Схемы дробления и измельчения продуктов

Дробленый продукт

а) одностадийная с

открытым циклом

б) одностадийная с проверочным грохочением

г) в замкнутом цикле с воздушной

сепарацией

в) одностадийная с предварительным

и проверочным грохочением

4.3. Укрупнение отходов

Для укрупнения частиц используются различные методы укрупнения, имеющие как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяющие различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования, высокотемпературной агломерации. Их используют при переработке в строительные материалы ряда компонентов отвальных пород добычи многих ископаемых, хвостов обогащения углей и золы – уноса ТЭС, в процессах утилизации фософгипсов в сельском хозяйстве и цементной промышленности, при подготовке к переплаву мелкокусковых и дисперсных отходов черных и цветных металлов, в процессах утилизации пластмасс, саж пылей и древесной мелочи, при обработке шлаковых расплавов в металлургических производствах и электротермофосфорном производстве и во многих других процессах утилизации и переработки ВМР.

Гранулирование. Методы гранулирования охватывают большую группу процессов формирования агрегатов обычно шарообразной или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. При этом используются различные приемы обработки материалов.

Гранулирование порошкообразных материалов окатыванием наиболее часто проводят в ротационных (барабанных, тарельчатых, центробежных, лопастных) и вибрационных грануляторах различных конструкций. Производительность этих аппаратов и характеристики получаемых гранулятов зависят от свойств исходных материалов, а также от технологических (расхода порошков и связующих, соотношения ретура – затравки и порошка, температурного режима) и конструктивных (геометрических размеров аппаратов, режима их работы: частоты вращения, коэффициента заполнения, угла наклона) факторов.

Рис. 4.5.. Схема устройства и работы тарельчатого гранулятора:

Транспортер гранул: 2 — транспортер подачи шихты, 3 — водопровод с форсунками, 4 — бортовой скребок, 5 — донный скребок; 6 — тарель. 7 — привод вращения тарели; 8 — механизм регулирования угла наклона тарели, 9 — опорная рама

Наибольшее распространение получили барабанные грануляторы, которые характеризуются большой производительностью (до 70 т/ч и выше), относительной простотой конструкции, надежностью в работе и сравнительно невысокими удельными энергозатратами. Они часто снабжены устройствами для предотвращения адгезии липких порошков на рабочую поверхность. Однако этот тип грануляторов не обеспечивает возможности получения гранулята узкого фракционного состава, контроля и управления соответствующими параметрами.

Для получения гранулята, близкого по составу к монодисперсному, используют тарельчатые грануляторов, различающихся размерами, наличием или отсутствием, а также формой и расположением отдельных конструктивных элементов. Обычно применяются тарели (чаши, диски) диаметром 1-6 м, с высотой борта до 0,6 м.

Связь производительности гранулятора Q (в т/ч) с диаметром D тарели (в м) в общем виде выражается зависимостью

Q = KD²

где К – коэффициент грануляции, значение которого может быть найдено в специальной литературе (для летучей золы, например, К = 0,4-0,55).

Необходимый размер тарели гранулятора целесообразно оценивать по удельной производительности q, которая обычно находится в пределах 0,77-0,91 т/(м^2.ч):

/

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, они более компактны и требуют меньших капитальных вложений. Их недостатком являются высокая чувствительность к содержанию жидкой фазы в обрабатываемом материале и, как следствие, узкие пределы рабочих режимов. На практике используют грануляторы производительностью до 125 т/ч.

Прессовое гранулирование порошков проводят в валковых и таблеточных машинах различной конструкции, червячных и ленточных прессах, дисковых экструдерах и некоторых других механизмах с получением агломератов различной формы и размеров.

Валковые (вальцовые) грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволяет получать спрессованный материал в виде отдельных кусков (обычно с поперечником до 30 мм), прутков, плиток, полос. Эти механизмы часто совмещают с дробилками (обычно также валкового типа), обеспечивающими получение из спрессованных полупродуктов гранул заданных размеров.

