Переработка отходов производства и потребления

При небольшой разности в электропроводности частиц исполь­ зуют электризацию их трением (путем интенсивного перемешива­ ния или транспортирования по поверхности вибролотка). Наэлект­ ризованные частицы направляют в электрическое поле, где проис­ ходит их сепарация.

Сепарация в поле коронного разряда, создаваемого между коронирующим (заряженным до 20 - 50 кВ) и осадительным (зазем­ ленным) электродами, основана на ионизации пересекающих это поле минеральных частиц оседающими на них ионами воздуха и на различии в интенсивности передачи этими частицами приобре­ тенного таким образом заряда на поверхность осадительного элект­ рода. Эти различия выражаются в траекториях движения частиц.

Трибоадгезионная сепарация основана на различии в адгезии (прилипании) к поверхности наэлектризованных трением частиц разделяемого материала. Температура процесса существенно влия­ ет на силу адгезии, которая увеличивается или уменьшается элек­ трическими силами, вызываемыми трибоэлектрическими зарядами. Помимо этого, на частицы действуют силы тяжести и центробеж­ ные силы, что в совокупности приводит к разделению частиц по вещественному составу и крупности.

Электрические сепараторы классифицируют по характеру элек­ трического поля (электростатические и с коронным разрядом), способу электризации (с электриза­ цией контактным способом, в поле коронного разряда, трибоэлектризацией и др.) и по конструкции рабочих органов (барабанные, камерные, лен­ точные, лотковые, пластинчатые, по­ лочные и др.).

На рис. 6.26 показана принципи­ альная схема барабанного электриче­ ского сепаратора для разделения сме­ си материалов по электропроводности. Исходный материал из бункера 1 мо­ нослоем подается на заряженный ба­ рабан 2. В результате заряжения час­ тиц одноименным зарядом при кон­ такте с барабаном они отталкиваются от него и, двигаясь по криволинейным

траекториям, попадают в приемник для электропроводных фрак­ ций 7. Неэлектропроводные частицы, заряжаясь медленнее, пада­ ют без отклонения или частично удерживаются на барабане и по­ падают в приемник 4 в результате очистки поверхности барабана щеткой J. Смесь частиц материалов различной электропроводности

6.5. Гйдро- и аэродинамические процессы, используемые при переработке отходов

Гидродинамические процессы, используемые при переработке промышленных отходов, включают: гравитационное отстаивание под действием силы тяжести в отстойниках и флотаторах, разделе­ ние под действием центробежной силы в центрифугах и гидроцик­ лонах, фильтрацию под действием разности давлений через фильт­ рующую перегородку в различных фильтрах и др.

Принципиальной разницы в механизмах протекания гидро,- и аэродинамических процессов нет. Конечно, существенные отличия плотностей и вязкостей жидкой и газовой сред приводят к разли­ чию скоростей процессов и к отличиям в конструкциях оборудова­ ния для осуществления гидро- и аэродинамических процессов сепа­ рирования отходов. Основной причиной этих отличий является со­ отношение силы тяжести частиц и величины сопротивления их пе­ ремещению под действием этой силы, оказываемого той или иной средой. Поэтому здесь будут рассмотрены и процессы разделения частиц отходов в воздушных потоках. К таким процессам следует отнести прежде всего очистку газов от твердых частиц в циклонах и рукавных фильтрах, а также процессы пневмосепарации в аппа­ ратах различной конструкции.

Гравитационное отстаивание основано на различии скоростей падения в жидкой или воздушной среде частиц разного размера и плотности. Двухфазные смеси, компоненты которых различаются по плотности, довольно легко разделяются в устройствах, основан­ ных на использовании сил гравитации. В простейшем случае седи­ ментацию можно описать как установившееся движение единичной сферической частицы в безграничном объеме жидкости (газа). Скорость такого движения v4 при ламинарном режиме обтекания частицы определяется формулой Стокса:

( 6. 22)

где g - ускорение действующего на частицу гравитационного поля; гч - радиус частицы; уж - кинематическая вязкость жидкости;

Рч> Рж ~ плотности соответственно частицы и жидкости.

