Переработка отходов производства и потребления

Магнитные методы тесно переплетаются с гравитационными, а также используются в некоторых видах флотации и тяжелосредной сепарации. Они позволяют создать мощные силы воздействия на материалы, которые превышают силу гравитации в 100 и более раз, что облегчает процессы разделения. Эти методы обладают вы­ сокой избирательной способностью, экологической чистотой, про­ стотой обслуживания и низкой себестоимостью.

Магнитные методы используют для отделения парамагнитных (слабомагнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) компо­ нентов смесей твердых материалов от их диамагнитных (немагнит­ ных) составляющих. Магнитной сепарацией можно выделить веще­ ства с удельной магнитной восприимчивостью выше 10 м3/кг. Сильномагнитными свойствами обладают железо и его сплавы, а также магнетит (FeO РегОз), маггелит (РегОз), пирротин, титаномагнетит, ферросилиций, франклинит, сидерит, слабомагнитные оксиды железа после их обжига и некоторые другие вещества. Ряд оксидов, гидроксидов и карбонатов железа, марганца, хрома и ре­ дких металлов относится к материалам со слабомагнитными свой­ ствами. Различные породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, кальцит и т.п.) относятся к немагнитным материалам.

Удельной магнитной восприимчивостью Худ (м3/кг) называют объемную магнитную восприимчивость вещества Хоб» отнесенную к его плотности <5:

Удельную магнитную восприимчивость определяют из уравнения

где / - намагниченность (магнитный момент) вещества; PQ - маг­

нитная постоянная; Я - напряженность магнитного поля в этом веществе.

Слабомагнитные материалы обогащают в сильных магнитных полях (напряженностью Я = 800 - 1600 кА/м), сильномагнит­ ные - в слабых полях (Я = 70 - 160 кА/м). Магнитные поля про­ мышленных сепараторов бывают в основном постоянными или пе­ ременными; комбинированные магнитные поля применяют реже.

Магнитная сепарация. В магнитных сепараторах неоднород­ ность магнитного поля создается полюсными наконечниками раз­ личной формы.

Для получения магнитных полей с малой величиной grad Я применяют естественные или искусственные магниты из специаль­ ных сплавов с постоянным магнитным полем. Сильные магнитные поля с высоким градиентом напряженности создаются катушками, питаемыми постоянным током и снабженными стальными сердеч­

никами. При этом чем больше величина намагничивающего тока и количество витков в катушке, тем выше напряженность магнитно­ го поля в рабочем зазоре сепаратора.

Магнитная сила Т^агн, действующая на частицу материала, оп­ ределяется по формуле:

где V - объем частицы; У' - объемная магнитная восприимчивость; Н - напряженность магнитного поля.

Удельное значение магнитной силы равно:

,_ Fмагн УЦН grad,Н

где Q - масса частицы.

Принцип работы магнитного сепаратора схематически показан на рис. 6.17.

/

Рис. 6.17. Принцип работы магнитного сепаратора:

а - верхняя зона; б - нижняя зона; в - вертикальная зона; / - исходное сырье; II - магнитный продукт; I I I - немагнитный продукт

Кроме магнитной силы, на частицу, находящуюся в рабочей зоне сепаратора, действуют силы тяжести Р, трения FT, центро­ бежная Рц и сопротивления среды Fc.

Для успешного разделения магнитных и немагнитных частиц в магнитном поле сепаратора магнитная сила, действующая на маг­ нитные частицы, должна превышать равнодействующую всех ме­ ханических сил. Взаимодействие между всеми силами зависит от способа подачи сырья в рабочую зону сепаратора, конструктивных особенностей аппарата, режима его работы.

Подлежащие магнитной сепарации материалы, как правило, подвергают предварительной обработке (дроблению, измельчению, грохочению, обесшламливанию, магнетизирующему обжигу и др.). Магнитное обогащение материалов крупностью 3 —50 мм проводят сухим способом, материалов мельче 3 мм - мокрым. Технология магнитной сепарации зависит прежде всего от состава подлежаще­ го переработке материала и определяется типом используемых се­ параторов. Последние обычно снабжены многополюсными откры­ тыми или закрытыми магнитными системами, создающими различ­ ные типы магнитных полей. Они отличаются способами питания (верхняя или нижняя подача материала), перемещения продуктов обогащения (барабанные, валковые, дисковые, ленточные, ролико­ вые, шкивные сепараторы), характером движения обрабатываемого потока и эвакуации магнитных компонентов (прямоточные, противоточные, полупротивоточные) и другими особенностями.