Производительность валковых грануляторов различна, обычно в пределах 5-100 т/ч. Ориентировочно ее можно оценить (в кг/ч) по формуле

Q=188,4·10³φ ρ_н b n L D

где b – ширина зазора между валками, м; L – длина валка, м; D – диаметр валка, м; ρ_н – насыпная плотность исходного материала, кг/м³; n – частота вращения валков, с^-1; φ = 0,5-0,6.

В технологии производства из промышленных отходов (или их компонентов) некоторых адсорбентов, катализаторов, витаминных, лечебных и ряда других препаратов и изделий порошковые материалы гранулируют с использованием таблеточных машин различных типов, принцип действия большинства которых основан на прессовании дозируемых в матричные каналы порошков пуансонами. Приготовляемые таблетки характеризуются разнообразной формой (цилиндры, сферы, полусферы, диски, кольца и т.п.) с поперечником 6-12 мм. Производительность наиболее распространенных таблеточных машин составляет от 3 до96 тыс. таблеток в 1 ч.

Принципы прессового гранулирования порошков и паст реализуют в червячных прессах (экструдерах) различной конструкции, рабочими элементами которых являются червяки (шнеки) или валки, пластифицирующие перерабатываемый материал и продавливающие его через перфорированную решетку (фильерную головку), по выходе из которой сформированные жгуты либо ломаются од действием собственной тяжести, либо их режут (рубят) ножом на соответствующие мерные длины до или после охлаждения.

Отдельную группу грануляторов представляют аппараты гранулирование порошков в дисперсных потоках. Процесс в них основан на столкновении частиц порошка или порошка и жидкой фазы в турбулизированном потоке циркулирующего в аппарате или проходящего через него воздуха или газа. Турбулентный контакт частиц гранулируемых материалов в потоке сплошной фазы может обеспечиваться лишь последним приемом (струйные грануляторы, грануляторы кипящего слоя) либо посредством воздействия на частицы вибрационных (грануляторы виброкипящего слоя) или других механических возмущений. К этой группе процессов гранулирования могут быть отнесены также различные процессы распылительной сушки суспензий и растворов.

Способность гранулируемых материалов к уплотнению и формованию характеризуют значениями коэффициентов их гранулируемости К₁ и К₂:

К₁ = (γ/γ₀)/ρ_пл, К₂ = σ/ρ_пл,

где γ и γ₀ – текущая и исходная плотность гранулируемого материала, т/м³; σ – предел прочности гранул при сжатии, Па; ρ_пл – давление уплотнения, соответствующее началу упруго- пластической деформации, Па.

Величины К₁ и К₂ позволяют обоснованно рекомендовать соответствующий метод гранулирования для данного материала: чем больше значения К₁ и К₂, тем меньшими усилиями обеспечивается заданная степень уплотнения материала.

Технологические схемы грануляционных установок различаются в основном отсутствием или неиспользованием ретурных потоков. Кратность последних (отношение массы возврата к массе выводимого готового продукта) может меняться в пределах 0,5 – 15 и определяется в основном влагосодержанием гранулируемых материалов и выходом мелких фракций. Кратность циркуляции существенно влияет на экономику процесса гранулирования.

Брикетирование. Методы брикетирования используются в практике утилизации твердых отходов чаще всегос целью придания отходам компактности, обеспечивающей сучшие условия транспортирования, хранения, а также в качестве самостоятельных (изготовление товарных продуктов).

Брикетирование дисперсных материалов проводят без связующего при давлениях прессованиях, обыно ограниченных 15-25 Мпа. На процесс брикетирования дисперсных материалов существенное влияние оказывают состав, влажность и крупность материала, температура, удельное давление и продолжительноть прессования. Необходимое удельное давление прессования обычно находится в обратной зависимости от влажности материала. Перед брикетированием материал обычно подвергают грохочению, дроблению (при необходимости), сушке, охлаждению и другим подготовительным операциям.

В практике брикетирования твердых отходов используют различные прессовые механизмы. При брикетировании дисперсных материалов наибольшее распространение получили штемпельные материалы (давление прессования 100-120 МПа), вальцовые и кольцевые (≈200 МПа) прессы различных конструкций.

