Металлургическая переработка отходов производства и потребления

приводимой в действие гидроцилиндром 4 (б). При этом выступающие за края пресс-камеры концы отходов обрезаются ножами, закрепленными на боковых и передней сторонах крышки. Пакетирование проводят в двух видах: продольным и поперечным штемпелями, закрепленными на штоках гидроцилиндров 5 и 6 (в, г). После окончания прессования открывается шибер и пакет при помощи гидроцилиндра 7 выталкивается из пресс-камеры (д).

Для пакетирования более плотных отходов используют стационарный пакет-пресс ПГ-400 среднего давления с усилием прессования 4000 кН, пакет-пресс Б-1338 высокого давления (6300 кН)

идругие, различающиеся конструкцией и числом ступеней прессо-

вания (2–4).

Брикетирование применяют при подготовке стружки цветных металлов к дальнейшей металлургической переработке с целью удобства ее хранения, транспортировки, ускорения плавки и уменьшения потерь металла [5].

При брикетировании происходит уплотнение исходного сырья до плотности 2000–2200 кг/м3. Этой операции подвергают только сухую, незасоренную стружку крупностью менее 100 мм. На предприятиях Вторцветмета наиболее широко используют пресс импульсного брикетирования МИБ-275 для переработки сухой сыпучей алюминиевой стружки. Брикеты имеют диаметр 275 мм, высоту 65–75 мм

имассу 10–12 кг, плотность брикетов приближается к плотности металла. Энергия прессования выделяется при взрыве газовоздушной смеси. Производительность пресса – 1,2–1,5 т/ч.

2.8. Переработка стружки: дробление, обезвоживание. Переработка кабельного лома: механическая разделка, безокислительный обжиг

Металлы и сплавы обрабатывают на металлообрабатывающиx станках с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), в результате чего на развитой поверхности стружки собирается много эмульсии и масла. При хранении стружки на открытом воздухе содержание влаги и масла в ней может достигать 20–30 %. Влажная стружка быстро корродирует, этот процесс ускоряют щелочные эмульсии. Для получения высоких технико-экономических показателей при металлургической переработке стружки ее необхо-

70

димо очистить от механических примесей, а также oт влаги, масла

иземлистого засора. Для полноты извлечения железных примесей

иуменьшения объема стружку подвергают измельчению [2; 5].

Для измельчения стружки на алюминиевой или медной основе используют стружкодробильные установки, выполненные на базе молотковых дробилок. Стружкодробильный агрегат состоит из молотковой дробилки, подающего и разрывного устройства и ленточного конвейера. Вьюнообразная стружка из приемного бункера захватывающими звездочками разрывного устройства затягивается в агрегат. При этом она разрывается на мелкие пучки и частично дробится. Затем ленточным конвейером подается в загрузочное устройство дробилки, где под ударами вращающихся молотков измельчается и просыпается в приемную воронку разгрузочного ленточного конвейера.

Последующие операции обработки дробленой стружки проводят на линиях обезжиривания и сушки. Эти линии по технологии процесса обезжиривания делятся на линии гидрохимического и термического обезжиривания. Метод гидрохимического обезжиривания стружки позволяет снизить потери металла, однако он не нашел широкого применения из-за невысокой производительности и сложного аппаратурного обеспечения.

Гидрохимическая очистка заключается в промывке стружки горячим (60–80 °С) щелочным раствором в шнековых смесителях или центрифугах. После удаления раствора в стружке остается не более 0,2 % влаги и масла. Раствор после промывки очищают от твердых частиц и масла и возвращают в процесс. Промытую стружку направляют на металлургическую переработку [5].

Линии термического обезжиривания и сушки стружки включают следующие технологические узлы:

–узел приема сыпучей и дробленой стружки;

–узел предварительного грохочения стружки для выделения негабаритных включений и посторонних предметов перед сушкой;

–узел обезжиривания и сушки, состоящий из барабанного сушила, камеры дожигания возгонов масла и установки газопылеулавливания;

–узел контрольного грохочения и отсева окалины, землистых отходов, металлической пыли;

–узел электромагнитной сепарации.

