كيف يعمل فصل المجال الكهرومغناطيسي في إعادة تدوير المعادن غير الفلزية؟

يعمل جهاز الفصل بالتيارات الدوامة عن طريق تعريض المعادن غير الحديدية الموصلة لمجال مغناطيسي سريع التغير. ويؤدي هذا المجال إلى تحفيز تيارات كهربائية دوارة داخل الألومنيوم والنحاس والنحاس الأصفر. وتولد هذه التيارات مجالات مغناطيسية خاصة بها، تتعارض مع مجال الفاصل وتدفع القطع المعدنية إلى الأمام. أما البلاستيك والزجاج والخشب والمواد غير الموصلة الأخرى فلا تتعرض لأي دفع مغناطيسي، لذا تسقط من الناقل عبر مسار أقصر.

هذه هي الإجابة المختصرة عن فاصل التيارات الدوامة: كيف يعمل؟. تعتمد الإجابة الكاملة على عمل الدوار المغناطيسي، وحزام النقل، وعملية تحضير المواد الواردة، وجهاز الفصل كنظام واحد متكامل. وعندما يتم ضبط هذه الأجزاء بشكل صحيح، يمكن لجهاز الفصل بالتيارات الدوامة استخلاص المعادن القيمة دون لمس المادة أو استخدام الماء أو نفاثات الهواء أو المعالجة الكيميائية.

النقطة الأساسية: لا يجذب فاصل التيارات الدوامة الألومنيوم بنفس الطريقة التي يجذب بها المغناطيس التقليدي الفولاذ. فهو يحول كل جسيم موصل لفترة وجيزة إلى مغناطيس كهربائي معاكس، ثم يستخدم قوة التنافر لتغيير مسار حركة ذلك الجسيم.

ما هو فاصل التيار الدوامي؟

جهاز الفصل بالتيارات الدوامة، أو ECS، هو جهاز صناعي جهاز فصل المعادن غير الحديدية مُركَّب على ناقل قصير. وتستخدمه محطات إعادة التدوير لفصل المعادن الموصلة للكهرباء عن المواد غير الموصلة بعد التقطيع والغربلة وإزالة المعادن الحديدية.

عادةً ما يتم وضع الآلة بالقرب من نهاية خط الفرز الميكانيكي. في المرحلة السابقة فاصل مغناطيسي تقوم أولاً بإزالة الحديد والصلب. ثم تستهدف نظام ECS الألومنيوم والنحاس والنحاس الأصفر والزنك، بينما تنتقل الأجزاء المتبقية من البلاستيك أو الزجاج أو المطاط أو الخشب أو المعادن إلى نقطة تجميع أخرى.

هذا الترتيب مهم. فقد صُمم نظام الفصل الكهربائي (ECS) لاستعادة المعادن غير الحديدية، وليس لمعالجة قطع الفولاذ الكبيرة. إن إزالة المعادن الحديدية أولاً تحمي الحزام والدوار، وتقلل من ارتفاع درجة الحرارة والتآكل، وتتيح للجزيئات غير الحديدية مسارًا أكثر سلاسة عبر منطقة الفصل.

مواد التغذية	الاستجابة المعتادة عند تفريغ نظام التحكم الإلكتروني (ECS)	النتيجة العملية
الألومنيوم	تتميز بقدرة عالية على التوصيل الأمامي لأنها تجمع بين التوصيلية الجيدة والكثافة المنخفضة	عادةً ما يكون هذا المعدن غير الحديدي أسهل المعادن في الاستخلاص
النحاس والنحاس الأصفر	موصل للكهرباء، لكنه أكثر كثافة من الألومنيوم	قابلة للفصل، على الرغم من أن الظروف قد تختلف عن عملية استخلاص الألومنيوم
البلاستيك، والزجاج، والمطاط، والخشب	لا يوجد تيار مستحث ولا يوجد تنافر مغناطيسي	اتبع مسارها الطبيعي الذي تحركه الجاذبية
الحديد والفولاذ الكربوني	تنجذب بقوة إلى المغناطيسات بدلاً من تصنيفها وفقاً للتأثير المقصود لنظام ECS	ينبغي إزالتها في المرحلة الأولية
الفولاذ المقاوم للصدأ والرصاص	غالبًا ما تكون الاستجابة ضعيفة أو غير متسقة	قد يتطلب ذلك طريقة فرز أخرى

وبالتالي، فإن نظام ECS ليس جهازًا شاملاً للكشف عن المعادن ولا نظامًا لتحديد السبائك. ويعتمد أدائه على الموصلية الكهربائية، والكثافة، وحجم الجسيمات، والشكل، وقوة المجال المغناطيسي، وسرعة التغذية. وقد أُجريت تجربة على نطاق تجريبي في عام 2020 دراسة فصل النحاس عن الألومنيوم وحددت حجم الجسيمات، ونسبة الموصلية إلى الكثافة، والتحريض المغناطيسي، وسرعة التغذية كعوامل تشغيل رئيسية.