Производительность штемпельного пресса (в т/ч) определяют по формуле

Q=60 ·F b δ m n·10^-6

где F – площадь прессующей поверхности, см²; d – толщина брикета, см; δ – плотность брикета, г/см³; m – число штемпелей; n – число ходов штемпеля в минуту.

Производительность вальцового пресса (в т/ч) равна:

Q = 6· 10^-5g m n_в,

Где g – масса брикета, г; m – число ячеек на бандаже; n_в – число оборотов вальцов в минуту.

Высокотемпературная агломерация. Этот метод используют при переработке пылей, окалины, шламов и мелочи рудного сырья в металлургических производствах, пиритных огарков и других дисперсных железосодержащих отходов. Для проведения агломерации приготавливают шихту, включающую твердое топливо (коксовая мелочь 6-7% по массе), и другие компоненты (концентрат, руда, флюсы). Усредненную и увлажненную до 5-8% шихту размещают в виде слоя определенной высоты, обеспечивающего оптимальную газопроницаемость шихты, на расположенные на решетках движущихся обжиговых тележек (палет) агломерационной машины слои возвратного агломерата крупностью 12-18 мм, предотвращающие спекание шихты с материалом тележек и прогар решеток. Воспламенение и нагрев шихты обеспечивают просасыванием через ее слой продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива и воздуха. Процесс спекания минеральных компонентов шихты идет при горении ее твердого топлива (1100-1600ºС). Агломерационные газы удаляют под разрежением 7-10 кПа.

Спеченный агломерат дробят до крупности 100-150 мм в валковых зубчатых дробилках, продукт дробления подвергают грохочению и последующему охлаждению. Просев грохочения – фракцию 8 мм, выход которой составляет 30-35%, возвращают на агломерацию.

В практике высокотемпературной агломерации распространены конвейерные машины с верхним зажиганием шихты производительностью 400-500т/ч. Их недостатком является получение больших объемов разбавленных по загрязняющим компонентам агломерационных газов(СО, SO_2, NO_x). Агломашины с нижним зажиганием позволяют в значительной степени избежать этого недостатка.

Термическая обработка

При утилизации и переработке твердых отходов используют различные методы термической обработки как исходных материалов, так и получаемых на их основе продуктов. Эти методы включают различные приемы пиролиза (например, отходов пластмасс, древесины, резиновых технических изделий, шламов нефтепереработки), переплава(например, некоторых шлаков цветной металлургии, пиритных огарков, ряда железосодержащих шламов и пылей) и огневого обезвреживания (сжигания) многих видов твердых отходов на органической основе.

Для сжигания твердых отходов используют печи и топки различных конструкций. На рисунке 1 представлена схема печи с неподвижной ступенчатой колосниковой решеткой.

Рисунок 1-Схема печи с неподвижной колосниковой решеткой: 1-бункер; 2-шахта; 3-сопло для подачи вторичного воздуха; 4-огнеупорная насадка; 5-первая ступень топки; 6-камера дожигания; 7-подача воздуха; 8-наклонная колосниковая решетка; 9-слой отходов

Отходы из бункера 1 через шахту 2 попадают на наклонную или ступенчатую колосниковую решетку 8. Слой отходов 9 под действием собственного веса медленно сползает по решетке к месту выгрузки золы. Органические составляющие отходов сгорают частично в слое, а частично над слоем 5, куда дополнительно подается вторичный воздух через сопло 3. Основное количество воздуха 7 поступает под решетку.

Несгоревшие органические вещества вместе с дымовыми газами проходят огнеупорную насадку 4, предназначенную для турбулизации газового потока, и дожигаются в камере 6. Золу удаляют из печи вручную.

Содержание в отходах компонентов в пластическом состоянии и легкоплавких минеральных веществ приводит к замазыванию и зашлоковыванию колосников.

Барабанная вращающаяся печь

Печь (рис 4) представляет собой стальной барабан, футерованный огнеупорными материалами. Барабанные печи устанавливают с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Со стороны загрузки подлежащие сжиганию твердые отходы с помощью грейфера подают в печь через загрузочную воронку и лоток, а также воздух и топливо. Шлак и золу выгружают с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются (400°С), далее происходит их газификация и сжигание (900 – 1000°С). Возможно сжигание отходов и при более высоких температурах, однако это приведет к быстрому износу футеровки (достаточно тонкая).

