МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Утилизация твердых отходов в большинстве случаев приводит к необходимости их разделения на компоненты (в процессах очистки, обогащения, извлечения ценных составляющих) с последующей переработкой выделенных материалов различными методами. Совокупность наиболее распространенных методов подготовки и переработки твердых отходов представлена на рис. 1.1.

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Измельчением называется процесс разделения твердых тел на части под действием механических сил.

Если требуется уменьшить размеры кусков без придания им определенной формы, процесс измельчения называется дроблением; если же одновременно с уменьшением размеров кусков им придается определенная форма, процесс измельчения называется резанием. По характеру применяемых усилий [6—11] способы дробления могут быть классифицированы как дробление при помощи удара, раздавливания, раскалывания, истирания, разрыва, изгиба (рис. 1.2).

При ударе (см. рис. 1.2, а, б) под действием динамических нагрузок в теле возникают напряжения, приводящие к его разрушению. При этом различают разрушение при стесненном и свободном ударе. Стесненный удар обеспечивается наличием нескольких рабочих органов, оказывающих воздействие на тело. Свободный удар обеспечивается столкновением с рабочим органом машины или другим измельчаемым телом. Удар применяется в роторных и молотковых дробилках, молотковых и струйных мельницах, дезинтеграторах.

При раздавливании (см. рис. 1.2, в) определяющими являются напряжения сжатия под действием статической нагрузки между рабочими органами. Раздавливание применяется в щековых дробилках.

При истирании (см. рис. 1.2, г) основные разрушающие напряжения — напряжения сдвига. Истирание в комбинации с раздавливанием применяется в валковых и шаровых мельницах, валковых и конусных дробилках.

При раскалывании (см. рис. 1.2, д) в теле создаются изгибающие напряжения; этот способ измельчения применяется в дискозубых дробилках.

Методы подготовки и переработки твердых отходов

Рис. 1.1. Методы подготовки и переработки твердых отходов

Способы измельчения твердых тел

Рис. 1.2. Способы измельчения твердых тел:

а — стесненный удар; б — свободный удар; в — раздавливание; г — истирание; д — раскалывание; е — резание; Р — нагрузка; V — скорость

При резании (см. рис. 1.2, ё) возникают напряжения сдвига; этот способ применяется при измельчении пластичных материалов, древесных отходов, бумаги и т.п.

Обычно при измельчении материала комбинируются те или иные усилия, например, раздавливание и удар, истирание и удар. Раздавливание применяют главным образом при крупном и среднем дроблении, истирание — при тонком измельчении. В зависимости от физико-механических свойств материалов выбирают обычно следующие методы измельчения:

Свойства материала

Метод измельчения

твердый и хрупкий.....................

раздавливание, удар

твердый и вязкий.......................

раздавливание

хрупкий, средней твердости......

удар, раскалывание и истирание

вязкий, средней твердости........

истирание или истирание и удар

Выбор того или иного способа воздействия определяется размером кусков и механическими свойствами дробимых материалов. Большое значение имеет также степень дробления i — отношение средних размеров куска до (dH) и после (dK) дробления:

Для машин крупного измельчения степень измельчения i = 3—8, для машин мелкого и тонкого измельчения i = 100.

В зависимости от крупности исходного и измельченного материала различают процессы дробления и измельчения. Эти процессы в зависимости от конечной крупности получаемого материала условно разделены на несколько стадий, представленных в табл. 1.1.

При выборе способа дробления главную роль играют физические свойства материала. Прежде всего необходимо знать его твердость. На практике твердость определяется путем ее сравнения

Таблица 1.1

Стадии дробления и измельчения

Стадии

Размер, мм

до измельчения

после измельчения

Дробление

крупное

> 500

100-400

среднее

100-500

20-100

мелкое

50-100

4-20

Измельчение

крупное

20-100

1,0-4,0

среднее

5-50

0,1-1,0

тонкое

1,0-10

0,01-0,1

сверхтонкое

0,1-1,0

< 0,01

с данными минералогической шкалы Мооса, содержащей некоторые эталонные минералы, имеющие разную степень твердости, или весьма рациональной шкалы Россиваля, основанной на измерениях истирания. Для оценки способности материалов к измельчению пользуются также коэффициентом размолоспособности, выражающим отношение удельного расхода энергии на измельчение эталонного материала к удельному расходу энергии на измельчение сопоставляемого с ним материала (в воздушно-сухом состоянии) при одинаковой степени измельчения.