Продукцией установки является стружка с содержанием влаги не более 1,0 %, пыли и землистого сора – не более 1,0 %, COЖ – не

71

более 0,4 %. Содержание железа в алюминиевой стружке не должно превышать 0,2 %, в бронзовой – 0,3 %, в латунной – 0,5 %. Железный концентрат магнитной сепарации не должен содержать цветных металлов более 5 %, землистых отходов – более 10 %.

Приемный бункер линии обезжиривания и сушки алюминиевой стружки вмещает 5–6 т, что обеспечивает часовую производительность линии. Из бункера питателем стружка подается на грохот предварительного грохочения. Подрешетный продукт крупностью 50–100 мм элеватором подается в сушильный барабан. Спиральной насадкой на внутренней стороне наклонно расположенного барабана (3–5º) стружка перемещается в сторону разгрузки и попадает на грохот для отделения окалины, землистых отходов и металлической пыли класса менее 3 мм (используют вибрационные грохоты, которые имеют высокий КПД). Надрешетный продукт грохота элеватором транспортируется в приемную воронку электромагнитного сепаратора, где получают товарную, очищенную от железа алюминиевую стружку и товарный железосодержащий концентрат, направляемый на заводы черной металлургии.

Топочные газы из сушильного барабана, содержащие пары воды, масла и пыль, подвергают дожиганию и после очистки в системе пылеулавливания направляют в атмосферу. Камера дожигания представляет собой ряд раскаленных перегородок из огнеупорного кирпича, на которых возгоны масла и сгорают. В сушильном барабане при температуре 300–450 ºС происходит удаление влаги, выжигание жиров и других органических примесей. При этом металл частично окисляется и выгорает. Сушилку отапливают природным газом.

При первичной переработке кабельного лома наиболее сложной операцией является удаление изоляции. В промышленной практике применяют следующие способы разделки кабельного лома и проводников тока: механический, химический, термический электростатический, криогенный и др. Наиболее распространен механический способ, который отличается простотой аппаратурного оформления и исключает загрязнение окружающей среды. Механическая разделка кабеля производится на станках, специализированных установках и линиях.

Простой по конструкции и удобный в эксплуатации кабелеразделочный станок приведен на рис. 2.12. Станок состоит из корпуса, в котором расположены колеса подающего устройства. Колеса име-

72

ют односторонние зубья и продольные канавки для снятия пленки. В продольном направлении оболочка кабеля разрезается ножом. Кромки ножа разворачивают разрезанную оболочку, освобождая жилы. Подъем и опускание ножа, а также положение подающих колес регулируют в зависимости от диаметра кабеля [2].

Линия разделки лома и отходов кабеля включает оборудование дробления, магнитной и пневматической сепарации, контрольной классификации материалов. Кабельный лом, кроме кабеля в свинцовой оболочке, кусками по 500–2000 мм загружается в дробилку.

Рис. 2.12. Кабелеразделочный станок фирмы Sico:

1 – рама; 2 – привод; 3 – подающие ролики; 4 – подвижная плита; 5 – регулировочный винт; 6 – нож; 7 – направляющая втулка

Дробленый материал (менее 20 мм) с полным раскрытием жил выгружается на ленточный конвейер, над которым установлен магнитный сепаратор. Затем кабельная масса, состоящая из проводников тока, брони (алюминиевой), изоляции, битума, бумаги, подается в пневматический классификатор, где воздушным потоком отдувается основная часть изоляционных материалов. Остальная масса роторным забрасывателем подается в вертикальную трубу первой стадии воздушной сепарации. Легкая фракция выносится воздушным потоком, а тяжелая (медь) поступает в разгрузочный бункер

73

сепаратора. Легкие продукты первой стадии, включающие и мелкие частицы металла, попадают в следующую трубу сепаратора, где воздушным потоком удаляется оставшаяся изоляция, а в разгрузочном бункере собирается алюминий или медь, не отделившиеся на первой сепарации. Производительность линии по медному кабелю – 1,0, по алюминиевому – 0,6 т/ч.

Безокислительный обжиг лома и отходов кабелей в свинцовой, резиновой или битумной оболочках ведется в печных агрегатах, включающих камеру обжига типа канальных печей и охлаждения, конденсатор паров и радиантные трубы, горелки. Короб с ломом устанавливается на выкатной под, который передвигается лебедкой.

