廢電線電纜中銅材料回收的工藝研究與設(shè)備分析

丁 濤，楊敬增

（中國電子工程設(shè)計(jì)院，北京 100142）

隨著我國有色金屬生產(chǎn)和消費(fèi)水平的日益提高，可再利用的廢雜有色金屬數(shù)量也不斷增多，對這些廢雜有色金屬進(jìn)行合理利用，不僅可以有效地提高有色金屬的資源利用率，而且能夠減少廢棄物對環(huán)境所造成的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。礦產(chǎn)資源是不可再生的，資源枯竭的現(xiàn)實(shí)問題已擺在我們面前，因此，節(jié)約寶貴的金屬資源，對于我國的生態(tài)文明建設(shè)將起到積極作用。我國又是有色金屬資源短缺的國家，節(jié)約和合理使用資源顯得尤為重要。

多年來，有色金屬資源再利用已在大多數(shù)的工業(yè)發(fā)達(dá)國家受到廣泛重視，是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要組成部分，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要舉措。近十年來，世界再生銅產(chǎn)量已占原生銅產(chǎn)量的40%～55%，其中美國約占60%，日本約占45%，德國約占80%。我國近幾年含銅廢料的回收網(wǎng)也遍布全國，還從國外大量進(jìn)口含銅廢料，含銅廢料的回收利用產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，尤其是以回收銅為主的廢電線電纜處理企業(yè)大量涌現(xiàn)，積極開展回收、加工、經(jīng)營活動(dòng)，形成了以珠江三角洲、長江三角洲和環(huán)渤海地區(qū)為主的銅系再生金屬利用中心［1－2］。

1 廢銅加工利用行業(yè)面臨的問題

當(dāng)前廢銅加工利用行業(yè)總體運(yùn)行態(tài)勢保持平穩(wěn)，但制約行業(yè)協(xié)調(diào)健康發(fā)展的一些深層次矛盾和問題沒有得到根本解決，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長和穩(wěn)步發(fā)展仍面臨不少困難和挑戰(zhàn)。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）技術(shù)裝備水平落后，環(huán)保形勢嚴(yán)峻。大部分中小企業(yè)仍采用落后的處理設(shè)備，工藝與技術(shù)達(dá)不到較高的資源利用率，廢銅綜合利用率低，環(huán)境問題令人堪憂［3］。

2）廢銅原料供應(yīng)緊張。我國銅消費(fèi)量居全球領(lǐng)先地位，但由于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程較為短暫，廢銅資源蓄積量相對不足，廢銅主要依靠國外進(jìn)口。2013年1～9月，我國累計(jì)進(jìn)口廢銅319萬t，金額達(dá)101億美元。隨著國際再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，廢銅資源競爭日趨激烈。廢銅資源日益緊缺成為制約我國再生銅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要因素［4－5］。

3）加工利用園區(qū)和交易市場有待進(jìn)一步規(guī)范。許多地方在沒有充分結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源優(yōu)勢、交通條件和供需市場的前提下，紛紛盲目投資興建進(jìn)口再生資源加工利用園區(qū)、回收交易市場或產(chǎn)業(yè)集群。加工利用園區(qū)建設(shè)缺乏合理的科學(xué)規(guī)劃與專業(yè)指導(dǎo)，造成企業(yè)的無序競爭和資源浪費(fèi)，對于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展極為不利［6］。加工利用園區(qū)內(nèi)部尚未形成能夠覆蓋回收、拆解、處理和深加工的有色金屬產(chǎn)業(yè)鏈。

4）法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善，先進(jìn)產(chǎn)能競爭力弱。我國含銅廢料回收、拆解及利用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較為薄弱，法律法規(guī)體系不完善，不利于形成公平的行業(yè)競爭環(huán)境。規(guī)模化、規(guī)范化處理企業(yè)節(jié)能環(huán)保資金投入較大，生產(chǎn)成本相對較高，在含銅廢料采購競爭中處于劣勢地位，生產(chǎn)經(jīng)營困難［7－8］。整個(gè)行業(yè)呈現(xiàn)出“規(guī)模經(jīng)濟(jì)不出效益”、“環(huán)保科技不出效益”、“先進(jìn)產(chǎn)能吃不飽”等不正常狀態(tài)。

2 廢電線電纜提取銅金屬的工藝技術(shù)

外購廢電線電纜根據(jù)種類采取不同處理方式，I類是單一型號(hào)的廢電線，進(jìn)口時(shí)已分類清楚，規(guī)格相同，可直接采用機(jī)械化或半機(jī)械化操作，此類廢料的絕緣皮成分穩(wěn)定，易于分類再利用；Ⅱ類是混雜的廢電線，各種型號(hào)的廢電線混合在一起，直徑不同，絕緣皮的成分不同，此類廢電線需要進(jìn)行分類，然后才能處理；Ⅲ類是混雜的細(xì)導(dǎo)線，此類導(dǎo)線中的銅線比較細(xì)，加工和分選的難度較大，一般適合采用銅米機(jī)組進(jìn)行處理。圖1給出了我國廢電線電纜拆解處理的工藝流程簡圖。

圖1 廢電線電纜拆解處理工藝流程Fig.1 The process flow of waste cables dismantled and treated

歐美等發(fā)達(dá)國家由于人工成本相對較高，對于Ⅱ類混雜的廢電線并不需要人工分類，通常直接送至大型成套銅米機(jī)組通過破碎、分選等工序完成處理工作。而我國目前對于Ⅱ類混雜廢電線要進(jìn)行人工分選，分選出的粗電線一般采用剝線機(jī)完成拆解工作，拆解出的廢銅和廢塑料純度可達(dá)100%，分別可用作下一步的材料再生利用，該處理方式同時(shí)可以減少經(jīng)若干級破碎和分選工序所帶來的能源消耗，比較適合目前我國的國情。Ⅱ類作業(yè)時(shí)分選出的細(xì)電線由于電線本身的形式和尺寸的原因，分選難度較大，比較適宜統(tǒng)一送至成套銅米機(jī)組進(jìn)行處理［9］。銅米機(jī)組與剝線機(jī)相比，處理工藝較為復(fù)雜，因此近年來國內(nèi)外的銅米機(jī)組制造商在工藝與設(shè)備的技術(shù)研發(fā)上下足了功夫，但各國的發(fā)展技術(shù)水平參差不齊。

2.1 國內(nèi)工藝技術(shù)與設(shè)備

國內(nèi)的銅米機(jī)組通常適用的處理范圍有一定限制，一般用于汽車電路線、通信線、電子廢物電路線等外徑12mm以下的各種各檔電纜線及剝線機(jī)不適合加工的各種雜料電纜線。以國內(nèi)某設(shè)備為基礎(chǔ)，簡述目前國內(nèi)主要的處理流程。

該工藝流程采用兩級破碎＋振動(dòng)＋靜電分選的方法處理較細(xì)的廢電線電纜。工藝流程圖詳見圖2，處理工藝步驟如下：

1）較細(xì)的廢電線電纜首先通過皮帶輸送機(jī)送至一級粉碎機(jī)進(jìn)行破碎；

2）破碎后通過皮帶輸送機(jī)送至振動(dòng)分選機(jī)分選；

3）分選后得到金屬銅、塑料外皮碎粒和混合物料；

4）通過除塵設(shè)備將一級破碎和振動(dòng)分選過程中的粉塵及雜質(zhì)（如紙屑、塑料薄膜等）去除，旋風(fēng)下料器將雜質(zhì)集中收集，粉塵則通過收塵管道送至除塵器，通過除塵器濾袋過濾將粉塵收集到指定容器內(nèi)；

5）金屬銅送至成品庫儲(chǔ)存，塑料外皮碎粒和混合物料通過螺旋輸送機(jī)送至二級粉碎機(jī)；

6）粉碎后的物料利用旋風(fēng)下料器集中收集后，通過斗式提升機(jī)送至靜電分離器進(jìn)行進(jìn)一步分選；

7）靜電分選后可將混合物料中較細(xì)的塑料外皮碎粒和金屬銅徹底分離；

8）除塵系統(tǒng)將粉碎過程中產(chǎn)生的粉塵通過收塵管道送至除塵器，通過除塵器濾袋過濾將粉塵收集到指定容器內(nèi)。

2.2 國外工藝技術(shù)與設(shè)備

國外的廢電線電纜處理工藝大都采用多級破碎＋多級分選的組合模式，通常會(huì)在前道工序中加設(shè)預(yù)破碎工序，預(yù)破碎機(jī)的適用范圍很廣，基本上直徑100mm以內(nèi)的廢電線電纜（甚至包括海底光、電纜）均可入料處理，經(jīng)破碎后的碎料長度一般為150～300mm，為下一道工序做好預(yù)處理工作。下面以兩種不同銅米機(jī)組為例，對其處理工藝技術(shù)做簡要概述。