Обычно поверхность футеровки гладкая, сжигаемый материал скользит по ней, не переворачиваясь, поэтому для эффективного выгорания органических веществ требуется барабан значительной длины.

Разделение газового и золового потоков осуществляется непосредственно в топочном устройстве. Узел выгрузки состоит из двух секций, что исключает захват золы, осаждающейся в золовой секции, газовым потоком при дополнительной очистке в газовой секции.

Рисунок 4-Схема барабанной вращающейся печи для сжигания твердых отходов: 1-корпус печи 2-загрузочное устройство 3-горелка 4-двухсекционная разгрузочная камера 5,6-золовая и газовая секции 7-газоход 8-мигалки для удаления золы Т-топливо В-воздух

Недостатком вращающихся барабанных печей являются низкая тепловая и массовая нагрузка топочного объема, высокие капитальные и эксплуатационные расходы. Необходимость, из – за достаточно тонкой футеровки, раз в полгода выполнять замену футеровки печи – операция трудоемкая, сложная и дорогая.

Печь полочная

Многополочная печь 6 может иметь от 5 до 12 полок. Печь имеет три зоны: сушки, сжигания и охлаждения. Печь представляет собой стальной кожух, футерованный изнутри огнеупорным фасонным кирпичом и теплоизолированный диатомовым кирпичом. Нижняя часть заканчивается каркасом, который установлен на бетонный фундамент.

Рисунок 6 - Печь полочная: 1-вентилятор; 2-шнек; 3-гребки; 4-вал; 5-вентилятор; 6-механизм привода; 7-топка

Через центр печи проходит вал, на котором над каждым подом укреплено два гребка с зубьями. Вал печи полый состоит из отдельных цилиндрических частей, скрепленных между собой по высоте болтами. Внизу вал печи соединен с шестерней, опирающейся на стальную буксу. Вал приводится в движение от редуктора.

Вал печи и гребки охлаждаются воздухом, который поступает снизу по внутреннему каналу вала.

Отходы шнеком подаются на периферию первой полки сушильной зоны печи, и вращающимися зубьями гребков передвигается от периферии к центру. Затем ссыпается на второй под через кольцевое отверстие вокруг вала печи. Далее гребками передвигается от центра к периферии, и по специальным отверстиям поступает на третью полку и т. д.

4.5. Смешение порошкообразных и пастообразных материалов

Этот метод широко используют в практике переработки твердых отходов для усреднения состава дисперсных отходов, приготовления на их основе многокомпонентных смесей шихтовых материалов и получения различныхмасс, обеспечивающих возможность переработки ВМР в товарные продукты.

Существующие смесительные механизмы периодического и непрерывного действия основаны на использовании механических, гравитационных и пневматических способов взаимного перемещения частиц обрабатываемых материалов и характеризуются большим разнообразием конструкций.

Среди смесителей периодического действия наиболее распространенными являются барабанные, бегунковые, пневматические, циркуляционные и червячно-лопастные. К кругу аппаратов непрерывного действия принадлежат барабанные, вибрационные, гравитационные, лопастные, центробежные и червячно-лопастные смесители.

Процессы смешения могут быть охарактеризованы степенью однородности (коэффициентом неоднородности), интенсивностью и эффективностью.

Степень однородности i характеризует взаимное распределение веществ в результате реализации процесса:

i= (C₁+C₂+…+C_n)/n

где С₁,С₂,…, С_n – относительные концентрации одного из веществ в пробах, %.

Коэффициент неоднородности двухкомпонентной смеси

где С_i, С_о – концентрация вещества соответственно в пробах и в аппарате, %; n_i и n – число проб соответственно в каждой группе одинаковых значений и общее; i=n/n_i – число групп проб.

Интенсивность смешения выражаемая скоростью изменения степени смешения, наиболее точно оценивается отношением мощности N, затрачиваемой на перемешивание, к единице объема смеси:

di /dτ ≈ N/V/

Эффективность процесса может быть оценена количеством энергии, необходимой для достижения заданной величины или К_с.

