Luftklassificering av koppargranulat från återvunna elkablar med en zigzag-separator

Varför gamla kablar spelar roll för en renare framtid

Bakom varje strömbrytare, elbil och solpanel ligger en osjungna hjälte: koppartråd. När världen bygger fler system för ren energi och fler elfordon ökar vår efterfrågan på koppar kraftigt. Att bryta ny koppar är kostsamt och energikrävande, men koppar kan återvinnas om och om igen utan kvalitetsförlust. Den här artikeln undersöker ett smart sätt att pressa mer värde ur kasserade elkablar genom att rensa återvunnet koppargranulat så noggrant att det kan konkurrera med metall gjord av nybrytt malm.

Vad finns egentligen inne i en kraftkabel?

Vid första anblick kan en kraftkabel verka enkel, men den är en lager­komposit. Ytterst sitter robusta plastskikt som skyddar mot fukt, nötning och elektriska stötar. Inuti finns metalliska sköldar, ofta av aluminium eller bly, och i kärnan ligger den ledande delen, vanligtvis av koppar eller ibland aluminium. Många kärnor byggs av buntar med mycket tunna koppartrådar, som ofta tennats för att skydda mot korrosion och underlätta anslutning till kontakter och terminaler. När sådana kablar når slutet av sin livstid mals de ner till en blandning av plastbitar, rena koppargranulat och tennbelagda kopparstycken som alla ser frustrerande lika ut.

Från blandat skrot till högkvalitativ koppar

Moderna återvinningsanläggningar angriper denna röra i flera steg. Först klipps och sönderdelas kablarna, och magneter tar bort allt stål. Därefter mals materialet till mindre granulat, och olika separatorer skiljer bort plast och andra metaller. Även efter detta innehåller den så kallade ”kopparprodukten” en envis förorening: små, avlånga kopparbitar vars ytor är täckta med tenn. Dessa tennbelagda granulater sänker renheten i den slutliga metallen, vilket är viktigt för smältverk och högteknologiska tillämpningar. Traditionella tyngdtabeller, som skakar och blåser luft genom materialet, kan inte helt separera dessa besvärliga formade partiklar från ren koppar.

Hur en zigzag-kolonn sorterar partiklar med luft

Forskarna undersökte ett annat verktyg: en hög, smal kanal gjord av upprepade vinkelställda sektioner som bildar en zigzag-kolonn. Luft blåses uppåt från botten samtidigt som blandat koppargranulat faller nedifrån ovan. Inne i varje böj bildas två motriktade strömmar—en som rör sig uppåt längs ytterväggen och en som glider nedåt längs innerväggen. Om en partikel förs upp eller faller beror på ett dragkamp mellan dess tyngd och luftens uppåtriktade lyftkraft. Lätta eller platta partiklar sveps lättare upp och lämnar vid toppen som den ”lätta” fraktionen; tyngre, mer kompakta partiklar faller ut i botten som den ”tunga” fraktionen. Genom att justera luftflödet kan teamet finstämma var balanspunkten ligger och därmed vilka partiklar som hamnar i vilken utgång.

Testning av verkligt skrot och virtuella flöden

För att ta reda på hur väl detta fungerar i praktiken testade författarna fyra typer av koppargranulat från en industriell återvinningslinje. Varje sats hade en annan blandning av partikelstorlekar, former och föroreningar. De körde 500-gramsprover genom en laboratorie-zigzag-separator vid två luftinställningar och mätte hur mycket koppar samt hur mycket tenn, bly, järn och andra element som hamnade i de tunga respektive lätta fraktionerna. Samtidigt byggde de en detaljerad datormodell av luft- och partikelrörelser med hjälp av beräkningsfluiddynamik. I denna virtuella separator följdes tusentals partiklar med uppmätta storleksfördelningar genom zigzag-stigarna för att förutsäga vilken utgång de skulle nå och hur lång tid de skulle förbli upphängda i kolonnen.

Vad experimenten och simuleringarna avslöjade

För flera av de testade materialen, särskilt en märkt Granulat 2, ökade zigzag-separatorn kopparrenheten avsevärt. Vid det högre luftflödet nådde den tunga fraktionen nästan 99,9 % koppar, medan den lättare strömmen förde bort fler av de tennbelagda och andra förorenade partiklarna. Datorsimuleringarna fångade de övergripande trenderna, såsom hur ökad lufthastighet först förflyttar mindre och sedan större granuler till den lätta fraktionen och ökar deras uppehållstid i kolonnen. Dock berodde överensstämmelsen mellan modell och verklighet starkt på partiklarnas form. För granulat bestående av raka, trådig liknande bitar eller många icke-sfäriska korn växte modellens fel eftersom den antog ett enda, genomsnittligt ”rundhets”värde för alla partiklar.

Vad detta innebär för återvinning och design

För icke-specialister är huvudbudskapet enkelt: med en noggrant avstämd luftström i ett zigzag-rör kan återvinnare rena koppar från gamla kablar till mycket hög renhet med enbart mekaniska metoder och avsevärt mindre energi än att smälta allt från grunden. Studien visar också att datormodeller kan hjälpa till att utforma och optimera sådan utrustning, men endast om de tar hänsyn till de egenartade formerna hos verkligt skrot. Genom att förfina dessa modeller och anpassa dem till specifika avfallsströmmar kan återvinningsanläggningar bättre förutsäga hur de ska köra sina separatorer, maximera kopparåtervinningen och stödja den växande efterfrågan på denna kritiska metall samtidigt som trycket på gruvdrift och miljön minskar.

Citering: Madej, P., Zybała, R., Rządzka-Madej, A. et al. Air classification of copper granules from recycled electrical cables using a zig-zag separator. Sci Rep 16, 12000 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42336-y

Nyckelord: kopparåtervinning, avfall från elkablar, luftklassificering, zigzag-separator, beräkningsfluiddynamik