16. Механическая переработка 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, от­вальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из упот­ребления резиновых технических изделий, отвалов галита и фосфогипса, отходов древесины, некоторых пластмасс, строитель­ных и многих других материалов. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоем­кость дробления.

Для дробления большинства видов твердых отходов используют щековые, 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). Выбор типа дробилки производят с учетом прочно­сти, упругости и крупности подлежащего переработке материала, а также необходимых размеров кусков (зерен) продукта и требуемой производительности.

Технология дробления может быть организована с использова­нием либо открытых циклов работы дробилок, когда перерабатыва­емый материал проходит через дробилку только один раз, либо зам­кнутых циклов с грохотом, надрешетный продукт которого возвра­щают в дробилку.

Измельчение. Метод измельчения используют при необходи­мости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм. Процессы измельчения широко рас­пространены в технологии рекуперации твердых отходов 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 изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлур­гических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производствен­ных шламов и отходных пластмасс, пиритных огарков, фосфогипса.

Наиболее распространенными агрегатами грубого и тонкого из­мельчения, используемыми при переработке твердых отходов, явля­ются стержневые, шаровые и ножевые мельницы, хотя в отдельных случаях применяют и другие механизмы (дезинтеграторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны, пневмопушки и т.п.). 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.

Классификация и сортировка. Эти процессы используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включа­ют методы грохочения (рассева) кусков (зерен) перерабатываемого материала и их разделение действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. Эти методы широко применяют в качестве самостоятельных и вспомогательных при непосредствен­ной утилизации и переработке подавляющего большинства твердых отходов. В тех случаях, когда классификация имеет самостоятель­ное значение, т.е. преследуется 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 решетки, прово­лочные сетки и щелевидные сита, выполненные из различных ме­таллов, резины, полимерных материалов и характеризующиеся ячей­ками (отверстиями) различных форм и размеров.

При грохочении используют неподвижные колосниковые, валко­вые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качаю­щиеся, полувибрационные (гирационные), вибрационные с прямоли­нейными вибрациями (резонансные, самобалансные, с самосинхро-низириующимися вибраторами) и с круговыми или эллиптическими вибрациями (инерционные с дебалансным вибратором, самоцентри­рующиеся, электровибрационные) грохоты. При грохочении комкующихся материалов некоторые типы этих механизмов иногда снабжа­ют дополнительными устройствами, обеспечивающими эффектив­ное проведение соответствующих опереций.

Окускование. Наряду с перечисленными выше методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на клас­сы крупности в практике рекуперационной технологии твердых отхо­дов большое распространение имеют методы, связанные с решени­ем задач укрупнения мелкодисперсных частиц BMP, имеющие как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяющие различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации. Их используют при переработке в строительные материалы ряда компонентов отвальных пород, до­бычи многих полезных ископаемых, хвостов обогащения углей и золы - уноса ТЭС, в процессах утилизации фосфогипса в сельском хозяй­стве и цементной промышленности, при подготовке к переплаву мел­кокусковых и дисперсных отходов черных и цветных металлов, в процессах утилизации пластмасс, саж, пылей и древесной мелочи, при обработке шлаковых расплавов в металлургических производ­ствах и электротермофосфорном производстве и во многих других процессах утилизации и переработки BMP.

Гранулирование. Методы гранулирования охватывают боль­шую группу процессов формирования агрегатов обычно шарообраз­ной или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах обработки материалов.

Гранулирование порошкообразных материалов окатыванием наи­более часто проводят в ротационных (барабанных, тарельчатых, цен­тробежных, лопастных) и вибрационных грануляторах различных кон­струкций. Производительность этих аппаратов и характеристики по­лучаемых гранулятов зависят от свойств исходных материалов, а также от технологических (расхода порошков и связующих, соотно­шения ретура - затравки и порошка, температурного режима) и кон­структивных (геометрических размеров аппаратов, режима их рабо­ты: частоты вращения, коэффициента заполнения, угла наклона) фак­торов.

