建筑垃圾分拣技术发展现状及趋势

陈昱成，耿贵军，申明远，曹正峰

(中建机械有限公司，河北 廊坊 065000)

随着我国基础建设和城镇化进程加速，建设产生的建筑垃圾也日益增多。据统计，每年建筑垃圾产量已达到2.6 亿吨，目前占地面积达126万亩[1]，固体废物产生强度高、利用不充分，部分城市‘垃圾围城’问题十分突出[2]。针对这一问题，通过简单外运、填埋等处理方式，不仅会在输送过程中给环境带来一定的污染，而且也会增加垃圾处理的成本。鉴于建筑垃圾处理产业在资源与环境保护上的先进性，必先明确建筑垃圾的构成，将建筑垃圾各组分精细分离，提高产量的同时要注重能耗控制而不能过度关注设备成本投入，进而深入贯彻落实资源的高值化利用。

1 建筑垃圾的分类与组成

建筑垃圾在资源化处理的过程中，分选是最为重要而又最为复杂的一环，其分拣难度大，种类冗杂，且互相堆叠干涉。按产生源包括了工程泥浆及沙土、工程垃圾、拆除垃圾、装修垃圾，沙土与泥浆需要进行固化处理，其他需要分拣后才能有效利用。其具体内容复杂多样，如表1 所示。

表1 建筑垃圾成分一览

现在常用的分拣方法大多为三分法，即上表所示的一级分类，大部分物料都没能很好地分离，加大实际生产中的利用难度。部分较为先进的处理线采用了五分法，把木材类、塑料类从其他类中分离出来，但总体来看仍然管理粗放，难以满足资源高值化利用的需求。若要实现资源的回收利用和再生利用，将建筑垃圾各组分进行精细分拣势在必行。

2 传统建筑垃圾分选技术和主要设备选型

2.1 磁性分选

磁选法是传统分选方法中耗能最低，效率较高的分选方法，但其局限性也是最大的，仅能分选出物料中的磁性物质。在这一领域常用的磁选设备多是悬挂式设备，对生产效率没有任何影响。在建筑垃圾中，金属类物料约占比7%，其中以废钢筋为主，并含有少量铝合金，磁选法能快速而高效地分离出内部所含的铁基金属，作为一种高效而低耗的分选方式，磁选法将长期在建筑垃圾分选作业中占据重要地位。

2.2 人工分拣

目前的建筑垃圾在前期收集阶段尚无高效的分类方法，故部分组分与目标产品分离困难，想要对建筑垃圾的各组分完全分拣在现阶段必须有人工介入，通过在传送皮带机上增加人工操作台，主要用于分拣铝制品、电线等回收价值较高而不易通过自动化分拣设备分离的组分。但人工成本正逐渐提高，且人工分拣的效率仅为30 次/min 左右，且工作环境较为恶劣，对工作人员会产生明显的职业危害。

2.3 重力分选

2.3.1 湿法分选设备

在进行建筑垃圾分选的过程中，大多数物料都需要通过其密度特性进行分离，而大多数可燃物的密度均小于水，故水本身就是该领域的理想介质，可以一次性高效而节能的分离出木材、塑料、纸张等低密度物品，同时还可以对物料起到一定的清洗效果，提高成品物料的质量。现存的水浮选设备可以做到水资源的循环使用，另有螺旋式水选机，在进行轻物质分离的同时还可以进行洗沙作业。

对于密度大于水的重物质同样可以使用水为介质进行精细分选，如在选矿作业中常用的跳汰机，可以利用砖砼之间不同的表观密度达到分选效果，但由于其处理效率不高，目前的应用较少。此外通过重液作为介质也可以进行分选作业，但考虑到建筑垃圾处理量巨大，附加值不高，且重液多有毒有害，暂时没有相关研究。

2.3.2 干法分选设备

考虑到湿法分选对于水资源的依赖，以及泥饼等副产物的处理问题，部分工厂对于干法生产线有着迫切的需求。干法分选使用空气作为介质，在密度分选上存在先天劣势，需要大功率的鼓风机作为支撑，且由于建筑垃圾里灰尘渣土含量大，势必造成严重扬尘，有必要搭配吸尘抑尘系统。目前的风选设备按原理分为正压风选与负压风选两大类，物料进入风选室前，需要采用振动筛抖动来保证物料的松散性，使建筑垃圾混合物松散分层，否则不同类型物料间的粘连、干涉会对分选效果产生影响。除此之外，风速、风机角度、进料方式等因素匹配不当，会在风选室容易产生涡流，增大能耗，损耗设备。

