Phế liệu kim loại được phân loại theo bốn cách chính, từ đơn giản tới hiện đại: nam châm tách kim loại đen (sắt, thép, gang) khỏi kim loại màu; màu sắc và khối lượng nhận nhanh đồng, đồng thau, nhôm, chì; tia lửa khi mài phân biệt các loại thép; và máy phân tích, đặc biệt là súng huỳnh quang tia X cầm tay, đọc thành phần hợp kim trong vài giây. Ở quy mô nhà máy, dòng điện xoáy tách nhôm, đồng khỏi dòng vụn nghiền, còn máy phân loại bằng cảm biến nhận từng mảnh trên băng chuyền.
Kim loại đen và kim loại màu khác nhau thế nào?
Ngành phế liệu chia kim loại thành hai nhóm lớn:
- Kim loại đen: sắt và hợp kim của sắt như thép, gang. Chiếm phần lớn khối lượng phế liệu, giá trị trên mỗi kilôgam thấp hơn.
- Kim loại màu: mọi kim loại không lấy sắt làm nền, như nhôm, đồng, đồng thau, kẽm, chì, thiếc, niken, titan, và nhóm kim loại quý. Khối lượng ít hơn nhưng giá trị cao hơn nhiều.
Thép không gỉ là trường hợp lưng chừng: nó là thép (nền sắt) nhưng chứa crôm, niken đáng giá, nên thường được tách riêng thành một nhóm. Nhiều loại thép không gỉ phổ biến lại không bị nam châm hút mạnh, gây nhầm lẫn khi phân loại.
Thử bằng nam châm cho biết những gì?
Nam châm là công cụ đầu tiên và rẻ nhất. Sắt, thép cacbon, gang, niken, coban bị nam châm hút; nhôm, đồng, đồng thau, kẽm, chì, thiếc, titan thì không. Ở bãi phế liệu lớn, cần cẩu nam châm điện và trống từ trên băng chuyền tách kim loại đen khỏi dòng vụn với khối lượng hàng trăm tấn mỗi ngày.
Nhưng nam châm có những bẫy cần biết:
| Vật | Phản ứng với nam châm | Lý do |
|---|---|---|
| Thép không gỉ austenit (loại thường gặp ở bồn rửa, dụng cụ bếp) | Không hút hoặc hút rất yếu | Cấu trúc tinh thể austenit không có từ tính mạnh; có thể hút nhẹ ở chỗ bị uốn, dập |
| Thép không gỉ ferit, mactenxit | Hút | Cấu trúc tinh thể có từ tính |
| Nhôm có ốc vít thép bên trong | Hút ở một điểm | Lẫn vật liệu, phải tháo rời |
| Dây đồng mạ, đồng bọc thép | Có thể hút | Lõi thép bọc đồng dùng ở một số dây cáp |
| Kim loại nung trên khoảng 770 °C (sắt) | Không hút | Vượt điểm Curie, sắt mất từ tính tạm thời |
Vì vậy, nam châm chỉ trả lời câu hỏi "có phải nền sắt có từ tính không", chứ không cho biết đó là loại thép nào hay nhôm hợp kim gì.
Nhìn màu và cân tay nhận được kim loại màu nào?
Người làm phế liệu lâu năm phân biệt kim loại màu khá nhanh bằng mắt và tay:
- Đồng đỏ: màu đỏ cam khi mới cắt, để lâu sẫm nâu hoặc có lớp xanh. Nặng tay.
- Đồng thau (đồng – kẽm): vàng sáng như vàng non. Vòi nước, van, ổ khoá, đồ trang trí. Nặng.
- Nhôm: trắng bạc, nhẹ hẳn so với cùng kích thước, mềm, dễ trầy.
- Chì: xám xanh, rất nặng, mềm đến mức móng tay vạch được, để lâu xám xỉn. Cầm chì phải đeo găng và rửa tay.
- Kẽm: xám xanh nhạt, giòn hơn chì, nhẹ hơn chì nhiều.
Khối lượng riêng là manh mối tốt: nhôm khoảng 2,7 g/cm³, sắt khoảng 7,9, đồng khoảng 8,9, chì khoảng 11,3. Một khối chì cầm nặng gấp hơn bốn lần khối nhôm cùng kích thước. Tuy vậy, mắt và tay không phân biệt được các hợp kim nhôm với nhau, hay đồng thau với đồng thau có chì.
Thử tia lửa khi mài phân biệt thép thế nào?
Đây là phép thử truyền thống của ngành cơ khí: áp mẩu thép vào đá mài đang quay và quan sát chùm tia lửa. Hạt thép bắn ra nóng đỏ, cacbon trong hạt cháy làm hạt "nổ" thành chùm tia nhánh. Quy luật chung:
- Sắt gần như nguyên chất, thép cacbon thấp: tia dài, ít nổ nhánh.
- Thép cacbon cao: tia ngắn hơn, nổ nhánh nhiều, dày như pháo hoa.
- Gang: tia ngắn, đỏ sẫm, ít sáng.
- Thép gió, thép hợp kim vonfram: tia đỏ sẫm, đứt quãng.
- Thép không gỉ: tia ít, màu vàng cam, ít nổ.
- Kim loại màu như nhôm, đồng: gần như không có tia lửa.
Thử tia lửa đòi kinh nghiệm, cần mẫu so sánh đã biết thành phần, và chỉ làm tại xưởng có máy mài cố định, kính bảo hộ, găng, tránh vật dễ cháy. Ngày nay nó chủ yếu được dạy như một kỹ năng nhận biết nhanh, còn phân tích chính xác dựa vào máy.