الجانب العلمي وراء ذلك: كيف يعمل الأمر خطوة بخطوة

يعتمد مبدأ التشغيل على قاعدتين أساسيتين من قواعد الكهرومغناطيسية. قانون فاراداي يشرح لماذا يؤدي المجال المغناطيسي المتغير إلى تحفيز تيار كهربائي في الموصل. قانون لينز يوضح لماذا يولد التيار المستحث مجالًا مغناطيسيًّا يعارض التغير الذي أدى إلى ظهوره.

داخل نظام ECS، تحدث تلك التفاعلات في أجزاء من الثانية:

1. تقوم وحدة التغذية بتوزيع المادة المعالجة على الناقل في شكل طبقة رقيقة ومتساوية.
2. ينقل الناقل المواد باتجاه بكرة التفريغ.
3. يُحدث الدوار المغناطيسي عالي السرعة الموجود داخل البكرة مجالات مغناطيسية تتغير بسرعة على سطح الحزام.
4. تولد القطع غير الحديدية الموصلة تيارات دوامية متداولة.
5. يؤدي التفاعل بين مجال الدوار والمجال المستحث إلى إحداث قوة تنافر تؤثر على تلك القطع.
6. تتحرك المعادن غير الحديدية إلى الأمام لمسافة أبعد، بينما تسقط المواد غير الموصلة بالقرب من البكرة.
7. يقوم مقسم قابل للتعديل بتقسيم المسارين إلى ممرين منفصلين.

المكونات الثلاثة التالية هي التي تحدد ما إذا كان هذا المبدأ البسيط سيؤدي، في التطبيق العملي، إلى إنتاج أجزاء نقية وقابلة للبيع.

دور الدوار المغناطيسي عالي السرعة

الدوار المغناطيسي هو مصدر المجال المتغير. ويحتوي على أقطاب شمالية وجنوبية متناوبة، تُصنع عادةً من مغناطيسات دائمة عالية القوة مصنوعة من العناصر الأرضية النادرة. وعندما يدور الدوار داخل غلاف غير موصل للكهرباء عند طرف التفريغ للناقل، تواجه كل جسيمة تمر فوقه انعكاسات مغناطيسية سريعة.

تؤدي زيادة سرعة الدوار وترتيب الأقطاب المناسب إلى زيادة معدل تغير المجال المغناطيسي. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تعزيز الاستجابة المستحثة، خاصةً عندما تحتوي المواد المُغذية على جزيئات موصلة صغيرة. غير أن سرعة الدوار وحدها لا تضمن فصلًا أفضل. فقد تؤدي السرعة المفرطة إلى زيادة الحرارة والاهتزاز وحمل المحامل والتآكل دون معالجة مشكلة التغذية السيئة أو الوضع غير الصحيح للمقسم.

كما أن هندسة الدوار لها أهميتها أيضًا. فالدوار المتراكز يوزع الأقطاب المغناطيسية على كامل محيطه، مما ينتج عنه مجال مغناطيسي قوي وموحد حول البكرة الرئيسية. أما التصميم غير المركز فيركز المنطقة المغناطيسية النشطة بالقرب من نقطة التفريغ. ويعتمد الاختيار الصحيح على حجم الجسيمات، والتلوث الحديدي المتبقي، وتركيبة المواد الواردة، والتوازن المطلوب بين استرداد المعادن ونقاء المنتج.

بالنسبة للرسوم الجمركية المفروضة على المواد الدقيقة، فإن Energycle’s فاصل التيارات الدوامة عالي الكفاءة لاستخلاص الألومنيوم الناعم يستخدم دوارًا متراكزًا عالي التردد مصنوعًا من العناصر الأرضية النادرة. تعمل التكوينات المتاحة بسرعة تصل إلى 4,000 دورة في الدقيقة، وهي مصممة لاستعادة الجسيمات التي يصل حجمها إلى حوالي 2 مم عندما تكون المواد المدخلة جافة ومُغربلة جيدًا وموزعة بالتساوي.

نظام الحزام والناقل المزود بتقنية التيارات الدوامة

لا يقتصر دور الناقل على نقل المواد فحسب، بل إنه يتحكم في التوقيت والموضع والسرعة التي تلتقي بها كل جسيمة مع المجال المغناطيسي. ويجب أن يكون الحزام رقيقًا بما يكفي لإبقاء المواد قريبة من الدوار، مع الحفاظ في الوقت نفسه على متانته وعدم توصيله للكهرباء.