設(shè)備A的處理工藝采用三級破碎＋兩級分選的方法進(jìn)行處理，工藝流程圖詳見圖3，處理工藝步驟如下：

圖2 國內(nèi)某設(shè)備的處理工藝流程Fig.2 The treatment process flow of some domestic equipment

圖3 國外設(shè)備A的處理工藝流程Fig.3 The treatment process flow of foreign equipment A

1）對于超大尺寸電線電纜進(jìn)行特殊處理，即通過超級破碎機(jī)進(jìn)行破碎；

2）破碎后的電線電纜和一般尺寸的電線電纜一并進(jìn)入粗破碎機(jī)進(jìn)一步破碎；

3）破碎后通過磁選機(jī)分選出含鋼鐵的物質(zhì)；

4）再通過上升傳送帶輸送至細(xì)粉碎機(jī)；

5）然后將細(xì)粉碎后的物料再輸送至重力分選機(jī)，分選出銅、塑料及混合物料；

6）混合物料含有因尺寸較大而無法分離的物料，將被饋送回細(xì)粉碎工序進(jìn)一步粉碎，粉碎后送至重力分選機(jī)進(jìn)一步分選出銅和塑料，分選后得到的銅純度在99.5%以上；

7）分選后得到的塑料中含有2%～5%的銅，通過細(xì)分設(shè)備進(jìn)一步分選出銅和塑料，分選后的塑料中含銅量不超過0.2%。

8）除塵系統(tǒng)將破碎分選過程中產(chǎn)生的粉塵通過收塵管道送至除塵器，通過除塵器濾袋過濾將粉塵收集到指定容器內(nèi)。

設(shè)備B的處理工藝采用三級破碎＋重力分選的方法進(jìn)行處理，工藝流程圖詳見圖4，處理工藝步驟如下：

1）物料首先通過線纜破碎機(jī)進(jìn)行粗破碎，碎料尺寸一般約為200mm；

2）破碎后通過磁選機(jī)分選出含鋼鐵的物質(zhì)；

3）再通過上升傳送帶輸送至細(xì)粉碎機(jī)；

4）經(jīng)進(jìn)一步粉碎后再經(jīng)過磁選機(jī)分選出含鋼鐵的物質(zhì)；

5）然后將細(xì)粉碎后的物料通過提升傳送帶及正反轉(zhuǎn)傳送帶輸送至兩個(gè)同時(shí)工作的破碎研磨機(jī)；

6）研磨機(jī)將物料進(jìn)一步破碎至細(xì)粒；

7）研磨后的細(xì)粒再輸送至重力分選機(jī)，分選出銅、塑料及混合物料；

8）混合物料含有部分細(xì)銅線，將被運(yùn)送至分選臺(tái)進(jìn)一步分選出銅，銅純度在99%以上；

9）除塵系統(tǒng)將破碎分選過程中產(chǎn)生的粉塵通過收塵管道送至除塵器，通過除塵器濾袋過濾將粉塵收集到指定容器內(nèi)。

圖4 國外設(shè)備B的處理工藝流程Fig.4 The treatment process flow of foreign equipment B

2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

對以上三類設(shè)備的銅米機(jī)組進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比對分析（見表1），可以看出：

1）兩家國外銅米機(jī)組均采用三級破碎＋兩級分選，而國內(nèi)銅米機(jī)組則采用兩級破碎＋兩級分選，處理理念的唯一區(qū)別即是否加設(shè)預(yù)破碎這道前處理工序。單從處理效果來看，在分選原理差別不大的前提下，應(yīng)該說三級破碎的效果肯定要優(yōu)于兩級破碎，但由于國內(nèi)處理設(shè)備所針對廢電線電纜的外徑尺寸相對小些，從整體能耗與產(chǎn)品附加值等方面考慮，增加一級預(yù)破碎的意義不大。

2）三類設(shè)備雖均采取了兩級以上分選，但國外設(shè)備A的處理工藝中對于粉碎后產(chǎn)生的不易分離的較大尺寸物料再被進(jìn)一步送回粉碎機(jī)細(xì)碎，之后通過分選機(jī)重新進(jìn)行分選，這樣大大提高了銅與塑料的分離率；而其他兩家得到的混合物料沒有返回上一級粉碎處理，而是直接送至分選機(jī)進(jìn)行分選處理。從分選效果上來看，國外設(shè)備A的設(shè)備分離率要高于其他兩類設(shè)備，處理后得到銅和塑料的純度更高，提高了產(chǎn)品的附加值。