Súng phân tích huỳnh quang tia X hoạt động ra sao?
Súng phân tích huỳnh quang tia X (XRF) cầm tay trông như một khẩu máy khoan nhỏ có màn hình. Khi bấm cò, máy chiếu tia X vào bề mặt kim loại. Mỗi nguyên tố bị kích thích sẽ phát lại tia X thứ cấp với năng lượng đặc trưng riêng, như một "dấu vân tay". Máy đo phổ năng lượng đó và tính ra thành phần phần trăm của từng nguyên tố, rồi đối chiếu với thư viện mác hợp kim, cho kết quả kiểu "thép không gỉ 316" hay "đồng thau có chì" trong vài giây.
Ưu điểm: không phá mẫu, nhanh, nhận được hầu hết nguyên tố từ magie, nhôm trở lên. Hạn chế: XRF khó đo nguyên tố nhẹ như cacbon, liti, bo; vì vậy để phân biệt các loại thép cacbon hay nhôm chứa liti, người ta dùng thêm máy quang phổ cảm ứng laser (LIBS), bắn xung laser làm bay hơi một chấm kim loại rất nhỏ rồi phân tích ánh sáng phát ra.
Máy XRF dùng tia X nên phải được cấp phép theo quy định an toàn bức xạ, người dùng phải được đào tạo, không chĩa vào người.
Nhà máy tách kim loại trong dòng vụn nghiền bằng cách nào?
Ô tô cũ, đồ gia dụng sau khi tháo dỡ được đưa qua máy nghiền búa thành mảnh cỡ nắm tay. Dòng mảnh này đi qua một chuỗi máy tách:
- Tách gió: thổi bay bụi, xốp, vải, nhựa nhẹ.
- Trống từ: hút thép ra khỏi dòng.
- Máy tách dòng điện xoáy: một rôto chứa nam châm vĩnh cửu quay rất nhanh dưới đầu băng chuyền. Từ trường biến thiên sinh dòng điện xoáy trong các mảnh dẫn điện như nhôm, đồng; dòng điện xoáy tạo từ trường đẩy ngược, hất các mảnh kim loại màu văng xa khỏi dòng, còn nhựa, cao su, đá rơi thẳng xuống. Nhôm nhẹ và dẫn điện tốt bị hất xa nhất.
- Tách theo khối lượng riêng: bể chất lỏng nặng hoặc bàn tuyển gió để tách nhôm (nhẹ) khỏi đồng, kẽm, chì (nặng).
- Máy phân loại bằng cảm biến: camera màu, tia X truyền qua, XRF hoặc LIBS nhận từng mảnh trên băng chuyền, rồi vòi khí nén bắn mảnh đó sang đúng máng.
Nhờ chuỗi này, một chiếc ô tô cũ có thể được tách thành dòng thép, dòng nhôm, dòng kim loại màu nặng (đồng, kẽm, đồng thau) và phần nhựa – cao su còn lại.
Góc nhìn hôm nay: phân loại tốt là tái chế tốt
Như bài về số lần tái chế trong danh mục này đã nói, tạp chất là kẻ thù của kim loại tái chế. Mỗi mảnh đồng tách khỏi dòng thép, mỗi mảnh nhôm hợp kim đúc tách khỏi nhôm tấm là một lần giúp kim loại quay về đúng chỗ. Với người dùng, cách góp phần là tách riêng đồ kim loại, tháo bỏ nhựa, pin, bình kín trước khi bán. Người học cơ khí, vật liệu muốn tìm hiểu thêm có thể đọc phần thử tia lửa trong các giáo trình vật liệu cơ khí, tài liệu kỹ thuật về phân tích XRF, và các tiêu chuẩn phân loại phế liệu của các hiệp hội tái chế quốc tế.
Câu hỏi thường gặp
Làm sao phân biệt kim loại đen và kim loại màu?
Cách nhanh nhất là dùng nam châm: sắt, thép, gang bị hút; nhôm, đồng, kẽm, chì không bị hút. Lưu ý thép không gỉ austenit tuy là nền sắt nhưng gần như không bị hút.
Vì sao inox không hút nam châm?
Nhiều loại thép không gỉ phổ biến có cấu trúc tinh thể austenit nhờ niken, cấu trúc này không có từ tính mạnh. Một số loại thép không gỉ khác có cấu trúc ferit thì vẫn bị hút.
Súng bắn XRF là gì?
Đó là máy phân tích huỳnh quang tia X cầm tay, chiếu tia X vào kim loại và đo tia X thứ cấp phát ra để biết thành phần nguyên tố trong vài giây, không phá mẫu. Máy phải được cấp phép và dùng bởi người đã đào tạo an toàn bức xạ.
Thử tia lửa khi mài để làm gì?
Thử tia lửa giúp phân biệt nhanh các loại thép theo hình dạng, màu và độ nổ nhánh của tia lửa: thép cacbon cao nổ nhánh nhiều, thép cacbon thấp tia dài ít nổ, kim loại màu gần như không có tia.
Máy tách dòng điện xoáy hoạt động thế nào?
Rôto nam châm quay nhanh tạo từ trường biến thiên, sinh dòng điện xoáy trong mảnh nhôm, đồng. Dòng điện này tạo lực đẩy hất các mảnh kim loại màu văng ra khỏi dòng vụn, còn nhựa và đá rơi thẳng xuống.