يبدأ تحضير المواد قبل الحزام. وتؤدي عمليات التقطيع أو التكسير إلى فصل المعادن عن البلاستيك والمطاط والزجاج والمواد الملتصقة الأخرى. ويؤدي الغربلة إلى تكوين نطاق أحجام جسيمات أضيق. ثم تقوم وحدة التغذية الاهتزازية بتوزيع المواد على عرض الحزام الفعلي. والهدف من ذلك هو تكوين طبقة مستقرة تكاد تكون أحادية الطبقة بدلاً من كومة عميقة.

فالطبقة السميكة أو غير المتساوية تخفي القطع الصغيرة تحت القطع الأكبر حجمًا. أما المواد الرطبة أو اللزجة فتشكل تكتلات تتصرف كجسيم واحد. وكلا الحالتين تقللان من التعرض للمجال المغناطيسي، وقد تؤديان إلى وصول مواد غير معدنية إلى قناة المعادن المسترجعة. أما المواد الجافة والمصنفة والتي يتم تغذيتها بشكل متساوٍ، فتمنح كل جسيم مسارًا يمكن التنبؤ به بشكل أفضل.

تحدد سرعة الحزام الزخم الأمامي. فالحزام الأسرع يمكن أن يزيد من مسافة الرمي والإنتاجية، لكنه يقلل أيضًا من مدة تعرض الجسيمات للمجال المغناطيسي النشط. أما الحزام الأبطأ فيمنح المجال المغناطيسي مزيدًا من الوقت للتأثير، لكنه قد يقلل من السعة أو يتسبب في تراكم المواد. يجب على المشغلين ضبط سرعة الحزام بالتزامن مع سرعة الدوار ومعدل التغذية، وليس كإعداد منفصل.

الفصل: فصل الألومنيوم والمعادن غير الحديدية

عند البكرة الأمامية، تحدد ثلاث قوى المسار النهائي: الزخم الأمامي الناتج عن الحزام، وقوة الجاذبية، وقوة التنافر الكهرومغناطيسي. تنفصل القطع غير الموصلة عن الحزام وتسقط بشكل طبيعي. أما القطع الموصلة فتتلقى دفعة إضافية إلى الأمام وتسقط على مسافة أبعد عن البكرة. وتقع لوحة الفصل بين هذين المسارين وتوجه كل جزء إلى المزلق الخاص به.

فصل الألومنيوم باستخدام التيارات الدوامة وهو فعال بشكل خاص لأن الألومنيوم يتمتع بموصلية كهربائية عالية مقارنة بكثافته. كما أن النحاس يُوصل الكهرباء جيدًا، لكن كثافته الأعلى تقلل من التسارع الناتج عن نفس قوة الفصل. ويمكن استرداد النحاس الأصفر والزنك، على الرغم من أن مساراتهما قد تكون أقرب إلى تيار المواد غير المعدنية. أما الفولاذ المقاوم للصدأ والرصاص، فغالبًا ما تكون استجابتهما ضعيفة جدًّا بحيث لا يمكن الاعتماد عليها في الفصل باستخدام نظام ECS قياسي.

يؤثر حجم الجسيمات وشكلها على النتيجة. فالقطع الكبيرة والمسطحة من الألومنيوم يمكنها حمل تيارات مستحثة قوية، لكنها قد تتدحرج أو تعلق في الهواء. أما الجسيمات الصغيرة فتحتوي على حجم موصل أقل، ويكون من الأسهل عزلها داخل طبقة تغذية عميقة. الأبحاث حول تأثيرات حجم الجسيمات في أنظمة ECS ذات الأسطوانة الدوارة وقد تبيّن أن عملية الفصل لها نطاق حجمي مثالي للجسيمات في ظل ظروف تشغيل معينة، وأن أداء الجسيمات الدقيقة يمكن أن يتحسن من خلال تغيير سرعة الدوار وعدد الأقطاب.

يحدد الفاصل ما إذا كان الخط يميل إلى «الاسترداد» أم «النقاء»:

• عادةً ما يؤدي تحريك جهاز الفصل نحو المسار غير المعدني إلى التقاط كمية أكبر من المعادن، ولكنه قد يسمح بدخول المزيد من الشوائب غير المعدنية.
• عادةً ما يؤدي تحريكها باتجاه مسار المعدن إلى الحصول على جزء معدني أنقى، ولكن قد يُفقد المعدن الذي يتم طرده بقوة ضعيفة.
• في حالة تغير معدل التغذية، يجب على المشغلين إعادة فحص موضع المقسم بدلاً من الاعتماد على الإعداد السابق.