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比表Table 1 Comparison of technical and economic indexes

3）對相同處理規(guī)模的成套設(shè)備進(jìn)行價(jià)格對比，如成套設(shè)備每小時(shí)可處理2t的廢電線電纜，兩類國外設(shè)備價(jià)格相差不大，但與國內(nèi)設(shè)備相比，價(jià)格則明顯高出好幾倍。從處理實(shí)際效果看，國內(nèi)設(shè)備的銅純度明顯要低于國外設(shè)備。考慮到長期運(yùn)行的成本與效益，運(yùn)營企業(yè)在設(shè)備選型時(shí)需在設(shè)備價(jià)格與產(chǎn)品（銅和塑料）的附加值方面做出權(quán)衡。

3 結(jié)論與建議

1）就工藝設(shè)計(jì)理念來說，國外廠家在設(shè)備制造方面存在一個(gè)共性的特點(diǎn)，即需要客戶提供處理對象的具體特點(diǎn)如數(shù)量、尺寸、規(guī)格等。處理對象的規(guī)模和類型等條件確定后，為客戶量身定做所需的成套處理設(shè)備，這種設(shè)計(jì)理念與國內(nèi)設(shè)備廠家是完全不同的，從處理效果看，外商采用的“量體裁衣”的設(shè)計(jì)理念要明顯優(yōu)于國內(nèi)設(shè)備商，得到的產(chǎn)品附加值更高。

2）廢電線電纜處理成套設(shè)備中均采用了若干級破碎機(jī)及粉碎機(jī)，在正常使用的前提下，國外破碎設(shè)備刀具的耐用性要明顯優(yōu)于國內(nèi)設(shè)備，國內(nèi)刀具的壽命一般在1年左右，而國外刀具的壽命可達(dá)3～5年，國外設(shè)備日常維護(hù)的成本也具有一定優(yōu)勢。

3）目前國內(nèi)廢電線電纜處理企業(yè)以民營企業(yè)居多，投資資金相對有限，大多數(shù)客戶雖認(rèn)可國外設(shè)備的處理效果和產(chǎn)品的高附加值，但鑒于資金有限，不可能全套引進(jìn)外商設(shè)備，更多考慮的還是核心設(shè)備由國外引進(jìn)，其余設(shè)備國產(chǎn)配套?？紤]到國外和國產(chǎn)設(shè)備的接口問題，處理不當(dāng)會(huì)對最終的產(chǎn)品附加值造成較大影響，因此國外廠家對上述商業(yè)模式并不認(rèn)可。我國處理企業(yè)在設(shè)備選型階段需要權(quán)衡利弊。

4）建議我國技術(shù)與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃部門參照國外產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路，盡快提出適合國情的“一體化解決方案”。同時(shí)請有關(guān)部門給予政策性傾斜，鼓勵(lì)國內(nèi)裝備制造業(yè)應(yīng)盡快研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備，為開發(fā)“城市礦產(chǎn)”，解決銅金屬資源瓶頸，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)與設(shè)備的保障。

［1］ 閆啟平 .中國再生有色金屬行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及投資前景利好［J］.再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2013，6（5）：21－23.

［2］ 山姆·沙里夫 .世界廢銅的回收［J］.有色金屬再生與利用，2005（11）：23－24.

［3］ 樂華斌 .廢金屬再生過程中“三廢”綜合治理思路［J］.資源再生，2011（2）：60－61.

［4］ 徐庭芳 .原料制約再生銅［J］.中國金屬通報(bào)，2011（35）：16－17.

［5］ 劉 洋 .博弈再生銅［J］.中國有色金屬，2008（10）：36－37.

［6］ 徐榮樂，海熱提.廢舊機(jī)電產(chǎn)品再利用工業(yè)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈配置研究［J］.生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2011（2）：119－122.

［7］ 李春超，朱宏力 .廢銅新政的憂思［J］.中國有色金屬，2010（13）：34－35.

［8］ 譚大鵬，王明新，夏訓(xùn)峰 .廢舊機(jī)電產(chǎn)品資源化技術(shù)政策與發(fā)展戰(zhàn)略［J］.生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2008（11）：125－127.

［9］ 吳彥瑜，許冠英，彭曉春，等 .我國進(jìn)口含銅廢五金拆解利用技術(shù)現(xiàn)狀［J］.廣州化工，2011，39（21）：125－126，146.