При переработке кабеля со свинцовой оболочкой и битумным

покрытием в камере обжига вначале, при 200 С, происходит вытапливание битума и испарение летучих веществ, а затем, при 350 °С, выплавление свинца. Печь снабжена выпускным устройством, обеспечивающим раздельный слив свинца и битума. После термообработки кабель в камере охлаждают водой до температуры 200 °С, а затем направляют на механическую разделку.

Кабель в резиновой оболочке выдерживают в камере обжига при температуре 400 °С, охлаждают водой до 200 °С и затем выдерживают на воздухе до самопроизвольного разрушения резины. В последующем кабель также подвергается механической обработке.

Безокислительная атмосфера в камере обжига обеспечивается за счет герметизации печи, создания в ней избыточного давления (100 Па), а также дозирования воздуха для сжигания природного газа. Образующиеся гaзы, coдepжaщие летучие вещества изоляционных материалов, проходят через конденсатор и затем дожигаются. При обжиге не происходит окисления металлов и выброса в атмосферу вредных примесей.

2.9. Химические способы удаления изоляции. Электрическая сепарация. Криогенный способ переработки кабельного лома

Для удаления изоляции химическими способами могут быть использованы солевые расплавы и органические растворители, не реагирующие с токопроводящим металлом. Низкими температурами плавления обладают легкоплавкие гидроокиси щелочных металлов, °С:

74

После растворения изоляции в корзинах, опущенных в расплав (температура – 320 °С), остается чистый металл, извлекаемый практически до 100 %.

Удаление изоляции можно производить в водном растворе гидроокисей щелочных металлов, нагретом до 150 °С (в автоклавах), что примерно на 30 °С выше точки плавления пластмассы.

Для переработки старых кабелей и проводов в поливинилхлоридной изоляции в качестве растворителя предлагается дихлорэтан, циклогексан, диметилформалин, тетрагидрофуран, метилэтилен. Растворимость изоляции в перечисленных реактивах не вызывает сомнений. Но вот повышенная летучесть, легкая воспламеняемость и ядовитость делают эти растворители малоперспективными.

Для удаления изоляции с проводов и кабеля химическими способами требуется сложное оборудование, большой расход реагентов,

восновном агрессивных и ядовитых, тщательная очистка сточных вод, обезвреживание отходящих газов.

Отделение изоляции от тонкой медной или алюминиевой проволоки (менее 0,4 мм) электростатической сепарацией более прагматично. Разделение металла и изоляции проводится в барабанных сепараторах, помещенных в поле короны: частицы в поле короны вне зависимости от ее состава получают электрический заряд, величина которого зависит от полярности коронного электрода.

Вращающийся электростатический барабан (рис. 2.13), на который из бункера подаются измельченные кабель или провода, заземляется.

Величина заряда частиц зависит от сопротивления, емкости и продолжительности контакта частиц. Когда заряженные частицы контактируют с заземленным барабаном сепаратора, они отдают свой заряд. Скорость отдачи заряда у металла и изоляции различны. Частицы металлов отдают свой заряд практически мгновенно, а изоляция (диэлектрик) с разрядом задерживается, оставаясь на барабане сепаратора. Таким образом, частицы металла, оказавшись на поверхности барабана, первыми отрываются от последнего, попадая

вемкость 8 (рис. 2.13). Непроводящие частицы, перемещаясь вместе с барабаном, попадают в емкость 7 (промпродукт) или емкость 6 (изоляционный материал – хвосты).

75

становится невозможной. Поэтому влажность сырья, направляемого на электростатическую сепарацию, не должна превышать 0,5 %.

Положение коронирующего электрода относительно барабана сепаратора влияет на качество концентрата и извлечение металла. Оптимальный угол равен 55°. Дополнительный электрод, установленный ниже коронирующего для увеличения электростатического поля, заметно увеличивает угол отклонения металлических частиц, что улучшает их отделение от частиц изоляции. С помощью дополнительного электрода содержание металла в отходах изоляционных материалов можно довести до 0,1 % и ниже. При обработке кабельного лома с толстыми жилами эффективность действия дополнительного электрода резко снижается.

