1.2 Укрупнение отходов производства

Укрупнение отходов производства используют при подготовке к переплаву дисперсных отходов черных и цветных металлов, при утилизации пластмасс, саж, пылей, пиритных огарков, при переработке в строительные материалы отходов обогащения и др. Укрупнение размеров мелкодисперсных материалов осуществляют методами гранулирования, таблетирования, брикетирования, высокотемпературной агломерации.

Гранулирование осуществляют окатыванием и прессованием в грануляторах различных конструкций. Производительность этих аппаратов и характеристики грануляторов зависят от свойств исходных материалов, применяемых связующих, конструктивных факторов.

Таблетирование отходов осуществляют с помощью таблеточных машин различных типов, принцип действия которых основан на прессовании дозируемых материалов в матричные каналы. Таблетки выпускают в виде цилиндров, сфер, дисков, колец и т.п.

Брикетирование применяют с целью придания отходам компактности, уменьшения их объема, улучшения условий транспортировки, хранения. Брикетирование осуществляют с помощью прессов различных конструкций. Например, брикетирование древесных отходов повышает теплоту сгорания опилок и стружек. Плотные брикеты можно использовать как твердое топливо. Прессование металлической стружки приводит к снижению потерь металла на угар.

Высокотемпературную агломерацию осуществляют с помощью агломерационных машин и используют при укрупнении дисперсных железосодержащих отходов: окалины, пылей, шламов, пиритных огарков. Укрупнение измельченных полимерных отходов с целью увеличения насыпной плотности (кг/м³) осуществляется в специальных установках агломераторах. Агломерированные измельченные полимерные отходы достигают насыпной плотности от 100 кг/м³ до 450 кг/м³, что значительно облегчает работу червячного пресса-экструдера гранулятора, что в конечном результате дает возможность получать гранулированное вторичное полимерное сырье насыпной плотностью до 850 кг/м³.

1.3 Классификация и сортировка твердых отходов производства

Классификацию и сортировку по фракциям осуществляют просеиванием и грохочением путем использования различных конструкций сит, решеток, грохотов; гидравлической и воздушной сепарации с помощью гидроциклонов, спиральных классификаторов.

Для разделения измельченных твердых тел на фракции с зернами приблизительно одинаковой величины применяют грохочение или ситовую классификацию.

Процесс грохочения может иметь самостоятельное значение – для приготовления готовых продуктов определенных сортов, или же может быть вспомогательным, например, при подготовке материала для каких-либо последующих операций. В первом случае грохочение называют сортировкой, а во втором – классификацией.

Грохочение производят при помощи сит или грохотов – аппаратов, главной частью которых являются плоские цилиндрические или конические сита. При грохочении мелкие куски, размеры которых меньше размеров отверстий сита, проходят через последние, а крупные куски остаются на сите и таким образом отделяются от мелких.

При вовлечении ТБО в промышленную переработку в качестве техногенного сырья, по аналогии с комплексной переработкой многокомпонентных природных сырьевых материалов (руд, горно-химического сырья, угля и пр.), особую роль играют обогатительные процессы как подготовительные операции, позволяющие выделить те или иные ценные компоненты для вторичного использования, удалить опасные компоненты и оптимизировать состав отходов для последующих переделов переработки. Не случайно на последних международных форумах (США, Германия) по обогащению полезных ископаемых вопросам обогащения ТБО уделено серьезное внимание и посвящены заседания специальных секций.

Сепарация ТБО, аналогично обогащению других сырьевых материалов (в частности, полезных ископаемых), представляет собой совокупность процессов первичной обработки сырья с целью извлечения ряда ценных компонентов, удаления опасных и балластных компонентов, выделения фракций отходов, оптимальных по составу для переработки тем или иным методом.

В отличие от обогащения полезных ископаемых, всегда связанного с за-

грязнением окружающей среды, сепарация ТБО как техногенного сырья имеет прямое природоохранное значение, поскольку выход хвостов сепарации всегда меньше количества исходного сырья, а состав отходов для последующих переделов переработки оптимизируется с точки зрения гомогенизации, способности к горению, снижения содержания опасных и балластных компонентов и др., что повышает экологическую безопасность промышленной переработки муниципальных отходов.

Сепарация ТБО, их обогащение является эффективной операцией перед термо- и биообработкой отходов. Так, по опубликованным данным, предвари-тельная сортировка ТБО, удаление металлических компонентов, отработанных электробатареек и аккумуляторов, некоторых видов синтетических материалов уменьшает при сжигании выбросы ртути и мышьяка на 70-75 %, свинца – на 40 %, при этом эффективность сжигания и ферментации ТБО повышается, а состав продуктов и отходов переработки улучшается.