تعد هذه المفاضلة بين التعافي والنقاء أمراً أساسياً في إعادة التدوير باستخدام التيارات الدوامة. أفضل الإعدادات هي تلك التي تلبي مواصفات المشتري النهائي وتبقي خسارة المعادن القيمة ضمن الهدف الاقتصادي للمشروع.

التطبيقات الرئيسية في خطوط فرز النفايات

تُستخدم أجهزة الفصل بالتيارات الدوامة في العديد من مسارات إعادة التدوير الجافة، ولكن يجب أولاً فصل المواد المدخلة وتصنيفها حسب الحجم وتطهيرها من المعادن الحديدية. وتشترك التطبيقات الأكثر شيوعًا في نفس منطق العملية، مع استهداف منتجات مختلفة.

طلب	وجبة غذائية نموذجية	المعادن غير الحديدية المسترجعة	الموضع الموصى به للخط
النفايات الصلبة البلدية ومخلفات مرافق فرز المواد القابلة لإعادة التدوير	التعبئة المختلطة بعد الفرز اليدوي والبصري والمغناطيسي	علب الألمنيوم، والصواني، والأغطية، وقطع رقائق الألمنيوم	بعد الغربلة والفرز المغناطيسي للمعادن الحديدية
خردة الصلب المقطعة	المخلفات غير الحديدية وغير المعدنية المتبقية بعد استخلاص الفولاذ	الألومنيوم، والنحاس، والنحاس الأصفر، والزنك	بعد التقطيع، والفرز الهوائي، والغربلة، والفصل المغناطيسي
بقايا التقطيع من صناعة السيارات (ASR)	مزيج من البلاستيك والمطاط والزجاج والأسلاك والمعادن المستخرجة من المركبات المنتهية الصلاحية	مسبوكات الألومنيوم، والأسلاك النحاسية، والتجهيزات النحاسية، وقطع الزنك	في مرحلة الاستخلاص المصنفة حسب الحجم، قبل الفرز النهائي باستخدام أجهزة الاستشعار أو الفرز الكثافي
مواد تفكيك المركبات	المكونات المسحوقة، والأسلاك، والزخارف، والتركيبات المختلطة	الأجزاء الغنية بالألمنيوم والنحاس	بعد عملية التحرير وإزالة الحديد الأولية
رقائق البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) وشظايا الزجاج	رقائق زجاجية منظفة أو زجاج مطحون مع أغطية وحلقات ورقائق معدنية وشظايا معدنية	جزيئات الألومنيوم الدقيقة وغيرها من الملوثات الموصلة للكهرباء	كخطوة تنقية قبل عملية البثق أو الفرز البصري أو البيع
النفايات الإلكترونية ورماد قاع المحارق	الجزيئات الدقيقة والمتوسطة التي تم غربلتها	الألومنيوم والنحاس والنحاس الأصفر وغيرها من القطع الموصلة للكهرباء	بعد التكسير والغربلة والمعالجة المسبقة المغناطيسية

النفايات الصلبة البلدية واستعادة مواد التغليف

في منشأة استعادة المواد، غالبًا ما يأتي نظام الفرز الكهرومغناطيسي (ECS) بعد الغربال، وعملية الفصل الهوائي، والفاصل المغناطيسي. وتتمثل مهمته الرئيسية في فصل علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم، والصواني، والأغطية عن الورق والبلاستيك ومواد التغليف الأخرى. ويُعد التوزيع المتساوٍ للعناصر أمرًا ضروريًّا، لأن العلب المسطحة، والرقائق المرنة، والحاويات ثلاثية الأبعاد لا تتحرك في المسار نفسه.

الخردة المقطعة وبقايا السيارات

تقوم شركات معالجة الخردة أولاً باستخلاص معظم الحديد والصلب بطريقة مغناطيسية. وقد تحتوي الفئة المتبقية على ألومنيوم ونحاس ونحاس أصفر وزنك قابلة للبيع، مختلطةً بالزجاج والمطاط والرغوة والبلاستيك. ويساعد التصنيف الحجمي قبل مرور المواد عبر نظام الفصل الكهرومغناطيسي (ECS) على تقليل الاختلاف بين مسارات الجسيمات. كما أن الفئة الضيقة تجعل ضبط جهاز الفصل أكثر قابلية للتكرار.