Получившие большое распространение на практике барабанные грануляторы часто снабжают различными устройствами для интен­сификации процессов, предотвращения адгезии липких порошков на рабочих поверхностях, сортировки гранул по размерам. Они харак­теризуются большой производительностью (до 70 т/ч, иногда выше), относительной простотой конструкции, надежностью в работе, срав­нительно невысокими удельными энергозатратами. Однако барабанные грануляторы не обеспечивают возможности получения гранулята узкого фракционного состава, контроля и управления соответству­ющими процессами.

Для получения гранулята, близкого по составу к монодисперсно­му, используют тарельчатые (дисковые) грануляторы окатывания, обеспечивающие возможность достаточно легкого управления про­цессом.

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, они более компактны и требуют меньших капитальных вложений. Их недостат­ком являются высокая чувствительность к содержанию жидкой фазы в обрабатываемом материале и, как следствие, узкие пределы ра­бочих режимов. На практике используют грануляторы производи­тельностью до 125 т/ч.

Валковые (вальцовые) грануляторы снабжают прессующими эле­ментами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволя­ет получать спрессованный материал в виде отдельных кусков (обыч­но с поперечником до 30 мм), прутков, плиток, полос. Эти механиз­мы часто совмещают с дробилками (обычно также валкового типа), обеспечивающими получение из спрессованных полупродуктов гра­нул заданных размеров.

Гранулирование расплавов индивидуальных солей весьма огра­ничено в практике рекупирации твердых отходов. Гранулирование силикатных расплавов, напротив, широко используется при перера­ботке шлаков текущего выхода в черной и (ограниченно) цветной металлургии, электротермического производства фосфора. Соответ­ствующие приемы гранулирования и механизмы этих процессов оха­рактеризованы ниже.

Технологические схемы грануляционных установок различают­ся в основном отсутствием или использованием ретурных потоков. Кратность последних (отношение массы возврата к массе выводи­мого готового продукта) может меняться в пределах 0.5-15 и опре­деляется в основном влагосодержанием гранулируемых материалов и выходом мелких фракций. Краткость грануляции существенно вли­яет на экономику процесса гранулирования.

Брикетирование. Методы брикетирования находят широкое применение в практике утилизации твердых отходов в качестве под­готовительных (с целью придания отходам компактности, обеспечи­вающей лучшие условия транспортирования, хранения, а часто и саму возможность переработки) и самостоятельных (изготовление товар­ных продуктов) операций.

В практике брикетирования твердых отходов используют различные прессовые механизмы. При брикетировании дисперсных мате­риалов наибольшее распространение получили штемпельные (дав­ление прессования 100-200 МПа), вальцовые и кольцевые (я 200 МПа) прессы различных конструкций.

Высокотемпературная агломерация. Этот метод использу­ют при переработке пылей, окалины, шламов и мелочи рудного сы­рья в металлургических производствах, пиритных огарков и других дисперсных железосодержащих отходов. Для проведения агломера­ции на основе таких BMP приготовляют шихту, включающую твер­дое топливо (коксовая мелочь 6-7% по массе), и другие компоненты (концентрат, руда, флюсы). Усредненную и увлажненную до 5-8% шихту размещают в виде слоя определенной высоты, обеспечиваю­щей оптимальную газопроницаемость шихты, на расположенные на решетках движущихся обжиговых тележек (палет) агломерационной машины слои возвратного агломерата крупностью 12-18 мм, пре­дотвращающие спекание шихты с материалом тележек и прогар ре­шеток. Воспламенение и нагрев шихты обеспечивают просасыванием через ее слой продуктов сжигания газообразного или жидкого топ­лива и воздуха. Процесс спекания минеральных компонентов шихты идет при горении ее твердого топлива (1100-1600° С). Агломераци­онные газы удаляют под разрежением 7-10 кПа.

Спеченный агломерат дробят до крупности 100-150 мм в валко­вых зубчатых дробилках, продукт дробления подвергают грохоче­нию и последующему охлаждению. Просев грохочения - фракцию -8 мм, выход которой составляет 30-35%, возвращают на агломера­цию.

В практике высокотемпературной агломерации распростране­ны конвейерные машины с верхним зажиганием шихты производи­тельностью 400-500 т/ч. Их недостатком является получение больших объемов разбавленных по загрязняющим компонентам (СО, SO₂, NO_x) агломерационных газов. Агломашины с нижним зажиганием позволяют в значительной степени избежать этого недостатка.