okamžiku, kdy se tato částice na dopravníkovém pásu dostane do magnetického pole otáčejícího se rotoru. Toto magnetické pole ji po omezenou dobu zmagnetizuje a její polarita bude stejná jako polarita magnetického pole rotoru – a proto jsou takto zmagnetizované materiály odpuzovány a automaticky vyhazovány z dopravníkového pásu separátoru neželezných kovů. Podmínkou pro dosažení co nejlepších výsledků třídění nemagnetického kovového odpadu je rovnoměrný tok a (pokud možno) monovrstva materiálu přepravovaného na pásovém dopravníku - proto je vždy vhodné předřadit před separátor neželezných kovů vibrační podavač. Je také třeba mít na paměti, že před tříděním neželezných kovů je potřeba z materiálu odstranit magnetické kovové příměsi (např. pomocí předřazeného magnetického bubnu, válce či desky).

Popis problému:

Separátor neželezných kovů tedy slouží k oddělení těchto kovů od ostatních nemagnetických materiálů. Hliník patří mezi dobře vodivé lehké neželezné kovy, tudíž jeho separace pomocí eddy current separátoru je většinou bezproblémová. Ale elektrickou vodivost ovlivňuje kromě samotného typu materiálu i jeho tvar a objem, proto se např. Al plechy či plechovky separují snadněji než krátké drátky. A ze stejného důvodu je z pohledu elektrické vodivosti problematická i velmi tenká vrstva hliníku v aseptických nápojových obalech… Navíc vzhledem k tomu, že elektrická vodivost hliníkových plechovek a nápojových obalů je velmi odlišná, může být separace obou typů materiálů pomocí jediného eddy current separátoru obtížná, což bylo též nutno během testu ověřit.  

Řešení problému:

Pomocí čtyřpólového centrického separátoru neželezných kovů ECS-C jsme při rychlosti 1,5 m/s nejprve otestovali vyřazování samostatných hliníkových plechovek. Výsledkem testu bylo prokázání stoprocentní spolehlivosti vyřazování tohoto typu materiálu při použití ECS-C (eddy current separátor odhodil všechny plechovky výrazně za osu vyřazování), tudíž jsme přistoupili k testování vytřídění hliníkových plechovek ze směsného odpadu – a výsledkem bylo opět vytřídění všech hliníkových plechovek z testovaného materiálu.  Následně jsme stejný test provedli i s obaly typu tetrapack – nejprve bez příměsi jiných materiálů, posléze jsme otestovali oddělení těchto obalů ze smíšeného odpadu. V obou testech se ukázalo, že sice ECS-C dokáže tetrapak s hliníkovou povlakem z větší části také vytřídit, nicméně velmi tenká hliníková vrstva neumožňuje při čtyřpólové centrické variantě dosažení stoprocentně spolehlivé separace.

Poté jsme odzkoušeli separovatelnost jak hliníkových plechovek, tak i tetrapaku, pomocí dvanáctipólového excentrického separátoru neželezných kovů ECS-E. Na první pohled bylo zřejmé, že kinetická energie, kterou separátor udělil jak plechovkám, tak i tetrapakovým obalům, je mnohem větší než ta, kterou jim byl schopen při třídění udělit čtyřpólových centrický separátor. U plechovek i tetrapaku tak bylo dosaženo stoprocentního záchytu obalů pokovených hliníkem, přičemž navíc díky tomu, že oba druhy materiálu byly odhazovány do větší (než požadované) vzdálenosti, bylo možno ve třídící skříni zvětšit otvor pro záchyt nemagnetického materiálu. Tím se zásadně navýšila celková kapacita třídící linky, což mělo výrazně pozitivní vliv na celkové ekonomické výsledky třídění směsného odpadu.

Vyhodnocení možných technických řešení:

Pokud existuje potřeba separace hliníkových plechovek např. ze směsi dalších nemagnetických odpadů, jeví se jako nejlepším řešením aplikace nízkopólového separátoru neželezných kovů s centricky umístěným magnetickým rotorem, a to z následujících důvodů:

• Velmi rychlá návratnost investice (v případě vyššího procentuálního výskytu hliníkových kontaminantů a většího objemu zpracovávaného může být návratnost i v řádu několika týdnů)
• Spolehlivá separace hliníkových plechovek
• V daném případě jde o naprosto rovnocenný ekvivalent dražších vícepólových excentrických separátorů = atraktivní poměr cena/výkon
• Separátor s automatickým čištěním bez přerušení toku materiálu (24/7) = plynulý zpracovatelský provoz
• Vysoká účinnost i při vyšších rychlostech čištěného materiálu
• Pracovní šířka až 2000 mm = vysoká provozní kapacita

Jestliže klient potřebuje odseparovat ze směsného nemagnetického odpadu hůře elektricky vodivé aseptické nápojové kartony nebo zachytit aseptické nápojové kartony i hliníkové plechovky, pak je nejlepším řešením použití vícepólového separátoru neželezných kovů s excentricky uloženým rotorem, nabízející zejména následující výhody:

• Spolehlivá separace aseptických nápojových kartonů (navzdory velmi tenké hliníkové vrstvě)
• Univerzálnost řešení v případě separace nemagnetických kovových materiálů i s výrazně odlišnými vlastnostmi
• Separátor s automatickým čištěním bez přerušení toku materiálu (24/7) = plynulý zpracovatelský provoz
• Vysoká účinnost i při vyšších rychlostech čištěného materiálu
• Pracovní šířka až 2000 mm + odhoz kartonů s hliníkem do velké vzdálenosti = vysoká provozní kapacita

Přínosy navrhovaného technického řešení:

• využití cenné druhotné suroviny
• snížení ekologické zátěže při výrobě hliníku z bauxitu
• výrazné navýšení produktivity práce, rentability a ziskovosti v oblasti třídění směsného odpadu