В табл. 1.2 приведены данные о твердости эталонных минералов по разным шкалам.

Таблица 1.2

Шкала твердости

Образец

Моос

Россиваль

Практическое определение

Тальк

1

0,03

Очень мягкий

Каменная соль

2

2,4

Мягкие

Кальцит

3

4,5

Флюорит

4

4,7

Апатит

5

7

Твердые

Ортоклаз

6

32

Кварц

7

117

Топаз

8

140

Очень твердые

Корунд

9

1000

Алмаз

10

140 000

Вторым важным свойством материала является его сопротивление раздавливанию, измеряемое обычно на нормированных плитах путем раздавливания образца в гидравлическом прессе. Для материалов, наиболее часто подвергаемых дроблению, сопротивление раздавливанию находится в пределах от 200 до 5000 кг/см2. По этому сопротивлению можно до некоторой степени судить о твердости данного материала. Чем мягче материал, тем менее прочным является он при раздавливании.

Для разрушения материала нужно преодолеть силы взаимного сцепления частиц. При этом затрачивается работа, определение которой является одной из главных проблем теории измельчения. Работа, затрачиваемая на дробление, слагается из нескольких величин:

  • 1) работы на объемную деформацию разрушаемых кусков материала;
  • 2) работы на создание новых поверхностей, образуемых при уменьшении размера кусков;
  • 3) работы на создание тепла, возникающего при работе дробильных машин и бесполезно теряемого в окружающее пространство.

Два первых слагаемых являются полезно затрачиваемой работой А при дроблении.

Ребиндер выразил значение этой работы уравнением

где Ах работа на деформацию разрушаемого куска; А2 работа на образование новой поверхности; AV — уменьшение объема кусков материала в результате их деформации перед разрушением; Нм постоянная для данного материала, характеризующая его структурно-механические и физико-химические свойства; AS — приращение поверхности; Hs постоянная, характерная для данного материала и пропорциональная свободной поверхностной энергии твердого тела.

При грубом дроблении, когда величина вновь образованной поверхности невелика, второй член уравнения не представляет значительной величины. Следовательно:

Это уравнение названо уравнением Кирпичева — Кика. Оно утверждает, что работа дробления пропорциональна объему (или массе) дробленого материала.

Для случая тонкого измельчания в уравнении можно пренебречь членом Аь и тогда это уравнение примет вид

Это уравнение названо уравнением Риттингера.

При выборе метода измельчения необходимо учитывать свойства материала, например, его склонность к комкованию, влажность и др.

Машины для измельчения (дробления и размола) делят на дробилки и мельницы. Обычно мельницами называют машины для тонкого и сверхтонкого измельчения, дробилками — машины для крупного, среднего и мелкого дробления, но такое деление является весьма условным.

Классификация машин для измельчения по конструктивным особенностям приведена на рис. 1.3.

Классификация машин для измельчения

Рис. 1.3. Классификация машин для измельчения

Схемы измельчения. Осуществление процесса измельчения связано с затратой большого количества энергии, поэтому основной принцип, положенный в основу схемы измельчения, — не дробить ничего лишнего. Полученный после каждой стадии измельченный продукт подвергается рассеву (классификации). Более крупные куски возвращаются на повторное измельчение, а куски требуемых размеров поступают на следующую стадию.

При этом, чем прочнее материал, тем меньшим выбирается значение степени измельчения, а следовательно, увеличивается число самих стадий.

Измельчение может осуществляться в открытом и замкнутом циклах, а также в один или несколько приемов.

При измельчении в открытом цикле (рис. 1.4, а, б) твердый материал проходит через измельчающее устройство только один раз. По такой схеме проводят измельчение, когда нет необходимости соблюдать четкий размер частиц в продуктах размола. В ряде случаев для сокращения энергозатрат исходный материал классифицируют и измельчают только на крупные куски, а отделенную мелочь присоединяют к конечному продукту (см. рис. 1.4, б).

При измельчении в замкнутом цикле (рис. 1.4, в, г) измельчающая машина функционирует совместно с классифицирующим и транспортирующим устройствами, при помощи которых крупный продукт непрерывно возвращается на повторное измельчение. Такие схемы, позволяющие рационально использовать энергию и повышать производительность оборудования, используют для получения конечного продукта однородного состава.

Схемы дробления

Рис. 1.4. Схемы дробления:

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

Количество материала, возвращаемого на повторное измельчение, называемое циркуляционной нагрузкой, может изменяться в пределах 25—60% от количества исходного материала.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >