1.2 Физические методы сепарации отходов

При переработке твердых промышленных отходов (особенно минеральных, содержащих черные и цветные металлы; вышедшей из строя радиоэлектронной аппаратуры и других изделий на основе металлов и сплавов; некоторых топливных зол; смесей пластмасс; шлаков цветной и черной металлургии и др.) используют различные физические методы сепарации. Эти методы основаны на различиях в магнитных, электрических и других физических свойствах отходов.

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 высокой избирательной способностью, экологической чистотой, простотой обслуживания и низкой себестоимостью.

Магнитные методы используют для отделения парамагнитных (слабомагнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) компонентов смесей твердых материалов от их диамагнитных (немагнитных) составляющих. Магнитной сепарацией можно выделить вещества с удельной магнитной восприимчивостью выше 10 м /кг. Сильномагнитными свойствами обладают железо и его сплавы, слабомагнитные оксиды железа после их обжига и некоторые другие вещества. Ряд оксидов, гидроксидов и карбонатов железа, марганца, хрома и редких металлов относится к материалам со слабомагнитными свойствами. Различные породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, кальцит и т.п.) относятся к немагнитным материалам.

Слабомагнитные материалы обогащают в сильных магнитных полях (напряженностью Н = 800-1600 кА/м), сильномагнитные — в слабых полях (Н = 70-160 кА/м). Магнитные поля промышленных сепараторов бывают в основном постоянными или переменными; комбинированные магнитные поля применяют реже.

Магнитная сепарация

В магнитных сепараторах неоднородность магнитного поля создается полюсными наконечниками различной формы. Для получения магнитных полей с малой величиной grad Н применяют естественные или искусственные магниты из специальных сплавов с постоянным магнитным полем. Сильные магнитные поля с высоким градиентом напряженности создаются катушками, питаемыми постоянным током и снабженными стальными сердечниками. При этом, чем больше величина намагничивающего тока и количество витков в катушке, тем выше напряженность магнитного поля в рабочем зазоре сепаратора.

Магнитная сила F_MarH, действующая на частицу материала, определяется по формуле:

где V — объем частицы; m — объемная магнитная восприимчивость; Н — напряженность магнитного поля.

Удельное значение магнитной силы/магн определяется по формуле.

где q — масса частицы.

Принцип работы магнитного сепаратора схематически показан на рис. 1.

Рис. 1. Принцип работы магнитного сепаратора

а — верхняя зона; б — нижняя зона; в — вертикальная зона;

I-исходное сырье; II — магнитный продукт;Ш — немагнитный продукт

Кроме магнитной силы, на частицу, находящуюся в рабочей зоне сепаратора, действуют силы тяжести Р, трения F_т, центробежная F_ц и сопротивления среды F_с.

Для успешного разделения магнитных и немагнитных частиц в магнитном поле сепаратора магнитная сила, действующая на магнитные частицы, должна превышать равнодействующую всех механических 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 подлежащего переработке материала и определяется типом используемых сепараторов. Последние обычно снабжены многополюсными открытыми или закрытыми магнитными системами, создающими различные типы магнитных полей. Сепараторы отличаются способами питания (верхняя или нижняя подача материала) и перемещения продуктов обогащения (барабанные, валковые, дисковые, ленточные, роликовые, шкивные сепараторы) и другими характеристиками.

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

Q = qnL_p (1.3)

где Q -производительность сепаратора по сухому исходному питанию, т/ч; q — удельная производительность, т/(м-ч); n — число головных барабанов, валков или роликов в сепараторе;L_p — рабочая длина барабана, валка или ролика, м.

Эвакуируемые из магнитного поля зерна сильномагнитных материалов вследствие остаточной намагниченности могут агломерироваться 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 извлечения железных и других ферромагнитных предметов из разрыхленных немагнитных материалов, нашли широкое применение при переработке твердых отходов.

Номенклатура электромагнитных сепараторов, используемых для разделения отходов, достаточно велика, и они могут быть классифицированы следующим образом: подвесные железоотделители, электромагнитные шайбы, электромагнитные шкивы, электромагнитные барабаны, электромагнитные сепараторы. Кроме того, выпускаются мобильные электромагнитные установки для отделения 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). Классификация магнитных сепараторов производится по напряженности магнитного поля. Существуют сепараторы для разделения сухих зернистых или кусковых материалов и сепараторы для разделения материалов в водной среде. Для удаления магнитных материалов из продуктов дробления применяют шкивные электромагнитные сепараторы (железоотделители) типа ШЭ, которые устанавливаются вместо приводного барабана ленточного конвейера.