Переработка кабельного лома с пластмассовой и резиновой изоляцией при использовании электростатической сепарации представлено технологической схемой (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Технологическая схема переработки кабельного лома

77

Электростатическая сепарация позволяет получать концентрат

ссодержанием, например, меди или алюминия 95,0–99,5 % при извлечении металлов 90–95 %. Электросепарация хорошо вписывается в технологию механической переработки лома и отходов кабельной продукции, обеспечивает снижение потерь цветных металлов

сотходами изоляционных материалов, но не пригодна для отделения изоляции от проводников тока большого диаметра.

Криогенные установки получают все большое распространение для обработки вторичного сырья – кабельного лома и отходов проводников тока, электродвигателей и генераторов, автомобилей и бытовых приборов. Сущность способа заключается в обработке лома и отходов охлаждающими агентами. При этом изоляционные материалы, черные металлы, цинк и его сплавы становятся хрупкими и легко измельчаются. Медь и алюминий остаются пластичными.

Последующее разделение раздробленного или измельченного материала на соответствующие продукты может быть достигнуто благодаря использованию магнитной сепарации, грохочения, гидравлической классификации, обогащения в тяжелых средах или других методов отделения изоляции от цветных металлов. В качестве охлаждающих агентов применяют жидкий азот (температура кипения азота – –195,8°С, температура плавления – –210,50 °С), смеси твер-

дой двуокиси углерода («сухой лед») с некоторыми жидкостями. Углекислый газ легко сжижается при 20 °С и давлении 57,06·105 Па, переходя в бесцветную жидкость. При выливании жидкой двуокиси углерода вследствие испарения поглощается так много тепла, что она превращается в твердую массу – «сухой лед». Последний сублимирует при –78,47 °С.

Втабл. 2.9 даны температуры плавления/кипения некоторых веществ, применяемых в смеси с «сухим льдом» для получения низких температур. При атмосферном давлении твердая двуокись углерода, взятая в избытке, с указанными жидкостями, дает следующие температуры: –82,0 °С – с хлорметаном, –80 °С – с метанолом, –72 °С – с этанолом, –60 °С – с хлорэтаном. Промышленное применение в криогенных установках получили азот, смеси «сухого льда»

сметанолом и жидкой двуокисью углерода.

78

Таблица 2.9

Температуры плавления/кипения некоторых веществ, применяемых в смеси с «сухим льдом» для получения низких температур

Обработанный охлаждающими жидкостями материал можно дробить в мельницах, валковых дробилках, а легкую фракцию (изоляцию) отделять от металла с помощью пневматической или гидравлической классификации. Тяжелая фракция содержит 99 % металла, легкая – 99 % неметаллических материалов. Расход жидкого азота на охлаждение составляет около 400 л/т.

Большим преимуществом криогенного процесса является отсутствие вредных газообразных выбросов и относительно низкая себестоимость переработки.

В некоторых зарубежных странах криогенным способом с использованием жидкого азота перерабатываются скрап электродвигателей, генераторов, стартеров и т. п., содержащий помимо цветных металлов (медь, свинец, алюминий и др.) большое количество железа. Лом и отходы загружают в охлаждаемый жидким азотом барабан (диаметр – 1,6–2 м, длина – 8–12 м). Отношение массы лома к массе жидкого азота составляет 3:1. В барабане лом охлаждается до –98 °С и направляется в молотковую дробилку. Дробленый лом крупностью 30–100 мм подвергают магнитной сепарации, где из него выделяют железо. Немагнитная фракция (цветные металлы) поступает сначала на дробление до крупности 3–25 мм, а затем – на повторную магнитную сепарацию. Полученный лом цветных металлов в дальнейшей идет на разделение в тяжелосредней установке. В качестве утяжелителя используют суспензию ферросилиция. Плотность суспензии изменяют от 2 до 3 г/см3. На установке получают медный (94,0–96 % меди, 2–5 % алюминия) и алюминиевый продукты (93–95 % алюминия, 2–3 % меди); лом чугуна и железа.

79