Выделение из воды тонущих или всплывающих примесей от­ стаиванием является наиболее простым и экономичным процессом, в связи с чем отстойники различных типов получили широкое рас­ пространение в промышленности.

Области применения гравитационных методов обогащения при­ ведены в табл. 6.17.

Таблица 6.17

Отсадка является высокопроизводительным, экономичным и универсальным способом разделения отходов. Универсальность этой технологии хорошо видна из данных табл. 6.17, в которой приведены граничные условия применяемости различных гравита­ ционных методов обогащения.

Отсадка представляет собой процесс разделения твердых ча­ стиц по плотности под действи­ ем переменных по направлению вертикальных струй воды (воз­ духа), проходящих через реше­ то отсадочной машины.

Отсадка наиболее эффектив­ на при разделении отходов, со­ держащих достаточно крупные зерна с сильно различающейся плотностью.

В результате разделения (рис. 6.28) смеси измельченных отходов, поступающих в отса­ дочную машину, получают две фракции (I и II) материалов с различной плотностью и проме-

жуточный продукт (III), который подлежит дальнейшему разделе­ нию.

Отсадке обычно подвергают предварительно обесшламленные широкоили узкоклассифицированные материалы с крупностью 0,5 - 100 мм для нерудных и 0,2 - 40 мм для рудных материалов. При отсадке крупного материала на решете образуется так называ­ емая постель - слой толщиной в 5 - 10 диаметров наибольших час­ тиц. При отсадке мелкого материала (до 3 - 5 мм) на решете ук­ ладывают искусственную постель из крупных тяжелых частиц ма­ териала, размер которых в 3 - 4 раза превышает размер наиболее крупных частиц питания. В процессе отсадки материал расслаива­ ется: в нижнем слое концентрируются тяжелые частицы, в самом верхнем - легкие мелкие. Получаемые слои разгружают раздельно.

Отсадочные машины различаются способом создания пульсаций (движением диафрагмы, поршня, решета, пульсирующей подачей сжатого воздуха), типоразмерами, числом фракций выделяемых продуктов, конструктивными особенностями.

Их производительность Q (т/ч) может быть определена по формуле:

гДе Уср ” средняя насыпная плотность материала постели, т/м ; В - ширина отсадочного отделения, м; Я - высота отсадочной постели, м; vt - средняя скорость продольного перемещения материала в ма­ шине, м/с.

Связь производительности отсадочной машины с качеством

где L - длина отсадочной машины, м; К - коэффициент пропорци­ ональности, характеризующий удельную скорость разделения, с"1 (обычно в пределах 0,01 - 0,05 с"1); rj - критерий точности разде­ ления.

Обогащение в тяжелых средах заключается в разделении ма­ териалов по плотности в гравитационном или центробежном поле в суспензии или жидкости, плотность которой является промежу­ точной между плотностями разделяемых частиц.

Тяжелые суспензии представляют собой взвешенные в воде тонкодисперсные частицы тяжелых минералов или сплавов-утяже­ лителей, в качестве которых используют ферросилиций, пирит, пирротин, магнетитовый и гематитовый концентраты и другие ма­ териалы крупностью до 0,16 мм. Максимально возможная плот­ ность суспензии 3500 - 3800 кг/м3. В качестве тяжелых жидкостей используют растворы хлоридов кальция и цинка (плотность соот­ ветственно 1654 и 2070 кг/м3), тетрахлорид углерода (плотность

1600 кг/м3), тетрабромэтан (2810 кг/м3), раствор иодида калия

(3196 кг/м3) и другие соединения.

Плотность суспензии (г/см3) определяют по формуле:

где С - объемная концентрация утяжелителя, доли единицы; <5у - плотность утяжелителя, г/см3.

Масса утяжелителя (кг) в данном объеме суспензии составляет:

где V - объем суспензии, дм3; ду и <5Сплотность соответственно утяжелителя и суспензии, кг/дм3.

Для поддержания устойчивости суспензии в нее добавляют гли­ ну (до 3% от массы утяжелителя) или применяют смесь порошков утяжелителей различной плотности.