Принципиально возможны три взаимодополняющих друг друга направления сепарации ТБО:

• селективный покомпонентный сбор отходов у населения в местах образования с последующей доводкой продуктов на специальных сортировочных установках (преимущественно методами ручной сортировки; для извлечения металлов иногда применяется механизированная сепарация);

• селективный пофракционный сбор в местах образования так называемых коммерческих отходов (отходов рынков, магазинов, учреждений, школ и др.), с последующим извлечением из них ценных компонентов комбинированными методами ручной и механизированной сортировки (на специальных объектах);

• сортировка в заводских условиях комплексной переработки ТБО (преимущественно механизированная, поскольку ручная сортировка отходов жилого фонда на ленте тихоходного конвейера малоэффективна; в ряде случаев технологическая схема может включать элементы ручной сортировки крупнокусковой фракции ТБО).

Технически наиболее сложной является операция грохочения твердых материалов – процесс разделения ТБО на классы по крупности.

Грохочение отличается широким распространением и уникальностью, оно может быть применено ко всем без исключения твердым материалам.

При переработке твердых отходов наиболее часто применяются грохоты двух типов – барабанные и вибрационные; реже применяются колосниковые грохоты.

Барабанный грохот – наиболее распространенный аппарат, используемый в технологиях сепарации ТБО. Весьма часто применяют барабанные грохоты для промывки глинистых руд, для сортировки песка, гравия и щебня, а также при обогащении асбестовых, графитовых и некоторых других руд.

Барабанные грохоты имеют просеивающую поверхность цилиндрической, реже – многогранной формы. Устанавливается барабанный грохот на опорные катки под небольшим углом к горизонту (обычно 5-7º).

Материал загружается внутрь вращающегося барабана и попадает на просеивающую поверхность (рис. 4) куски материала под действием сил трения увлекаются внутренней поверхностью вращающегося барабана и поднимаются на высоту Н над нижней образующей. После того, как поверхность АВ займет положение плоскости естественного откоса, куски скатываются по этой поверхности и одновременно, за счет наклона барабана, перемещаются по АС, продвигаясь вниз к разгрузочному концу грохота. После прекращения движения куски снова подхватываются барабаном и цикл повторяется. В результате траектория движения куска представляет собой зигзагообразную линию АСА´С´:

α О R О R А А А´ В В С В С´

Рисунок 4 – Принципиальная схема процесса грохочения

Продвигаясь по внутренней поверхности барабана, материал просеивается на два продукта – подрешетный и надрешетный. Если требуется получение нескольких фракций по размерам, то решетки просеивания грохота собираются из нескольких секций с отверстиями различного размера, увеличивающимся к разгрузочному концу.

Толщина h сегментного слоя материала, находящегося в барабане грохота, не должна превышать двойного размера максимальных кусков фракций d_max в питании: h ≤ d_max.

Продвигаясь по внутренней поверхности барабана, материал просеивается на два продукта – подрешетный и надрешетный. Если требуется получение нескольких фракций по размерам, то решетки просеивания грохота собираются из нескольких секций с отверстиями различного размера, увеличивающимся к разгрузочному концу.

Толщина h сегментного слоя материала, находящегося в барабане грохота, не должна превышать двойного размера максимальных кусков фракций d_max в питании: h ≤ d_max.

Угол отрыва β (наибольший центральный угол, соответствующий сегменту загрузки) не должен превышать 90º (β ≤ 90º).

Исходя из данных практики, диаметр D барабана при грохочении ТБО должен превышать размер максимального куска не менее, чем в 8 раз, при грохочении руд и природных строительных материалов – не менее, чем в 14 раз (D ≥ 8-14 d_max). Критическая скорость вращения барабана составляет 30-45 % от критической (практически 10-15 об./мин.)

При неизменной производительности эффективность грохочения повы-шается при уменьшении слоя загружаемого на просеивающую поверхность грохота материала твердых фракций ТБО или увеличении диаметра барабана.

Производительность грохота повышается при увеличении угла наклона барабана α, но при этом снижается эффективность грохочения. Реальная производительность барабанных грохотов по исходным ТБО составляет 20-25 т/час.

В результате грохочения получают:

1. отсев, состоящий из частиц, прошедших через отверстия сита;

2. отход, состоящий из частиц, не прошедших через отверстия сита и вышедших с другого конца грохота.

Практически вследствие несовершенства процесса грохочения не все частицы, размеры которых меньше отверстий сита, проходят через отверстия и некоторая часть их покидает грохот вместе с отходом. Поэтому количественно отсев всегда меньше просева.

Процесс грохочения будет тем более совершенным, чем больше отсев приближается к просеву. Отношение величины отсева к величине просева, выраженное в процентах, и есть к.п.д. грохота, характеризующий качество грохочения.