2.4 粒径筛选

为了实际使用建筑垃圾组分，将同材质而不同粒径的成分进行筛分也是有必要的。在生产线前端需加装带有棒条的振动给料装置，可以有效筛分小粒径物质，减轻破碎机械工作负担。在完成物质分选后还需要增加精细化振动筛，以满足实际生产中对材料粒级的配比要求。对于干燥物料多采用圆振筛，也可以采用滚筒筛，对于潮湿含泥物料则需要使用弛张筛。

2.5 光电识别分拣

如图1 所示，光电法是物料经溜槽进入分选区间，经CCD 和光电传感器检测反射光颜色与预设颜色不同时，将光信号转换为电信号，以驱动高频气阀喷射压缩空气的分选手段，实现对非目标异色物料的分离。现存光电分拣机多采用单面检出，一次分选技术。该技术在检测过程中会受到物料大小、形状及厚度等多因素限制，电信号指标波动较大，容易对分拣目标出现错分、漏分。目前，其改进思路大多采用增加光选设备或对物料进行二次复选的方式，在一定程度上有利于提高分选精度。但分选过程中光感器、高频气阀、CCD 输出信号及溜槽角度等关键参数需要反复试验调参，以达到最佳分选效果。光电分选目前最大的瓶颈仍然是成本问题，不仅设备购置价格高昂，运行成本与维护成本同样显著高于其他设备，使各企业望而却步。

图1 光电分选过程示意图

3 建筑垃圾精细化分拣发展趋势

3.1 传统分拣方法的技术特点

目前的传统分拣方法技术较为多样化，主要依靠分拣物料中磁性、密度、形状的差异进行分离。其优势在于技术成熟，运行稳定，经济性好，效率很高，已在各类垃圾分拣行业广泛使用。

当前的分选技术可以较为高效的分离物料中密度较低的轻飘物，在建筑垃圾中轻飘物占比约为6%～8%，其含量较少，且可燃物较多，对其进行再进一步细分的价值不高。

目前分拣工艺对于建筑垃圾的分拣以稳定性和高产量为优先考量，冀以迅速消纳现在积存的建筑垃圾存量，有一定的积极意义，但对建筑垃圾的组分分离不彻底，既造成了处理设备的额外损耗，又无法使资源真正做到高值化利用，从长远考虑必须进行技术迭代。

3.2 精细化分拣的策略和技术路径

目前对于精细分离的主要要求是对于重物质精细分离，以提高目标产物，主要是混凝土等物质的的纯净度，考虑到生产成本和机械损耗，使用淘汰设备的性价比较高。各组分中中标准红砖的表观密度约为1.8t/m3，水泥瓦约为1.5t/m3，其材质较为疏松，作再生骨料的性能较差，而普通混凝土表观密度约为1.95～2.5t/m3，是性能较好的组分，普通玻璃的密度为2.5t/m3，大部分陶瓷密度为2.4～2.9t/m3，其主要成分为硅酸盐，呈细粒状时可以与再生骨料混用。利用跳汰机械对各组分进行分离将显著提高成品骨料的性能，但目前的淘汰机械对密度差较小的组分分选精度不高，若要在建筑固废分选领域大规模实施这项技术，需要进一步提高淘汰设备的分选精度和分选效率。

对于工业机器人在建筑垃圾分选领域的运用，目前在技术上已初见成果，但由于建筑垃圾的形状不规则，常用的工业机器人配套夹具无法在生产线上使用，必须辅以机器视觉，目前的机器视觉系统造价高昂，维护复杂，与当前建筑垃圾处理的稳定、高效、经济等需求不符。

光电分选作为一种大方量高速分选技术在技术上仍然有一些难以解决的问题，对于纹理复杂，外观差别小的物料分选效果不佳，但在建筑垃圾分选领域，目前最迫切的精细分选需求即砖砼分离，其颜色差异明显，在除去大部分轻飘物杂质后物料成分较为简单，仅对光电分选的色感识别有要求，对光源的要求大大降低，气动喷嘴运行高效稳定，有望在建筑垃圾分拣领域大规模应用。

4 结语

在目前的“双碳”目标和社会对于资源循环利用的迫切需求下，建筑固废的分拣处理技术越发重要，提升分拣技术对处理产量、效率的提升有着举足轻重的作用。所谓“建筑垃圾是放错地方的资源”绝不应成为一句空话和口号，将传统分拣方式与新兴智能分拣方式相结合是发展的必然趋势，完善相关技术对各大企业满足降本增效、节能减排至关重要，推进相关研究将产生显著的社会效益与经济效益。通过以上传统分拣方式和智能分拣方式的比较来看，建筑垃圾通过精细化处置工艺，可将各种杂质按照物料性质进行筛分、分类，最大限度实现垃圾的减量化和资源化，而在分拣过程中，智能分拣方式在分拣效率和分拣精度上都要优于传统分拣方式，所以建筑垃圾分拣一定要朝着智能化、无人化发展。