Наиболее распространенными аппаратами обогащения в тяже­ лых средах являются барабанные, конусные, колесные и гидроцик­ лонные сепараторы.

Производительность барабанного и колесного сепараторов опре­ деляют по всплывающему легкому продукту. Производительность конусного и гидроциклонного сепараторов рассчитывают по пита­ нию.

Рис. 6.29. Тяжелосредный колесный сепаратор СК-12:

На рис. 6.29 показан колесный тяжелосредный сепаратор СК-12. Разделяемая смесь поступает по загрузочному лотку в ванну,

состоящую из двух соединенных в нижней части отделений. В од­ ном из отделений размещено элеваторное колесо для выгрузки сус­ пензии вместе с потонувшей, более тяжелой фракцией. Легкая

фракция выгружается одновременно с тяжелой, но в верхней части ванны. Их перемешивание в зоне выгрузки предотвращается раз­

делительной перегородкой.

Другим видом оборудования для разделения смешанных отхо­ дов способом тяжелосредной сепарации является сепаратор СБС-5, разработанный специально для технологических линий по перера­ ботке алюминиевого лома. Он предназначен для разделения сме­ шанных отходов на фракции с высоким содержанием магния (плотность < 2650 кг/м3), с высоким содержанием цинка (плот­ ность > 2850 кг/м3) и меднокремниевые алюминиевые сплавы про­ межуточной плотности. Техническая характеристика сепаратора СБС-5 приведена ниже:

Суспензия подается в сепаратор вместе с исходным питанием по загрузочному желобу. Всплывший в обогатительной ванне бара­ бана продукт транспортируется вдоль барабана потоком суспензии и затем выгружается вместе с ней из сепаратора через подвижный разгрузочный порог. Потонувший продукт опускается на дно бара­ бана и при его вращении извлекается из суспензии лопатками, расположенными на внутренней поверхности цилиндра барабана, а затем поступает в желоб выгрузки.

Сепарация на концентрационных столах характеризуется раз­ делением минеральных частиц по плотности в тонком слое воды, текущей по наклонной плоской деке стола, совершающей возврат­ но-поступательное горизонтальное движение перпендикулярно на­ правлению движения воды.

Деки бывают трапециевидной и прямоугольной формы. На час­ ти поверхности дек в продольном направлении закрепляют парал­ лельно располагаемые рифли (планки переменной высоты и дли­ ны), длина которых увеличивается от верхнего к нижнему краю стола, где и происходят сбор и выгрузка легких продуктов. Пульпу разделяемого материала подают в верхний угол поверхности стола (деки). Смывную воду подают с верхнего края деки, ниже места ввода пульпы. Частицы разделяемого материала большей плотно­ сти оседают между рифлями и под действием колебаний наклон­ ной деки продвигаются вдоль них, достигая нерифленой части де­ ки, где образуют веер частиц различной плотности, удаляемых раздельно. Неоседающие частицы меньшей плотности переносятся

смывным потоком через рифли и отводятся с поверхности концент­ рационного стола.

Более эффективно разделение предварительно классифициро­ ванных материалов. Оптимальное отношение длины деки L к ее ширине S определяется крупностью обогащаемых материалов. Концентрационные столы изготавливают в одно- и многоярусном

К основным регулируемым технологическим параметрам сепа­ рации на столах относят число п ходов деки стола в 1 мин и опти­ мальную длину одного хода (мм), определяемые по выражениям:

где с/щах ” размер частиц, равный размеру ячеек сита, на котором остаток материала составляет 5%.

Производительность Q (т/ч) концентрационного стола может

Сепарация отходов с различной плотностью с помощью кон­ центрации на столах после измельчения в шаровой мельнице, от­ мывки на деке концентрационного стола и магнитной доочистки обеспечивает высокую степень их разделения.

Обогащение в винтовых сепараторах и шлюзах происходит, как и на столах, в потоке пульпы разделяемых материалов, подавае­ мой в верхнюю часть наклонного желоба (содержание твердого ве­ щества в пульпе 6 - 40%, высота потока 6 - 1 5 мм).

Винтовые сепараторы представляют собой неподвижные вер­ тикальные винтообразные желоба (число витков 4 - 6) с поверхно­ стью специального профиля. Тяжелые частицы пульпы сосредото­ чиваются в желобе ближе к вертикальной оси его витков и разгру­ жаются посредством отсекателей в соответствующие приемники. Легкие частицы концентрируются в периферийной части желоба и разгружаются в нижней части сепаратора. Желоб имеет угол на­ клона к горизонту, характеризуемый отношением шага к диамет­

ру, (0,4 - 0,6).

При максимальной крупности частиц обогащаемых материалов 0,2 - 8 мм и плотности извлекаемых материалов 6 - 7,5 г/см

средняя производительность винтовых сепараторов диаметром 0,5 - 1,2 м составляет 0,3 - 12 т/ч. Обогащение предварительно класси­ фицированных и обесшламленных материалов дает лучшие пока­ затели.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы, характеризующиеся более широкими желобами и меньши­ ми наклонами днищ желобов.

Струйные сепараторы снабжены суживающимся к нижнему концу и устанавливаемым под углом 15 - 20 град желобом или конусом. Пульпу при содержании твердого вещества 50 - 60%.за­ гружают в верхнюю часть желоба. Сокращение расстояния между стенками желоба от загрузочного конца к разгрузочному приводит к увеличению высоты потока от 1,5 - 2 до 7 - 12 мм. Частицы большей плотности концентрируются в нижних слоях потока, а меньшей - сосредоточиваются в верхних его слоях. Разделенные потоки частиц поступают в отдельные приемники. Производитель­ ность этих аппаратов определяется крупностью и составом смеси и обычно составляет 0,9 - 5,5 т/ч на 1 м2 рабочей площади желоба. Их можно использовать и для классификации строительного песка.

Шлюзы характеризуются наличием наклонных ( 3 - 1 5 град) лотков с укрепленными на их дне трафаретами (бруски, уголки, профилированные коврики, панцирные сетки, ткань) для задержа­ ния тяжелых частиц подаваемой в верхнюю часть лотка пульпы перерабатываемых отходов. Эти аппараты могут быть неподвижны­ ми и подвижными, глубокого (высота потока до 0,4 м для перера­ ботки материала крупностью от 20 до 100 мм и более) и мелкого (высота потока до 0,05 м для материалов крупностью до 20 мм) заполнения. Аппараты мелкого заполнения называют подшлюзками. Легкие частицы пульпы уносятся потоком через трафареты, частицы большей плотности оседают в межтрафаретных простран­ ствах, после заполнения которых при прекращении подачи пульпы их смывают водой в приемник.

Необходимую для заданной объемной производительности ши­ рину шлюза В (м) определяют по выражению:

где Q - расход пульпы, м /с; v - скорость потока пульпы, м/с; А - высота потока, м.

Расход пульпы определяют по уравнению:

где Q - расход твердого вещества питания, т/с; д - плотность твер­

дого вещества, т/м3; тж- масса жидкости; тТВ - масса твердого тела).

Ширина шлюзов обычйо составляет 0,5 - 1,5 м, длина 6 - 20 м. Пример технологического комплекса обогащения на шлюзах представлен на рис. 6.30.

Для разрушения и удаления глинистых, песчаных и других ми­ неральных, а также органических примесей твердых отходов часто

ют воду [в ряде случа­

различные растворители.

Помимо описанных гравитационных методов сепарации в прак­ тике переработки твердых отходов используют и другие, часто на­ зываемые инерционными, которые основаны на различии плотно­ стей компонентов обрабатываемых отходов, а также их упругостей и коэффициентов трения. Некоторые из таких методов представле­ ны на рис. 6.31.

Рис. 6.31. Некоторые инерционные приемы разделения смесей твердых отходов:

я, б - баллистическая сепарация; в - сепарация, основанная на различии коэффи­ циентов трения; 1 - ленточные транспортеры; 2 —роторы; 3 — пластинчатый транс­ портер; 4 - отражатель; ЛН - фракция легких неупругих материалов; ТУ - фракция

тяжелых упругих материалов