Примем обозначения:

– общий вес исходного материала, поступающего на грохочение, в кгс;

– содержание просева в исходном материале, в %;

– вес отсева, полученного в результате грохочения, в кгс.

Тогда к.п.д. грохота можно выразить формулой:

; (3)

или . (4)

К.п.д. в зависимости от типа и конструкции грохота колеблется в пределах 60-75 % (предельно 90 %) и обусловливается рядом факторов. Основными из них являются:

• форма и размер отверстий сита;

• форма кусков материала;

• толщина слоя материала на грохоте;

• влажность сортируемого материала;

• скорость и характер движения материала на грохоте.

Форма и размер отверстий сита являются одним из решающих факторов и должны быть в каждом конкретном случае подобраны в зависимости от формы частиц обрабатываемого материала. Для просеивания материала с частицами относительно правильной шаровой формы применяют сита с круглыми отверстиями, в других случаях применяют сита с продолговатыми, прямоугольными и квадратными отверстиями.

Куски шаровой формы проходят в отверстия сит значительно легче, чем куски удлиненной формы.

Размеры отверстий обычно выбирают несколько большими размеров частиц, которые должны быть получены в отсеве. Например, для частиц размером от 5 до 25 мм выбирают сита с отверстиями на 3 мм больше размеров частиц отсева и т.д.

Если грохочение проводят в барабанных грохотах, изготовленных из перфорированных листов, необходимо учитывать, что вследствие изгиба фактический диаметр отверстия сита будет меньше номинального.

Толщина слоя материала на грохоте сказывается на качестве грохочения в том отношении, что при толстом слое материала на грохоте мелкие куски, находящиеся в верхней части слоя, могут, не приходя в соприкосновение с ситом, попадать в отход. Поэтому чем тоньше слой материала, тем эффективнее работает грохот.

Грохоты необходимо равномерно питать материалом. Если питание происходит неравномерно и сито периодически загружается крупными порциями сортируемого материала, то условия просеивания значительно ухудшаются.

Выбор скорости прохождения материала через грохот имеет решающее значение. Чем меньше скорость, тем больше частиц будет попадать в отверстия и проходить через них и тем выше будет к.п.д. грохота. Поэтому в каждом конкретном случае надо выбирать скорость с учетом как к.п.д. грохота, так и его производительности.

Для частиц, имеющих форму, близкую к шаровой, рекомендовано определять предельную скорость передвижения материала по грохоту их выражения:

, м/сек (5)

где – радиус кусков отсева в м.

Характер движения и длина пути материала на сите грохота также играют большую роль. Чем длиннее путь, тем выше качество грохочения. Увеличение длины пути материала на грохоте позволяет вести грохочение с небольшой скоростью при небольшой толщине слоя, что способствует повышению качества грохочения.

Свободное спокойное скольжение материала по поверхности сита способствует тому, что мелкие частицы материала остаются в верхних слоях, не приходя в соприкосновение с отверстиями сита, и выходят из грохота вместе с отходом. Поэтому более выгодно встряхивать материал на сите, что и принято для большинства современных конструкций грохотов.

С повышением влажности сортируемого материала ухудшаются условия просеивания мелких зерен, так как они слипаются друг с другом, собираются в комки и поэтому задерживаются на сите.

Практическое применение нашли грохоты двух типоразмеров – КМ-202Б (сепарация ТБО) и КМ-201А (сепарация компоста), устанавливаемые с углом наклона α, равным 7º, производства фирмы МГО «Коммаш» (г. Санкт-Петербург), Россия.

Основные характеристики грохота для сепарации ТБО (мм):

диаметр отверстий 250;

диаметр барабана 3000;

длина просеивающей поверхности 6000;

масса 15 т.

Основные характеристики грохота для сепарации компоста (мм):

диаметр отверстий 45-60;

диаметр барабана 2500;

длина просеивающей поверхности 4000;

масса 20 т.

Конструкции грохотов, на которых производят грохочение, классифицируют по различным признакам следующим образом:

• в зависимости от способов действия грохоты делят на неподвижные и подвижные;

• в зависимости от формы решетки просеивания грохоты делят на плоские и барабанные;

• в зависимости от вида просеивающей решетки различают грохоты колосниковые и решетчатые.

В свою очередь, каждый из указанных классификационных признаков имеет значительное число разновидностей конструкций грохотов.

Обогащение отходов производства и твердых бытовых отходов предлагаемыми методами подготовки и переработки имеет свою специфику в выборе как технологических процессов, так и аппаратурного оформления.

Число обогатительных операций, их вид и последовательность в техноло-гической схеме зависит от морфологического и гранулометрического состава влажности отходов, определяется задачами механизированной сортировки в каждом конкретном случае и закономерностями обогащения сырьевых материалов с учетом работы промышленных предприятий регионов Украины.