Механотермическая обработка отходов. Окускование, гранулирование, брикетирование, высокотемпературная агломерация.

1. ОКУСКОВАНИЕ.

Зачастую для технологического процесса утилизации необходимо решать задачи укрупнения мелкодисперсных частиц, которое проводят приемами гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерацией.

Эти методы используют при переработке в строительные материалы отдельных компонентов отвальных пород, хвостов обогащения золы и углей, в цементной промышленности, при производстве удобрений, в процессах утилизации пластмасс, пыли, древесной мелочи и др.

2. ГРАНУЛИРОВАНИЕ

Эти методы объединяют большую группу формирования агрегатов обычно шарообразной или цилиндрической формы и основаны на различных приемах обработки материала. Наиболее распространено окатывание в ротационных (барабанных, тарельчатых, ЦБ и лопастных) и вибрационных грануляторах различных конструкций.

Производительность аппаратов и характеристики гранулятов зависят от свойств исходных материалов, от технологических и конструктивных факторов.

Технологические:

-расходы порошков и связующих компонентов

-соотношение ретура и порошка

-температурный режим.

Конструктивные: геометрические размеры, режим работы.

Наиболее распространены барабанные грануляторы. Их снабжают устройствами для интенсификации процессов, предотвращения адгезии порошков на рабочих поверхностях и сортировки гранул по размерам.

Барабанные грануляторы характеризуются высокой производительностью (до 70т), относительной простотой конструкции, надежностью в работе, невысокими удельными затратами. К недостаткам относят невозможность получения гранулята узкого фракционного состава, а также контроля и управления соответственными процессами.

Для получения гранулята, близкого по составу к монодисперсному, используют тарельчатые (дисковые) окаты, которые достаточно легко управляются.

Существует много конструкций тарельчатых грануляторов, отличающихся размерами, а так же формой и расположением тарели (чашки или диски диаметром 1-6 м с высотой борта до 0,6м).

Связь производительности гранулята:

Q = kD^2 Q – производительность, т/ч D – диаметр тарели k – коэф-т грануляции (справ).

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, более компактны и требуют меньших капитальных вложений. Недостатки: высокая чувствительность к содержанию жидкой фазы в обрабатываемом материале и узкие пределы рабочих режимов. На практике применяют грануляторы производительностью до 125 т/ч.

Гранулирование порошков прессованием характеризуется стадией упруго-поластического сжатия (пластикации), происходящего под давлением и нагреве (иногда при перемешивании) с образованием коагуляционной структуры, способной к кристаллизации. Давление прессового гранулирования определяется пределом текучести наименее прочного компонента. Этот процесс проводят в валковых и таблеточных машинах различной конструкции, червячных и ленточных прессах, дисковых экструдерах.

Валковые грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволяет получать прессованный материал в виде отдельных кусков (обычно с поперечником до 30 мм), прутков, плиток и полос. Такие грануляторы часто совмещают с дробилками, обеспечивающими получение гранул заданных размеров.

Производительность валковых грануляторов составляет 50-100т/час.

В технологии производства сорбентов, катализаторов, витаминных, лечебных препаратов и изделий, порошковые материалы гранулируют с применением таблетирующих машин, принцип действия которых основан на прессовании дозируемых в матричные каналы порошков кусками.

Приготавливаемые таблетки могут быть разной формы. Производительность наиболее распространенных машин составляет от 3 до 96 тыс. таблеток в час.

Принципы прессового гранулирования реализуют в червячных прессах и экструдерах, рабочими элементами которых являются червяки и валки. Они продавливают перереботанный материал через фильеру, на выходе из которогй жгуты ломаются под действием собственной тяжести, либо их режут ножом на соответствующие мерные длин до или после охлаждения.

Есть аппараты гранулирования порошков в дисперсных потоках. Принцип действия их основан на столкновениях частиц порошка или порошка и жидкой фазы в турбулентном потоке в аппарате или проходящего через него потока воздуха. Турбулентный контакт частиц в потоке осуществляется посредством воздействия на частицы вибрационных или механических возмущений. Сюда же относят процессы распылительной сушки суспензий и растворов.

2. БРИКЕТИРОВАНИЕ

Методы брикетирования в практике утилизации твердых отходов применяют в качестве подготовительных (с целью придания компактности, лучших условий транспортирования, хранения и упрощения переработки) и самостоятельных операций.

Брикетирование дисперсных материалов проводят без связующего при давлениях более 80 МПа и с добавками связующих при давлениях 15-25 МПа.

