Механическая переработка твердых отходов

Накопление значительных масс твердых отходов в промышленности обусловлено существующим уровнем технологии переработки сырья и недостаточностью его комплексного использования.

Многообразие видов твердых отходов, значительное различие состава одноименных отходов усложняют задачи их утилизации. Различные технологии рекуперации твердых отходов в своей основе базируются на методах, совокупность которых обеспечивает возможность утилизации вторичных материальных ресурсов или их переработки в целевые продукты.

Утилизация твердых отходов приводит к необходимости либо их разделения на компоненты с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида.

Промышленные отходы, утилизация которых не связана с фазовыми превращениями или воздействием химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, подвергают двум видам механической обработки: измельчению или компактиро- ванию (прессованию). Это в равной степени относится к отходам как органического, так и неорганического происхождения.

После измельчения, за которым может следовать фракционирование, отходы превращают в продукты, готовые для дальнейшего использования. Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и различными комбинациями этих способов (рис. 6.13).

По размеру кусков исходного сырья и конечного продукта измельчение условно делят на несколько классов, исходя из которых выбирают измельчающее оборудование. Приблизительная классификация методов измельчения приведена в табл. 6.1.

В.13. Способы измельчения твердых тел

Рис. В.13. Способы измельчения твердых тел: а — стесненный удар; б — свободный удар; в — раздавливание; г— истирание; д — раскалывание; е — резание; Р — нагрузка; v — скорость

Один из недостатков, возникающих при измельчении вязких, упругих и вязкоупругих материалов (резина, некоторые виды термопластов и др.), заключается в том, что при комнатной температуре энергозатраты на их переработку очень велики, хотя непосредственно на измельчение расходуется не более 1% энергии, основная же ее часть преобразуется в теплоту Поэтому в последние 15—20 лет все большее применение находит техника криогенного измельчения, которая позволяет охлаждать материал ниже температуры хрупкости. Как правило, в качестве охлаждающего агента используют жидкий азот, имеющий температуру -196°С, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов. При таком способе дробления резко возрастает степень измельчения, повышается производительность процесса, снижаются удельные энергозатраты, предотвращается окисление продукта.

Таблица 6.1

Классификация методов измельчения

Класс измельчения

Размер кусков, мм

до измельчения

после измельчения

Дробление:

крупное

1000

250

среднее

250

20

мелкое

20

1...5

Помол:

грубый

1...5

0,10...0,04

средний

0,10...0,04

0,005...0,015

тонкий

0,10...0,02

0,001...0,005

коллоидный

Менее 0,1

Менее 0,001

Дробление. Интенсивность и эффективность химических диффузионных и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. Метод дробления используют для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью до 5 мм. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость дробления.

Измельчение. Этот метод используют для получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм. При переработке твердых отходов используют агрегаты грубого и тонкого измельчения: стержневые, шаровые и ножевые мельницы, дезинтеграторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны. В качестве несущей среды при сухом измельчении чаще всего применяют воздух, реже — дымовые или инертные газы, а при мокром — воду. Измельчение отходов пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение).

Работа А , затраченная при дроблении или измельчении на разрушение исходного материала, прямо пропорциональна вновь образованной поверхности S :

где кх коэффициент пропорциональности; AS — приращение поверхности.

Степень дробления / выражает отношение размеров кусков подлежащего дроблению dH и кусков раздробленного материала dK.

Работа внутренних сил упругости при отсутствии потерь равна работе внешних сил, вызвавших упругую деформацию тела:

где о — напряжение, возникающее при деформации; V — объем деформированного тела; Е — модуль упругости (модуль Юнга).

Работа измельчения одного куска размером d равна

где к2 — коэффициент пропорциональности.

В обобщенном виде работа, затрачиваемая на деформацию разрушаемых кусков и образование новых поверхностей, равна

где а, Р — коэффициенты пропорциональности; AV — деформированный объем; AS — вновь образованная поверхность.

В чистом виде работа при дроблении пропорциональна среднегеометрическому между объемом V и вновь образованной поверхностью S:

где къ коэффициент Бонда.

Измельчение может происходить в открытом и замкнутом циклах в сочетании с классификацией, а также в один или несколько приемов (рис. 6.14).

Б.14. Схемы дробления

Рис. Б.14. Схемы дробления:

а — открытый цикл; б — открытый цикл с предварительным грохочением; в — замкнутый цикл с предварительным и поверочным грохочением; г—замкнутый цикл с грохочением

Машины для измельчения твердого материала по принципу его разрушения разделяют на три группы: раздавливающего, ударного и ударно-истирающего действия. К первой группе относят двухвалковые дробилки с гладкими, рифлеными и зубчатыми валками, щековые и конусные дробилки, ко второй — молотковые дробилки (рис. 6.15), к третьей — барабанные мельницы для сухого и мокрого помола.

Классификация и сортировка (сепарация) отходов. В ряде случаев переработка измельченных отходов должна сопровождаться их разделением на фракции по крупности. Для разделения кусковых и сыпучих материалов применяют различные способы: просеивание или грохочение; разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил.

Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях (колосниковых решетках, решетах, проволочных сетках, щелевидных ситах). Грохочение может

В.15. Схема молотковой дробилки

Рис. В.15. Схема молотковой дробилки:

1 — корпус: 2 — зубчатые плиты; 3 — вал; 4 — диск; 5 — молоток: 6 — колосниковая решетка; 7 — загрузочное отверстие

осуществляться непрерывно и периодически. На рис. 6.16 показаны способы непрерывного многократного грохочения. Способ «от мелкого к крупному» осуществляют через сита, расположенные в одной плоскости, размеры которых увеличиваются от каждого предыдущего сита к последующему (рис. 6.16, а). Способ «от крупного к мелкому» осуществляют через сита, расположенные один над другим, размеры отверстий которых уменьшаются от верхнего сита к нижнему (рис. 6.16, б). Классификация по комбинированному способу сочетает первые два из указанных способов (рис. 6.16, в).

В.1Б. Способы многократного грохочения

Рис. В.1Б. Способы многократного грохочения: а — от мелкого к крупному; б — от крупного к мелкому; в — комбинированный

Основным показателем грохочения является его эффективность Г|, определяемая отношением количества подрешетного продукта к его общему количеству в исходном материале, %:

где а и о — содержание нижнего класса в исходном материале и над- решетном продукте, %.

Для разделения твердых материалов в виде пульп используют классификаторы грубой и тонкой классификации. Полноту разделения при классификации характеризуют коэффициентом разделения

где (3 и г> — содержание данного класса в сливе и песках.

При гравитационном и центробежном способах разделение измельченных продуктов на классы или выделение целевого продукта осуществляют методом раздельного высаживания частиц из несущей среды под действием гравитационно-инерционных или гравитационно-центробежных сил. Разделение сыпучих материалов под действием гравитационно-инерционных сил производится в газовых осадителях и гидравлических классификаторах, а под действием гравитационно-центробежных сил — в сепараторах циклонного типа, с вращающимися лопастями и т. п. (рис. 6.17).

В том случае, если отходы содержат металлические включения, их обычно пропускают через магнитный сепаратор (например, с движущейся лентой или с вращающимся барабаном). В магнитном поле, создаваемом с помощью электромагнитов, происходит отделение магнитных металлов от органической части отходов (рис. 6.18).

Окускование отходов. Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности, в реку- перационной технологии твердых отходов распространены методы, связанные с укрупнением мелкодисперсных частиц, использующие приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.

Гранулирование — процесс формирования агрегатов шарообразной или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах обработки материалов: окатывании, прессовании порошков в дисперсных потоках, гранулировании расплавов. Способность гранулируемых материалов к уплотнению и формованию характеризуют значения коэффициентов гранулируемости:

где р и р0 — текущая и исходная плотность гранулируемого материала, кг/м3; о — предел прочности гранул при сжатии, Па; рш — давление уплотнения, Па.

Рис. В.17. Схемы воздушных сепараторов: а — воздушно-проходной: 1,6, 7 — патрубки; 2 — отбойный конус; 3 — корпус;

4 — внутренний конус; 5 — лопатки завихрителя; 6 — воздушно-циркуляционный: 1,4,5 — патрубки; 2 — диск; 3,7 — конусы; 6 — корпус; 8 — лопатки завихрителя; 9 — вентиляторное колесо; 10 — вал

Рис. 6.18.

Барабанный магнитный сепаратор:

  • 1 — питатель; 2 — полюсы электромагнитной системы;
  • 3 — обмотка электромагнитов; 4 — ферромагнитные тела;
  • 5— перегородки;
  • 6 — разгрузочный желоб;
  • 7 — зона разгрузки магнитного продукта; 8 — разгрузка немагнитного продукта

Коэффициенты гранулируемости позволяют обоснованно рекомендовать метод гранулирования для данного материала: чем больше значения К{ и К2, тем меньшими усилиями обеспечивается заданная степень уплотнения материала.

Для получения монодисперсного гранулята применяют тарельчатые грануляторы окатывания (рис. 6.19).

В.19. Тарельчатый гранулятор

Рис. В.19. Тарельчатый гранулятор:

  • 1 — чаша; 2 — электродвигатель; 3 — редуктор; 4 — регулировочное устройство; 5 — фундамент; 6 — станина; 7 — ножи; 8 — колпак для отсоса газов;
  • 9 — трубопровод подачи жидкости; 10 — труба для подачи материала;
  • 11 — зона разбрызгивания жидкости; 12 — малая глубина слоя частиц;
  • 13 — наибольшая глубина слоя частиц

Брикетирование — подготовительные и самостоятельные операции в практике утилизации твердых отходов. Брикетирование дисперсных материалов проводят без связующего при давлениях прессования рпл > 80МПа и с добавками связующих при давлении рш < 15...25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материалов существенное влияние оказывают состав, влажность и крупность материала, температура, удельное давление и продолжительность прессования. Необходимое удельное давление прессования обычно находится в обратной зависимости от влажности материала.

Прессование при высоких давлениях — один из способов улучшения условий эксплуатации полигонов (свалок). Уплотненные отходы дают меньшее количество фильтрата и газовых выбросов; при этом снижается вероятность возникновения пожаров, эффективнее используется земельная площадь полигона.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >