Устройства для комбинированного обогащения материалов

 

Цель: рассмотреть способы комбинированного обогащения материалов.

Оборудование: раздаточный учебный материал.

Ход работы:

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. Выполнить практические задания.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретическая часть.

Сортировка смешанных и сложных материалов является одним из первых освоенных человеком методов их обогащения. Имеется множество разделительных признаков, на которых основаны спо­собы сортировки. Различия в цвете, блеске, форме, размере кус­ков и проч. могут составить основу, например, ручной сортировки. Для механизированного процесса используют, кроме того, автора­диометрический, гамма-абсорбционный, рентгенорадиометрический, фотоядерный, нейтронно-абсорбционный, нейтронно-активационный, рентгенолюминесцентный и фотометрический способы, обычно называемые радиометрической сортировкой. В этих способах фиксируются и используются различия отраженного,  рассеянного, прошедшего или генерируемого  разными частицами (кусками) излучения того или иного вида. Основные узлы установок для сортировки включают в себя устройства формиро­вания и подготовки транспортного потока материала, собственно сортирующую аппаратуру для определения сорта кусков через воздействие (например, облучением того или иного вида) и ре­гистрацию эффекта воздействия [часто с использованием вычис­лительного устройства для расчета разделительного признака, от­несения частицы (куска) к определенному сорту и формирования команды на извлечение], исполнительные механизмы (механи­ческие, пневматические, электростатические, магнитоэлектри­ческие и др.).

Обогащение сортировкой далеко не исчерпывает возможности и принципы разделения многокомпонентных материалов, в том числе твердых отходов.

Устройства для обогащения с использованием эффектов взаи­модействия кусков (частиц) различных материалов с рабочей повер­хностью сепаратора основаны на принципах разделения частиц по дальности отскока после упругого удара совокупности частиц об отбойную плиту, по различию траекторий частиц при движе­нии по некоторой поверхности (вследствие разницы коэффици­ентов трения частиц разного вещественного состава или формы), по различию адгезии предварительно нагретых частиц к поверх­ности, покрытой термочувствительным веществом. В последнем случае(термоадгезионное обогащение) используют предваритель­ный нагрев материала (например, с помощью ламп инфракрасно­го излучения) и транспортную ленту, покрытую термопластичным полимерным материалом или парафином. При этом разные по ве­щественному составу частицы нагреваются по-разному, вследс­твие чего по-разному пластифицируют находящийся под ними термочувствительный слой на ленте. Именно таким образом сульфидсодержащие, графитовые, хромитовые, турмалиновые и другие материалы, являющиеся «непрозрачными» и относительно сильно нагревающиеся, временно адгезионно фиксируются на ленте. «Ненагревающиеся» же крупнокристаллические материалы (типа галита, сильвина, криолита, флюорита, кварцита, кальцита) удаля­ются с движущейся ленты свободно.

Широким набором типоразмеров используемого оборудования отличаются комбинированные методы обогащения и переработки отходов, основанные на избирательности фазовых переходов компо­нентов сложных материалов. Даже одного увеличения за этот счет подвижности отдельных компонентов отходов иногда достаточно для их разделения. Достигается же такое увеличение подвижности (наряду с концентрированием или обратным эффектом — селек­тивным растворением с применением химических или биохи­мических реагентов) расплавлением, сублимацией, испарением. Особенно велико значение комбинированного обогащения для переработки «забалансных» руд и руд старых отвалов, материалов с полигонов и из шламохранилищ.

Для растворения (выщелачивания) применяют чаны с механи­ческими мешалками или с пневматическим перемешиванием, шнековые (иногда многовальные) растворители, пачуки (с созданием таких условий аэрационного перемешивания, при которых обес­печивается жизнедеятельность интенсифицирующих выщелачи­вание бактерий), автоклавы (герметичные аппараты для раство­рения при повышенных температурах и давлениях). Уменьшения капитальных затрат достигают применением кучного выщелачива­ния. Требования к устройству и размеру куч обычно зависят от свойств выщелачивающего раствора. Обязательными считаются: тщательная подготовка площадки для куч (объемом, например, 10 тыс. т); применение изолирующих материалов (это могут быть полимерные пленки); учет климатических условий при определе­нии времени работы.

Основными сооружениями для частичного или полного рас­плавления материалов являются конвективные, индукционные, дуговые, плазменные, электронно-лучевые и другие печи.

Возгонку осуществляют в ретортах (ретортных печах) перио­дического и непрерывного действия. Многочисленные процессы пиролитической переработки твердых отходов также можно от­нести к разряду комбинированного обогащения.

В электрических сепараторах используют различия во взаимо­действии заряженных частиц (< 5 мм) разделяемых компонентов твердых материалов с электрическим полем. Заряд одного знака или величины сообщается частицам в основном непосредствен­ным контактом с некоторым заряженным телом, сорбцией ионов на частицах, трибоэлектризацией (электризацией трением).

В простейшем электростатическом сепараторе частицы-про­водники вместе с другими частицами всего материала подаются на заряженный барабан, получают заряд того же знака и отталкиваются от барабана. Другие частицы (непроводники) поляризуют­ся и притягиваются к барабану.

В трибоэлектростатическом сепараторе трибозаряд частицы получают при трении, например, о пластину вибропитателя или в трубопроводе пневмотранспорта. Попадая затем на подсоеди­ненный к одному из зажимов источника постоянного напряже­ния электрод (той или другой формы), частицы, соответственно знакам зарядов, либо удерживаются на нем, либо отталкиваются. Существо собственно обогащения при этом заключается в том, что при трении диэлектриков положительно заряжается диэлек­трик с большей диэлектрической проницаемостью. Частицы раз­ного вещественного состава располагаются, таким образом, в трибоэлектрические ряды, в которых предыдущие частипы более положительны, чем последующие. В таких рядах наблюдается еще и убывание твердости материалов, что также может быть ис­пользовано для разделения и тем самым — дополнительного обо­гащения материалов.

Различие диэлектрической проницаемости материала разных частиц само по себе дает возможность создания «диэлектричес­ких» сепараторов с жидким диэлектриком, в котором создается неоднородное электрическое поле. Частицы материала с диэлек­трической проницаемостью, большей проницаемости жидкой среды, втягиваются в области наибольшей напряженности поля, другие же частицы выталкиваются в направлении более «слабых» участков поля.

Типичным примером сепаратора, в котором используются по­ле коронного разряда и сорбция ионов на частицах, является электрофильтр для обеспыливания газов. Хорошо известно, на­пример, обогащение пыли из электрофильтров сернокислотного производства (на основе колчедана) соединениями мышьяка.

В практике обогащения полезных ископаемых по разнице элек­тропроводности минералов разделяют арсенопирит и полевой шпат, графит, асбест, барит, железо, известняк, флюорит и силикаты, пи­рит—шеелит и многие другие. Трибоэлектрический эффект успеш­но используют, например, для обогащения смесей апатит—кварц, асбест—серпентин, барит—кварц, галит—сильвин и др. На осно­вании только этих примеров можно с уверенностью утверждать перспективность использования электросепараторов разного рода в практике переработки твердых промышленных отходов.

Большинство рассмотренных в данном разделе приемов спе­циального обогащения может быть использовано не только са­мостоятельно, но и в комбинации с широко известными устройс­твами для флотации, отсадки, разделения в тяжелых средах и др.

Практическая работа: опишите принцип работы устройств для комбинированного обогащения материалов.

Контрольные вопросы:

1. На чем основан принцип работы устройств для комбинированного обогащения материалов?

2. Какие сооружения используют для расплавления материалов*

3. Как осуществляется обогащение природных материалов?

4. Расскажите принцип работы электрического сепаратора.

Переработка и обезвреживание отходов

Проблема загрязнения городов отходами своей жизнeдeятeльности и ee рeшeниe оказались чрeзвычайно сложной научно-тeхничeской и социально-экономической задачей. Особая специфика здесь проявляется в возможном сосредоточении в этих отходах практически всего многообразия веществ и материалов, встречающихся в природе и искусственно созданных человеком, а также в непрерывном росте их количества. К сожалению, пока 90% отходов подвергаются захоронению (депонированию) на полигонах, хотя это связано с транспортными расходами и отчуждением больших территорий. Кроме того, эти полигоны зачастую не соответствуют элементарным санитарно-гигиеническим требованиям и являются вторичными источниками загрязнения окружающей среды.

В настоящee время в мировой практике реализовано более десятка технологий пeрeработки твердых бытовых и промышленных отходов. Наиболее распространенными среди них являются термические способы - сжигание и пиролиз. Сжигание не может рассматриваться как экономически оправданный или ресурсосберегающий метод, поскольку многие органические вещества, которые могли бы быть использованы, сжигаются с дополнительными затратами энергии. К тому же существующие и предлагаемые к использованию мусоросжигающие установки имеют целый ряд недостатков, главным из которых является тот, что они при работе образуют вторичные чрезвычайно токсичные отходы (полихлорированные дибензодиоксины, фураны и бифенилы), выделяемые вместе с тяжелыми металлами в окружающую среду с дымовыми газами, сточными водами и шлаком. Следует отметить, что хлорорганические отходы, часто называемые словом "диоксины", относятся к группе супертоксикантов, крайне устойчивых и чрезвычайно опасных, поскольку разрушают гормональную систему человека, что приводит к иммунодефициту, особенно к росту женских болезней, детской смертности и инвалидности, снижению рождаемости.

Согласно Стокгольмской  Глобальной международной конвенции о запрещении стойких органических загрязнителей в группу из 12 особо опасных веществ, включенных в перечень, входят указанные диоксины, фураны и бифенилы.

В последнее время многие компании переходят от простого сжигания отходов на двухступенчатый процесс, включающий стадию пиролиза (разложение органических веществ без доступа кислорода при относительно низких температурах 450°- 800°С). Такой процесс оказывается энергетически более выгодным, чем простое сжигание. В результате пиролиза получают газ и твёрдый остаток пиролиза. Затем тот и другой продукты сразу же, без какой-либо дополнительной обработки, направляют в топку на сжигание. Часть газов пиролиза после конденсации может быть выведена из системы и использована в качестве жидкого топлива другими потребителями. Понятно, что при этом наблюдаются те же недостатки, что и при прямом сжигании отходов. В тех же случаях, когда газ пиролиза подвергается очистке от кислых газов типа хлористого водорода (НСl), экономически процесс становится достаточно дорогим из-за применeния дорогого оборудования и использования дорогих каустической или кальцинированной соды и нe устраняется загрязнeниe окружающей среды тяжёлыми металлами.

Альтернативой процессу пиролиза является процесс газификации, проводимый аналогично, но при температуре 1650°-1930.°С и в присутствии небольшого количества воздуха. В этом случае получаемый газ (синтезгаз) представляет собой смесь низкомолекулярных углеводородов (смесь водорода, метана, угарного газа, диоксида углерода, водяного пара, оксидов азота и серы), которую затем целесообразно использовать в качестве топлива для получения электроэнергии, пара и горячей воды используемой в дальнейших технологических циклах.

Увеличение производительности процесса газификации можно достигнуть путем утилизации нефтешламов  при совместном процессе газификации с твердыми бытовыми отходами. Таким образом, решается проблема  рационального уничтожения нефтешламов. Правильность экономической целесообразности такой технологии подтверждена внедрением нескольких установок, предусматривающих совместную утилизацию нефтесодержащих, резинотканевых, текстильных отходов, промасленной ветоши, опилок, отходов лакокрасочных материалов, полимерной пленки и т.п.Указанные способы обеспечивают переработку мусора практически любого состава, решая проблему загрязнения окружающей среды. Что же касается обезвреживания опасных промышленных отходов, к сожалению, в настоящее время практически не существует универсальных технологий переработки таких отходов как:

·        высокотоксичные отходы - содержащие фтор, хлор, фенол, йод, бром и т.д.;

·        негодные пестициды, гербициды и др. с/х ядохимикаты;

·        биоорганические – трупы бродячих животных, отходы служб судебно-медицинской экспертизы, вивариев и т.д.;

·        медицинские, в т.ч. инфицированные - перевязочные материалы, одноразовые шприцы и системы, перчатки, халаты, спецодежда, рентгеновские плёнки, отходы пищеблоков, кровь, кожные лоскуты, иссечённые органы, просроченные и фальсифицированные лекарственные препараты, медицинские инструменты и т.д.;

·        иловые осадки сточных вод;

·        просроченные продукты питания;

·        отходы фармацевтических производств;

·        фальсифицированная продукция и конфискат;

·        отходы с морских и воздушных судов.Известные технологии (плазменное обезвреживание, сверхкритическое водное окисление, высокотемпературное сжигание с применением порошков фильтрационного горения) высокозатратны и экологически небезопасны. Поэтому целесообразна разработка установки по утилизации опасных отходов сочетающей в себе все положительные качества известных технологий, с разделением потоков отходов в зависимости от их состава и наиболее эффективного способа обезвреживания.

Комплексная установка представляет собой техническое устройство, состоящее из

1.     Блока электрогидравлической обработки с целью дезагрегации,  отходов существенного снижения хлорсодержащих ароматических углеводородов (блок подготовки к утилизации) и обработки тары с целью ее промывки и обезвреживания;

2.     Блока сверхкритического водного окисления.

3.     Блока высокотемпературного обезвреживания; 

4.     Блока дожига отходящих газов с использованием метода плазмохимического дожига;

5.     Блока пылеулавливания и охлаждения отходящих газов;

6.     Блока адсорбционной очистки отходящих газов;

7.     Блока удаления и связывания золы

Контрольные вопросы:

- Назовите способы переработки отходов.

- Назовите способы обезвреживания отходов.

- Из каких частей состоит установки по переработке отходов?

- Какие отходы в настоящее время практически не перерабатываются?