Существенное влияние на процессы брикетирования оказывает влажность и крупность материалы, хим. состав, температура, удельное давление и продолжительность прессования. Необходимое удельное давление находится в обратной зависимости от влажности материала.

Перед брикетированием материал подвергают грохочению или классификации, при необходимости – дроблению, смешиванию, сушке, охлажению.

В практике брикетирования используют различные прессовые механизмы. Наибольшее распространение получили штемпельные (давление прессования 100-200 МПа), вальцовые и кольцевые.

Производительность штемпельного пресса в т.ч.: Q=60Fbдельтаmn10-6. F – мощность прессующей пов-ти, см2, b – толщина брикета, см, дельта – плотность брикета, г/см3, m – число штемпелей, n – число ходов штемпеля в мин.

Производительность вальцевого пресса: Q=0.00006gmn, g – масса брикета, г, m – число ячеек на бандаже, n – число оборотов вальцов в мин

3. Высокотемпературная агломерация

Этот метод применяют при переработке пыли, окалины, шламов в металлических и других производствах.

Для агломерации приготавливают шихту, включающую твердое топливо и др. компоненты. Усредненную и увлажненную до 5-8% влажности шихту размещают в виде слоя определенной высоты (для обеспечения газопроницаемости) на расположенные на решетках движущихся обжиговых тележек слои возвратного агломерата крупностью 12-18 мм. Это предотвращает спекание шихты с материалом тележек и прогар решеток.

Воспламенение и нагрев шихты обеспечивает просасывание продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива и воздуха, т.е. процесс спекания идет при горении ее составляющего твердого топлива при температуре 1100-1600 град.

Спеченные агломерат дробят до крупности 100-150 мм в валковых зубчатых дробилках, подвергают грохочению и охлаждению.

Просев грохочения – фракция меньше 8 мм, выход которой составляет 30-35 мм возвращают на в агломерацию.

Наиболее часто применяют конвейерные машины с верхним зажиганием шихты производительнотью 400-500 т/ч. Их недостатком является большой объем агломерируемых газов, получаемых при нижнем зажигании шихты.

Цель обогащения перерабатываемых отходов. Сущность технологических процессов, основанных на гравитации: отсадка, обогащение в тяжелых суспензиях и жидкостях, обогащение в потоках на наклонных поверхностях.

В практике рекуперации твердых отходов промышленности используют различные методы обогащения перерабатываемых материалов, подразделяемые на гравитационные, магнитные, электрические, флотационные и специальные.

Гравитационные методы

Гравитационные методы обогащения основаны на различии в скорости падения в жидкой (воздушной) среде частиц различного размера и плотности. Они объединяют обогащение отсадкой, в тяжелых суспензиях, в перемещающихся по наклонным поверхностям потоках, а также промывку.

Отсадка представляет собой процесс разделения минеральных зерен по плотности под действием переменных по направлению вертикальных струй воды (воздуха), проходящих через решето отсадочной машины. Отсадке обычно подвергают предварительно обесшламленные материалы оптимальной крупности (0,5-100 мм для нерудных и 0,2-40 мм для рудных материалов). При отсадке крупного материала находящийся на решете слой толщиной в 5-10 диаметров наибольших частиц в подаваемом на переработку материале (питании) называют постелью. При отсадке мелкого материала (3-5мм) на решете укладывают искусственную постель из крупных тяжелых частиц материала, размер которых в 3-4 раза превышает размер наиболее крупных частиц питания.

В процессе отсадки материал расслаивается: в нижнем слое концентрируются тяжелые частицы, в самом верхнем – легкие мелкие. Получаемые слои разгружают раздельно.

Отсадочные машины различаются способом создания пульсаций (движением диафрагмы, поршня, решета, пульсирующей подачей сжатого воздуха), типоразмерами, конструктивными особенностями, числом фракций выделяемых продуктов. Их производительность может быть определена по формуле: Q=3600гаммасредBHвэ, где гаммаср – средняя насыпная плотность материала постели, т/м³; В – ширина отсадочного отделения, м; вэ - средняя скорость продольного перемещения материала в машине, м/с.

Обогащение в тяжелых суспензиях и жидкостях. Этот процесс заключается в разделении материалов по плотности в гравитационном или центробежном поле в суспензии или жидкости, плотность которой является промежуточной между плотностями разделяемых частиц.

Тяжелые суспензии представляют собой взвешенные в воде тонкодисперсные частицы тяжелых минералов или магнитных сплавов – утяжелителей, в качестве которых используют ферросилиций, пирит, пирротин, магнетитовый и гематитовый концентраты и другие материалы крупностью до 0,16 мм. В качестве тяжелых жидкостей используют растворы хлоридов кальция и цинка, тетрахлорида углерода, тетрабромэтана, хлорного олова и других соединений.