قد تتطلب مخلفات صناعة السيارات أكثر من مرحلة واحدة من الفرز. ينتج نظام ECS مركزًا من المعادن غير الحديدية، لكن هذا المركز قد يظل يحتوي على عدة معادن. وقد يتبع ذلك الفرز بالكثافة، أو الفرز بالأشعة السينية، أو الفرز بالحث الكهرومغناطيسي، أو مراقبة الجودة اليدوية، عندما تحتاج المنشأة إلى منتجات من سبائك معينة بدلاً من جزء مختلط من المعادن غير الحديدية.

استخلاص الألومنيوم النقي من زجاجات البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) والزجاج والرماد والنفايات الإلكترونية

يصعب استرداد الشظايا الدقيقة لأنها تحمل تيارًا مستحثًّا أقل ويمكن أن تختفي تحت الجسيمات الأكبر حجمًا. وتزداد أهمية استخدام دوار عالي التردد، وتصنيف الحجم بدقة، والتحكم في عمق التغذية، ووضع الفاصل بعناية كلما انخفض حجم الجسيمات المستهدف.

بالنسبة لرقائق البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) وشظايا الزجاج ورماد قاع المحارق والمواد الإلكترونية المقطعة، قد يكون الهدف إما استخلاص المعادن أو تنقية المنتج. فعلى سبيل المثال، تساهم إزالة الألومنيوم من رقائق البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) في حماية عملية البثق اللاحقة وتحسين جودة الرقائق. أما استخلاص الألومنيوم الناعم من الرماد القاعي، فيحول جزءًا كان سيُهدر إلى منتج قابل للبيع. وفي كلتا الحالتين، يجب اختبار المادة الفعلية لأن الرطوبة وشكل الجسيمات والتركيب الكيميائي يمكن أن تؤثر على النتيجة بشكل أكبر مما تشير إليه المواصفات المذكورة على اللوحة.

قبل اختيار الجهاز، حدد هذه العوامل الستة:

1. نوع المادة ومصدرها.
2. الحد الأدنى والحد الأقصى لحجم الجسيمات.
3. الرطوبة وحالة السطح.
4. الإنتاجية المطلوبة في الساعة.
5. الاسترداد المستهدف للمعدن والنقاء النهائي.
6. تم بالفعل تنفيذ عمليات التقطيع والغربلة والفصل المغناطيسي في المرحلة الأولية.

تتيح هذه التفاصيل للمورد مطابقة نوع الدوار، وعدد الأقطاب، وعرض الحزام، وسرعة الحزام، ونظام التغذية، وهندسة جهاز الفصل مع تدفق النفايات الفعلي. ولإجراء مقارنة أوسع نطاقًا بين المعدات، انظر Energycle’s دليل اختيار فاصل التيارات الدوامة.

خاتمة

يعمل فاصل التيارات الدوامة على تحويل الحث الكهرومغناطيسي إلى عملية فرز ميكانيكية. يقوم الدوار المغناطيسي عالي السرعة بتوليد تيارات في المعادن غير الحديدية الموصلة؛ ويمنح الحزام كل جسيم زخمًا للأمام؛ ويقوم الفاصل بتقسيم مسارات الطيران الناتجة. وعادةً ما يتلقى الألومنيوم أقوى دفع، بينما يحتاج النحاس والنحاس الأصفر والزنك إلى إعدادات تراعي كثافتها الأكبر وشكل جسيماتها.

يبدأ الأداء الموثوق به من مرحلة تحضير المواد الخام. قم أولاً بإزالة المعادن الحديدية، ثم قم بغربلة المواد الخام إلى نطاقات حجمية عملية، وحافظ على جفافها، وافردها بالتساوي، واضبط سرعة الدوار وسرعة الحزام وموضع جهاز الفصل كجزء من نظام واحد. وغالبًا ما تكون هذه الخطوات أكثر أهمية من أي مواصفة فردية في الماكينة.

إذا كانت خط إنتاجك بحاجة إلى استخلاص الألومنيوم أو النحاس أو أي معادن غير حديدية أخرى من النفايات البلدية، أو الخردة المقطعة، أو بقايا السيارات، أو رقائق البولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، أو الزجاج، أو الرماد، أو النفايات الإلكترونية،, اتصل بـ Energycle. يرجى تزويدنا بعينة من المادة أو نتائج تحليلها، ونطاق حجم الجسيمات، والهدف المطلوب من حيث الإنتاجية، ومستوى النقاء المطلوب. يمكن لفريقنا أن يوصي بتجهيزات الفصل للمعادن غير الحديدية، وتقييم ما إذا كان فاصل التيارات الدوامة عالي الكفاءة لاستخلاص الألومنيوم الناعم يناسب تطبيقك.