銅漆包線連續(xù)式熱解回收關(guān)鍵技術(shù)及裝備

都敏生，周 強，蔣振宇，宋巧雨，張華林

(1.安徽楚江科技新材料股份有限公司,安徽 蕪湖 241000；2.湖南頂立科技有限公司，湖南 長沙 410118）

銅漆包線（下文中均稱漆包線）是制造電機、電器、電訊儀表電磁繞組的關(guān)鍵材料[1]，所用銅原料純度高，是雜銅回收的主要來源。2010年我國銅漆包線產(chǎn)量達到124萬噸，漆包線漆用量接近20萬噸，成為世界第一漆包線制造大國[2]；到2017年，我國廢漆包線產(chǎn)生量約為260萬噸。由于我國原生銅資源不足，隨著銅產(chǎn)品需求和銅精礦資源短缺的矛盾日益突出，再生銅越來越受重視，已成為銅原料供應(yīng)的重要補充，因此發(fā)展銅資源循環(huán)經(jīng)濟迫在眉睫[3]。

漆包線脫漆的方法有很多種，最早是人工刮漆、機械刮漆以及使用脫漆劑進行脫漆[4]。人工刮漆存在脫漆速度慢，脫漆效果差等問題；機械刮漆容易將漆包線刮斷，銅損失嚴重，并且刮漆后需要進一步分離處理，回收銅純度不高。使用脫漆劑存在脫漆時間長、效果不理想、產(chǎn)生二次污染、脫漆速度慢、回收銅純度低、脫漆劑種類有限等問題，因此較難實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。不同成分的漆包線漆在100℃開始熱解老化，到600℃～800℃熱解完成，失重率達到90%以上。因此，熱解漆包線漆成為一種極有效的漆包線回收方法[5]。國內(nèi)一開始采用這種方法是將漆包線集中焚燒，實現(xiàn)了大批量生產(chǎn)。但是焚燒過程中缺乏有效的保護措施，熱量損失嚴重，導(dǎo)致效率低、成本高，產(chǎn)生大量的油氣、煙塵、尤其是二噁英等污染物直接排放[6]，污染環(huán)境，且由于空氣的參與，銅氧化燒損嚴重。相比于集中焚燒，間接熱解法處理漆包線效率高，能有效控制二噁英、煙塵等污染物的產(chǎn)生。然而，間接熱解法處理漆包線每生產(chǎn)一批材料都需要經(jīng)歷一次升、降溫過程，存在周期長、能耗高、人工強度大的問題。

針對這一現(xiàn)狀，通過多年科技攻關(guān)，聯(lián)合安徽楚江科技新材料股份有限公司等用戶單位，成功研發(fā)出連續(xù)式熱解回收漆包線的成套技術(shù)與關(guān)鍵裝備，實現(xiàn)對銅資源的再利用及漆包線的高效環(huán)保脫漆。

1 漆包線連續(xù)式熱解裝備的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 連續(xù)式無氧熱解技術(shù)

該漆包線連續(xù)式熱解裝備采用排空—密封方式進行廢漆包線無氧環(huán)境下的連續(xù)熱解回收技術(shù)。物料通過自動進料裝置進入置換室，將外面的空氣進行排空洗凈，物料經(jīng)過置換后進入熱解爐進行連續(xù)式熱解，熱解完成后熱解氣進入凈化系統(tǒng)進行凈化，產(chǎn)物熱解完成后冷卻出料進行后處理。圖一為熱解爐處理工藝流程。

圖1 熱解爐處理工藝流程

1.2 熱解尾氣潔凈處理技術(shù)

該漆包線連續(xù)式熱解裝備依據(jù)圖2所示的尾氣處理工藝。熱解過程中產(chǎn)生的尾氣依次進行連續(xù)收集、二次燃燒等一系列處理后再排放。實現(xiàn)對尾氣中所存在的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、飛灰、粉塵、重金屬、酸性氣體等污染物的合理高效潔凈化處理。尾氣中的二噁英通過快速充分燃燒—急冷的處理過程，得到徹底分解，并抑制其二次生成。

圖2 熱解尾氣處理工藝流程

1.3 余熱回收再利用技術(shù)

該漆包線連續(xù)式熱解裝備采用余熱回收再利用技術(shù)。圖3為余熱回收技術(shù)風(fēng)冷換熱示意圖。如圖所示，尾氣處理系統(tǒng)中二次高溫燃燒后高溫尾氣通過風(fēng)冷換熱器進行換熱，同時通過將熱解尾氣的出口設(shè)置在廢漆包線原料進料段附近，熱解尾氣在進料段內(nèi)對進入爐內(nèi)的廢漆包線原料進行預(yù)熱后再排出。通過以上方法實現(xiàn)尾氣熱能的回收再利用，節(jié)能減排，降低裝備能耗，余熱回收利用率為85%以上。

圖3 余熱回收技術(shù)風(fēng)冷換熱示意圖

1.4 智能化全自動流程控制技術(shù)

該漆包線連續(xù)式熱解裝備在設(shè)備保持穩(wěn)定的熱解溫度和冷卻環(huán)境下進行連續(xù)的進料—熱解—冷卻—出料過程，生產(chǎn)線全部采用可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)（如圖4），實現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)，克服了傳統(tǒng)的間歇式熱解生產(chǎn)存在的生產(chǎn)周期長、能耗高、人工強度大的問題。整個產(chǎn)線裝備的運行全部通過電腦集成自動化控制，通過可視化智能系統(tǒng)進行監(jiān)控，提高生產(chǎn)運行效率。

圖4 可視化智能監(jiān)控系統(tǒng)

2 漆包線連續(xù)式低溫?zé)峤庋b備及系統(tǒng)

