Методы утилизации промышленных отходов

Текст лекций, (БЭ ЗС)

1. Источники и методы переработки промышленных отходов

Под термином «отходы производства» понимают разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, характеризующиеся потенциальной потребительской ценностью и являющиеся по своей природе вторичными материальными ресурсами (BMP). Накопление значительных масс твердых отходов во многих отраслях промышленности обусловлено существующим уровнем технологии переработки соответствующего сырья и недостаточностью его комплексного использования. Удаление (транспортирование) отходов и их хранение (устройство и содержание отвалов и шламонакопителей) являются дорогими мероприятиями. На металлургических производствах, ТЭС и углеобогатительных фабриках затраты на них составляют примерно 8-30 % стоимости производства основной продукции. Между тем в отвалы и шламохранилища ежегодно поступают огромные массы вскрышных пород и отходов обогащения и переработки минерального сырья. В них накоплены десятки миллиардов тонн различных горных пород (известняков, кварцитов, доломитов, огнеупорных глин, каолинов, песчаников, золошлаковых отходов ТЭС, металлургических шлаков, галита, фосфогипса и значительные количества других материалов). В хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шлаков цветной металлургии, 10-12 % золошлаковых отходов и фосфогипса, менее 4 % отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов.

В то же время, строительная индустрия и промышленность строительных материалов ежегодно добывают и потребляют около 3,5 млрд т нерудного сырья, большая часть которого может быть заменена промышленными отходами. Задача утилизации последних тем более актуальна, что организация производства продукции на их основе требует затрат в 2-3 раза меньших, чем для соответствующих производств на основе специально добываемого природного сырья.

Источниками возникновения твердых отходов в материальном производстве являются: предприятия по добыче ископаемых, обогащению и переработке сырья, использованный продукт.

Твердые отходы классифицируют по отраслям промышленности (отходы химической, металлургической, топливной и других отраслей), по конкретным производствам (например, отходы сернокислотного, содового, фосфорнокислотного и других производств), по тоннажности, степени использования, ценностным показателям, воздействию на окружающую среду, способности к возгоранию, коррозионному воздействию на оборудование и т. п.

Методы подготовки и переработки твердых отходов. Для большинства основных видов крупнотоннажных твердых отходов в настоящее время разработаны и частично реализуются описанные ниже экономически целесообразные технологии их утилизации.

Утилизация твердых отходов в большинстве случаев приводит к необходимости либо их разделения на компоненты (в процессах очистки, обогащения, извлечения ценных составляющих) с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида, обеспечивающего саму возможность утилизации отходов.

К основным методам подготовки и переработки твердых отходов относятся:

1. Уменьшение размеров кусков и частиц. Для уменьшения размеров кусков и частиц применяют процессы дробления и измельчения (помола). Метод дробления используют для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью преимущественно 5 мм. Метод измельчения используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм.

2. Классификация и сортировка используются для разделения твердых отходов на фракции по крупности.

3. Укрупнение размеров кусков и частиц. Для укрупнения размеров кусков и частиц используют методы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.

4. Обогащение твердых отходов. В практике рекуперации твердых отходов промышленности применяют различные методы обогащения перерабатываемых материалов, подразделяемые на гравитационные, магнитные, электрические, флотационные и специальные. Гравитационные методы объединяют обогащение отсадкой, в тяжелых суспензиях, в перемещающихся по наклонным поверхностям потоках, а также промывку.

5. Физико-химическое выделение компонентов при участии жидкой фазы. К ним относятся: выщелачивание, смещение, растворение и кристаллизация.

2. Процессы уменьшения размеров частиц твердых отходов (дробление, измельчение, классификация и сортировка)

Интенсивность и эффективность большинства химических, диффузионных и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. В этой связи операции уменьшения размеров кусков отходов имеет самостоятельное значение в технологии рекуперации твердых отходов.

Дробление. Метод дробления используют для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью преимущественно 5 мм. Дробление широко используют при переработке отходов вскрыши при открытых разработках полезных ископаемых, шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резиновых технических изделий, отвалов фосфогипса, отходов древесины, пластмасс, строительных и многих других материалов. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень дробления и энергоемкость.

Для дробления большинства видов твердых отходов используют шнековые, конусные, валковые и роторные дробилки различных типов. Для разделки очень крупных агломератов отходов применяют копровые механизмы, механические ножницы, дисковые пилы, ленточнопильные станки и некоторые другие механизмы и приемы (например, взрыв).

Измельчение. Метод измельчения используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм. Процессы измельчения используются при переработке отвалов вскрышных и попутно извлекаемых пород открытых и шахтных разработок полезных ископаемых, вышедших из строя строительных конструкций и изделий, некоторых видов смешанного лома из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов, отходов пластмасс, пиритных огарков, фосфогипса и ряда других BMP.

Наиболее распространенными агрегатами грубого и тонкого измельчения, используемыми при переработке твердых отходов являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы. Измельчение некоторых типов отходных пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение).

Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах являются размещаемые в их корпусах стальные стержни и стальные или чугунные шары. В мельницах ножевого типа измельчение идет в узком (0,1-0,5 мм) зазоре между закрепленными внутри статора неподвижными ножами и ножами, фиксированными на вращающемся роторе.

Барабанные стержневые и шаровые мельницы используют как для сухого, так и для мокрого помола. Стержневые мельницы обычно применяют для грубого измельчения отходов в открытом или замкнутом цикле с классификатором. По сравнению с шаровыми мельницами они обеспечивают более равномерный по крупности продукт при равной крупности измельченного материала и меньшее количество шламов. Шаровые мельницы также используют в открытом и замкнутом цикле с классификаторами, причем мельницы с решеткой применяют, в основном, для сравнительно крупного измельчения, а мельницы с центральной разгрузкой чаще применяют для тонкого и особо тонкого измельчения.

Мелющие тела – стержни диаметром 25-100 мм и шары диаметром 30-125 мм, их изготавливают из высокоуглеродистой стали, длина стержней обычно составляет 1,2-1,6 диаметра мельницы.

Классификация и сортировка. Эти процессы используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включают методы грохочения (рассева) кусков (зерен) перерабаты-ваемого материала и их разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. В тех случаях, когда классификация имеет самостоятельное значение, т. е. преследует цель получения той или иной фракции материала в качестве готового продукта, ее часто называют сортировкой.

Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях. В качестве последних используют колосниковые решетки, штампованные решета, проволочные сетки и щелевидные сита, выполненные из различных металлов, резины, полимерных материалов и характеризующиеся ячейками (отверстиями) различных форм и размеров.

При грохочении используют грохоты: неподвижные колосниковые, валковые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качающиеся, полувибрационные, вибрационные.

Среди используемых для разделения твердых материалов в виде пульп классификаторов грубой классификации наиболее распространены гидроциклоны и спиральные классификаторы.