Для поддержания устойчивости суспензии в нее добавляют глину (до 3% от массы утяжелителя) или применяют смесь порошков утяжелителей различной плотности.

Наиболее распространенными аппаратами обогащения в тяжелых средах являются барабанные, конусные, колесные и гидроциклонные сепараторы.

Обогащение в потоках на наклонных поверхностях. Эти процессы включают обогащение на концентрационных столах, а также в струйных сепараторах, шлюзах и подшлюзах и в винтовых сепараторах.

Обогащение на концентрационных столах характеризуется разделением минеральных частиц по плотности в тонком слое воды, текущей по наклонной плоской деке стола, совершающей возвратно-поступательные горизонтальные движения перпендикулярно направлению движения воды.

Деки бывают трапециевидной и прямоугольной формы. На части поверхности дек в продольном направлении закрепляют параллельно располагаемые рифли (планки переменной высоты и длины), длина которых увеличивается от верхнего к нижнему краю стола – краю разгрузки легких продуктов. Пульпу разделяемого материала подают в верхний угол поверхности стола (деки). Питание деки смывной водой ведут с ее верхнего края, ниже места ввода пульпы.

Частицы разделяемого материала большей плотности оседают в межрифленных пространствах и под действием колебаний наклонной деки продвигаются вдоль рифлей, достигая нерифленой части деки, где образуют веер частиц различной плотности, удаляемых раздельно. Не оседающие частицы меньшей плотности переносятся смывным потоком через рифли; их в виде раздельных продуктов отводят с поверхности концентрационного стола.

Более эффективно разделение предварительно классифицированных материалов. Оптимальное отношение длины деки L к ее ширине S определяется крупностью обогащаемых материалов. Концентрационные столы изготовляют в промышленном, полупромышленном и лабораторном исполнении в одно- и многоярусном вариантах с деками трех видов: песковые с L/S»2,5 для материалов крупностью d>1 мм, мелкопесковые (L/S=1,8; d=0,2-1 мм), шламовые (L/S£1,5; d<0,2 мм).

К основным регулируемым технологическим параметрам обогащения на столах относят число n ходов деки стола в минуту и оптимальную длину l (в мм) хода.

Обогащение на винтовых сепараторах и шлюзах происходит, как и на столах, в небольшой толщины (6-15 мм) потоке пульпы разделяемых материалов, подаваемой в верхнюю часть наклонного желоба. Винтовые сепараторы представляют собой неподвижные вертикальные винтообразные желоба с поверхностью специального профиля. Тяжелые частицы пульпы сосредоточиваются в желобе ближе к вертикальной оси его витков и разгружаются посредством отсекателей в соответствующие приемники. Легкие частицы концентрируются у периферийной части желоба и разгружаются в нижней части сепаратора.

Струйные сепараторы снабжены суживающимся к нижнему концу и устанавливаемым под углом 15-20град жело­бом или конусом. Пульпу (содержание твердого 50-60%) за­гружают в верхнюю часть желоба. Сокращение расстояния между стенками желоба от загрузочного конца к разгрузочно­му приводит к увеличению высоты потока от 2 до 12 мм.

Частицы большей плотности концентрируются в нижних слоях потока, а меньшей плотности сосредоточиваются в верхних его слоях. Разделенные потоки частиц поступают в отдельные при­емники. Производительность этих аппаратов определяется крупностью и минеральным составом обрабатываемого мате­риала и обычно составляет 0,9-5,5 т/ч на 1 м2 рабочей площа­ди желоба. Их можно использовать и для классификации (строительного песка).

Шлюзы характеризуются наличием наклонных (3-15град) лотков с укрепленными на их дне трафаретами (бруски, уголки, профилированные ков­рики, панцирные сетки, ткань) для задержания тяжелых частиц подаваемой в верхнюю часть лотка пульпы перерабатываемого материала.

Эти аппараты мо­гут быть неподвижными и подвижными, глубокого (высота по­тока до 0,4 м для переработки материалов крупностью от 20 до 100 мм и более) и мелкого (высота потока до 0,05 м для материалов крупностью до 20 мм) заполнения. Аппараты мел­кого заполнения называют подшлюзками. Легкие частицы пульпы уносятся потоком через трафареты, частицы большей плотности депонируются в межтрафаретных пространствах, после заполнения которых при прекращенной подаче пульпы производят их промывку водой с последующим смывом кон­центрата в приемник. Ширина шлюзов обычно составляет 0,5-1,5 м, длина 6-10 м.