Оценить производительность магнитных сепараторов весьма сложно вследствие влияния на нее многих факторов. Опыт эксплу­ атации этих аппаратов позволяет в ряде случаев рассчитывать их производительность с использованием выражения:

где Q - производительность сепаратора по сухому исходному пита­ нию, т/ч; q - удельная производительность, т/(м-ч); п - число го­ ловных барабанов, валков или роликов в сепараторе; Lp - рабочая длина барабана, валка или ролика, м.

Эвакуируемые из магнитного поля зерна сильномагнитных ма­ териалов вследствие остаточной намагниченности могут агломери­ роваться в агрегаты разного вида. С целью устранения последствий этого явления, называемого магнитной флокуляцией, используют многократное перемагничивание таких материалов в переменном магнитном поле размагничивающих аппаратов.

Электромагнитные сепараторы, предназначенные для извлече­ ния железных и других ферромагнитных предметов из разрыхлен­ ных немагнитных материалов, нашли широкое применение при пе­ реработке твердых отходов.

Номенклатура электромагнитных сепараторов, используемых для разделения отходов, достаточно велика, и они могут быть классифицированы следующим образом: подвесные железоотделители, электромагнитные шайбы, электромагнитные шкивы, элект­ ромагнитные барабаны, электромагнитные сепараторы. Кроме того, выпускаются мобильные электромагнитные установки для отделе­ ния магнитных материалов в полевых условиях или в условиях, где нецелесообразно использование стационарной установки.

Промышленность выпускает магнитные сепараторы типов Э (электромагнитные) и П (с постоянным магнитом). Классифика­ ция магнитных сепараторов производится по напряженности маг­

нитного поля. Существуют сепараторы для разделения сухих зер­ нистых или кусковых материалов и сепараторы для разделения ма­ териалов в водной среде.

Для удаления магнитных материалов из продуктов дробления применяют шкивные электромагнитные сепараторы (железоотделители) типа ШЭ (рис. 6.18), которые устанавливаются вместо приводного барабана ленточного конвейера.

/2

Рис. 6.18. Электромагнитный шкив ШЭ:

1 - диски-полюсы; 2 - катушка; 3 - вал; 4 - токораспределительная ко­ робка; 5 ~ корпус шкива

Электромагнитный сепаратор состоит из электромагнитной сис­ темы, укрепленной на валу, подшипников и токосъемной коробки. Секции электромагнитной системы неподвижно закреплены на ва­ лу, который через редуктор вращается мотором. Эффективность работы электромагнитного шкива зависит от массы, геометрии и магнитной восприимчивости извлекаемых магнитных материалов, а также плотности транспортируемого материала и скорости дви­ жения ленты конвейера.

Принцип работы электромагнитных шкивов состоит в том, что ферромагнитные материалы, транспортируемые лентой конвейера, притягиваются к ней в зоне установки шкива, а немагнитные сбра­ сываются с ленты по ходу ее движения. Освобождение ленты от ферромагнитных материалов происходит в том месте конвейера, где отсутствует магнитное поле, т.е. там, где прекращается ее кон­ такт со шкивом. Скорость движения ленты должна составлять 1,25 - 2,0 м/с. При более высокой скорости движения ленты сни­ жается полнота разделения магнитной и немагнитной фракций.

Другой разновидностью сепараторов являются железоотделцтели подвесные саморазгружающиеся типа ПС, предназначенные для извлечения и удаления ферромагнитных предметов из сыпучих не­ магнитных материалов, в том числе из лома и отходов цветных металлов.

Принцип работы сепараторов типа ПС заключается в притяги­ вании магнитных частиц к разгрузочной ленте, которая выносит их в сторону для разгрузки.

Подвесные железоотделители устанавливаются над ленточными конвейерами, которыми транспортируются смеси магнитных и не­ магнитных дробленых отходов.

Сепараторы типа ПС можно устанавливать в двух вариантах: над лентой транспортирующего конвейера поперек его продольной оси и под углом над барабаном транспортирующего конвейера (рис. 6.20).

Предпочтительна установка сепаратора над барабаном в зоне разгрузки, так как материал там находится в разрыхленном состо­ янии.

Для подъема крупных кусков магнитных материалов и транс­ портировки их для дальнейшего использования применяют грузоподъемные электромагнитные шайбы (рис. 6.21), которые работа­ ют, как правило, в периодическом режиме.

Для разделения на фракции потока сыпучих материалов удоб­ ны электромагнитные барабаны (рис. 6.22).

Сыпучий продукт, поступаю­ щий на барабан, разделяется на два потока: магнитная фракция, притянутая к его поверхности, раз­ гружается в дальнее по ходу вра­ щения барабана приемное устрой­ ство, а немагнитная фракция схо­ дит с барабана под действием силы тяжести в ближнюю приемную во­

ронку. Распределитель потока 8 Рис. 6.21. Электромагнитная шайба:

предназначен для регулирования 1 - корпус; 2 - наружный полюс; 3 -

степени разделения дробленого ма­ катушка; 4 - немагнитная шайба; 5 - внутренний полюс

териала на фракции.

Для обезжелезивания сыпучих материалов разработаны бара­ банные сепараторы (рис. 6.23).

Сепаратрры этого типа установлены в герметичном корпусе, имеющем штуцер для отсоса пыли. Разделяемая смесь сыпучих материалов поступает в бункер / и с помощью лоткового питателя 2, снабженного вибратором J, равномерным потоком подается на барабан 4, внутри которого расположена магнитная система 5. Не-

1 0 0 -1 5 0

Рис. 6.22. Электромагнитный барабан:

а - барабан; б - установка барабана в приемном бункере; I - немагнитная фрак­ ция; I I - магнитная фракция; 1 - корпус барабана; 2 - полюсная скоба; 3 - полюс­ ные наконечники; 4 - катушки; 5 - крышка; 6 - отбойная плита; 7 - лоток; 8 - распределитель потока; 9 - регулировочный винт; 10 - приемный бункер

Загрузка

Рис. 6.23. Электромагнитный барабан­ ный сепаратор:

1 - бункер; 2 - лотковый питатель; 3 - вибратор; 4 - барабан; 5 - электромаг­ нитная система; 6 - рама; / - магнитная

фракция; II - немагнитная фракция

магнитная фракция ссыпается с

барабана в первую по ходу вра­ щения течку, а магнитная про­ должает движение на поверхно­ сти барабана и ссыпается в сле­ дующую по ходу вращения течку. Установка смонтирована на раме 6.

В табл. 6.16 приведены ха­ рактеристики некоторых маг­ нитных сепараторов.

Существуют и другие отечественные и импортные магнитные сепараторы. Так, для разделения слабомагнитных и немагнитных отходов цветных металлов размером частиц < 20 мм (например, смешанной стружки сплавов на медной основе) используют сепара­ торы электромагнитные типа СЭ-3 и СЭ-4.

Электродинамическая сепарация. Метод электродинамической (ЭД) сепарации основывается на силовом взаимодействии перемен­ ного электромагнитного поля с твердыми электропроводными тела­ ми, имеющими различную электропроводность.

В зависимости от условий взаимодействия и характера электро­ магнитного поля выделяют четыре класса ЭД сепараторов: с вра­ щающимся магнитным полем, с бегущим магнитным полем линей­ ного асинхронного двигателя, с неоднородным переменным магнит­ ным полем, а также устройства, в которых сила взаимодействия возникает при перемещении электропроводных частиц относитель­

ным демпфирующим устройством. Разделяемый материал равно­ мерно подается на барабан сепаратора, откуда электропроводные частицы отбрасываются полем ротора в дальний приемный бункер, а неэлектропроводные - свободно скатываются с барабана в ближ­ ний бункер.

Электродинамический сепаратор ленточного типа (рис. 6.25) представляет собой комплекс механизмов, включающий ленточный транспортер, приводной барабан которого выполняет роль сепара­ тора. Вращающееся магнитное поле создается обмоткой трехфазно­ го переменного тока, помещенной в пазы ротора.

Исходное сырье

Рис. 6.25. Электроди­ намический сепаратор ленточного типа:

1 - ленточный конвейер;

2 - барабанный трех­ фазный ротор; 3 - бун­ кер неэлектропроводного материала; 4 - бункер электропроводного мате­

риала; 5 - привод

Электрическая сепарация применяется для обработки сыпучих материалов крупностью от 0,05 до 5 мм, переработка которых дру­ гими методами малоэффективна или недопустима с экологической точки зрения.

При электрической сепарации дробленых отходов используются различия в эффектах взаимодействия заряженных частиц разделя­ емых компонентов с электрическим полем. Различают электриче­ скую сепарацию в электростатическом поле, поле коронного разря­ да, трибоадгезионную сепарацию. С их помощью решают задачи обогащения, классификации и обеспыливания как рудного сырья и некондиционных продуктов в металлургии черных, цветных и ред­ ких металлов, так и многих неметаллических материалов (тонко­ дисперсного кварца, формовочных песков, известняка, песка для стекольной промышленности и др.).

В однородном электрическом поле на заряженную частицу дей­ ствует электрическая (кулоновская) сила Fy обусловленная нали­ чием заряда на частице:

В неоднородном электрическом поле воздействие на такую час­ тицу более сложно.

Электростатическая сепарация основана на различии электро­ проводности и способности к электризации трением (трибоэлектри­ ческий эффект) минеральных частиц разделяемой смеси. При кон­ такте частиц сепарируемых материалов с поверхностью заряжен­ ного металлического электрода электропроводные частицы приоб­ ретают заряд и отталкиваются от него. Величина заряда зависит от электропроводности частиц.