2.1 裝備構(gòu)成

漆包線連續(xù)式熱解裝備構(gòu)成：傳送帶、置換結(jié)構(gòu)、熱解爐、二燃室、急冷塔、干式反應(yīng)器、布袋除塵器、靜電除塵器、引風(fēng)機、電控裝置等。

2.2 系統(tǒng)

2.2.1 裝料及進料系統(tǒng)

裝料及進料系統(tǒng)由上料輸送機構(gòu)及置換結(jié)構(gòu)組成。物料由輸送帶通過置換結(jié)構(gòu)進入熱解爐。物料通過置換結(jié)構(gòu)多次排空后，確保物料在進入加熱段之前在置換室內(nèi)排除漆包線原料帶入的空氣。

2.2.2 連續(xù)式無氧熱解系統(tǒng)

采用連續(xù)作業(yè)無氧熱解結(jié)構(gòu)，爐殼由鋼板和型材焊接而成。爐襯采用優(yōu)質(zhì)耐火保溫磚、硅酸鋁纖維板和硅酸鋁折疊塊。

爐體升至額定溫度后，通過提升裝置將漆包線原料送入運輸軌道，進入充入保護氣體N2的置換室，再進入爐內(nèi)將漆包線在保護氣氛下進行連續(xù)熱解，熱解后進入冷卻段，使漆包線銅降至80℃后出料。進出料保護氣體與空氣置換，隔絕空氣，同時熱解、冷卻過程均在保護氣氛下運行，確保無氧環(huán)境。

2.2.3 冷卻處理系統(tǒng)

冷卻段由多段組合而成，并設(shè)有獨立的進水口、排水口、排污口及水溫表。各段的冷卻水流量可通過閥門獨立調(diào)節(jié)。冷卻水的流向同傳送帶運行方向相反，在導(dǎo)流板的作用下呈S形流動。水溫表能檢測排水口水溫。

2.2.4 尾氣凈化系統(tǒng)

尾氣凈化系統(tǒng)包括二燃室、急冷塔、干式反應(yīng)塔、旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器、靜電除塵器、引風(fēng)機。急冷塔與干式反應(yīng)器之間設(shè)有消石灰、活性炭噴射器。熱解過程中產(chǎn)生的尾氣依次進行連續(xù)收集、二次燃燒、急冷、吸收、靜電除塵、洗滌處理后再排放。

2.2.5 可視化智能控制系統(tǒng)

本裝備采用可編程控制器（PLC）進行控制，配備監(jiān)控器，可清晰查看每個部位的具體運行情況。系統(tǒng)采用K分度熱電偶測量爐內(nèi)溫度。

傳送帶采用變頻調(diào)速控制，可以直接讀取傳送帶的運行速度。系統(tǒng)還具備遠程診斷的接口及功能。除此之外，系統(tǒng)設(shè)有冷卻水超溫報警、點火故障報警及電機故障報警等警告措施，并具有緊急制動的功能，可提高設(shè)備的安全使用性能。

3 應(yīng)用

3.1 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景

隨著《銅冶煉行業(yè)規(guī)范條件》、《再生有色金屬工業(yè)污染物排放標準》和《再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》等一系列文件的頒布，體現(xiàn)國家對漆包線的污染防治越來越重視；與此同時，廢舊漆包線處理過程中水污染和大氣污染排放與監(jiān)控更加嚴格，傳統(tǒng)的處理工藝和設(shè)備適用性受限。

因此，針對廢舊漆包線處理的新工藝、新資源化處理技術(shù)、新設(shè)備、新產(chǎn)品的市場空間巨大，尤其是低成本、高效率、節(jié)能環(huán)保的處理技術(shù)將得到優(yōu)先發(fā)展。根據(jù)中國汽車保有量和汽車銷量推算，國內(nèi)廢銅產(chǎn)量有快速上升趨勢，預(yù)計2019-2020年國內(nèi)廢銅供給量增速在10%～20%之間。進口廢銅增長率按5%計算。

面對廢銅線產(chǎn)生量與日俱增，采用此套系統(tǒng)給再生銅的生產(chǎn)提供了一條新思路。

3.2 實際應(yīng)用

本漆包線連續(xù)低溫?zé)峤庋b備目前已在安徽省蕪湖市實現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，在實際生產(chǎn)過程中，安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)實行24小時連續(xù)化監(jiān)測。

經(jīng)監(jiān)測，顆粒物濃度均值為10～15mg/m3，SO2未檢出，NOx均值為100mg/m3，尾氣各項排放指標均符合國家排放標準。圖5為廢漆包線在裝備處理前后的對比圖，處理后漆包線漆明顯炭化，附著的少部分炭，可通過扭動銅線和風(fēng)選的方法去除。

圖5 廢漆包線處理前后對比圖

4 結(jié)語

湖南頂立科技有限公司聯(lián)合安徽楚江科技新材料股份有限公司等用戶單位，通過多年科技攻關(guān)，成功研發(fā)連續(xù)式熱解回收漆包線的成套技術(shù)與關(guān)鍵裝備，最高溫度能達到900℃，設(shè)備連續(xù)運行，余熱回收率達到85%以上，可實現(xiàn)漆包線中99.5%的銅回收，年回收銅產(chǎn)量達到3.3萬噸，攻克目前間歇式廢漆包線回收處理的技術(shù)障礙，實現(xiàn)廢漆包線低能耗、低成本、高產(chǎn)量、高質(zhì)量回收處理的產(chǎn)業(yè)化運行，帶動熱工裝備在固廢資源化和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，為我國固廢資源化及環(huán)保領(lǐng)域做出了突出貢獻。