Способы оценки производительности, затрачиваемой мощности и рабочих параметров смесителей различного типа могут быть найдены в специальной литературе.

4.6.Обогащение

Методы обогащения подразделяются на гравитационные, магнитные, электрические, флотационные и специальные.

Гравитационные методы. Эти 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 вод действием переменных по направлению вертикальных струй воды (воздуха), проходящих через решето отсадочной машины.

Отсадке обычно подвергают предварительно обесшламленные и отклассифицированные материалы, оптимальной крупности 0,5-100 мм для нерудных и 0,2-40 мм для рудных материалов. При отсадке крупного материала находящийся на решете его слой, толщиной в 5-10 диаметров наибольших частиц в подаваемом на переработку материале называется постелью. При отсадке мелкого материала (до 3-5 мм) на решете укладывают искусственную постель из крупных тяжелых частиц материала, размер которых в 3-4 раза превышает размер наиболее крупных тяжелых 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 (в т/ч) может быть определена по формуле

где γ_ср – средняя насыпная плотность материала постели, т/м³; В – ширина отсадочного отделения, м; Н – высота отсадочной постели, м; v_т – средняя скорость продольного перемещения материала в машине, м/с.

Время пребывания материала в отсадочной машине (время отсадки, обычно составляющее на практике 50-180 с) связано с содержанием рассматриваемых частиц в материале питания F_и и в выделившемся их слое F_в следующим выражением:

где К – коэффициент пропорциональности, характеризующий удельную скорость разделения, с^-1 (обычно находится в пределах 0,01-0,05 с^-1).

Обогащение в тяжелых суспензиях и жидкостях 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 м. 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 подшлюзках, в винтовых сепараторах и шлюзах.

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 раю стола – краю разгрузки легких продуктов. Пульпу разделяемого материала подают в верхний угол поверхности стола. Питание деки смывной водой ведут с ее верхнего края, ниже места ввода пульпы. Частицы разделяемого материала большей плотности оседают в межрифлевых пространствах и под действием колебаний наклонной части деки продвигаются вдоль частиц различной плотности переносятся смывным потоком через рифли.

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

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

Производительность (в т/ч) концентрационного стола может быть определена по формуле

Q = KδFd_ср[(δ_т - Δ)/( δ_л - Δ)]^0,6,

где К – коэффициент (обычно К=0,1); δ – плотность питания стола, г/см²; F – площадь деки стола, м²; d_ср – средний арифметический диаметр частиц, мм; δ_т и δ_л – плотность соответственно тяжелой и легкой фракций, г/см³; Δ – плотность среды (для воды Δ = 1), г/см³.

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 (содержание твердого в пульпе 6-40%).

Винтовые сепараторы представляют собой неподвижные вертикальные винтообразные желоба (число витков 4-6) 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. Желоб имеет угол наклона к горизонту, характеризуемый величиной относительного шага винта (отношением шага к диаметру), находящейся в пределах 0,4-0,6.

При максимальной крупности частиц обогащаемых материалов 0,2-8 мм и плотности извлекаемых материалов 6-7,5 г/см³ средняя производительность винтовых сепараторов диаметром 0,5-1,2 м находится в пределах 0,3-12 т/ч. Обогащение предварительно классифицированных и обесшламленных материалов характеризуется лучшими показателями.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы, характеризующиеся более широкими желобами и меньшими наклонами днищ желобов.

Струйные сепараторы снабжены суживающимися к нижнему концу и устанавливаемым под углом 15-20º 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 1,5-2 до 7-12 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 (например, строительного песка).

Шлюзы характеризуются наличием наклонных (3-15º) 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 до100 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 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.

Необходимую для заданной объемной производительности ширину шлюза (в м) определяют по выражению

B=Q/(vh),

где Q – расход пульпы, м³/с; h – высота потока, м.

Расход пульпы определяют по уравнению

Q=q(1/δ+R)

где q – расход твердого в питании, т/с; δ – плотность твердого, т/м³; R – разжижение пульпы (отношение Ж:Т по массе).

Ширина шлюзов обычно составляет 0,5-1,5 м, длина 6-20 м.

Промывка. Для разрушения и удаления глинистых, песчаных и других минеральных, а также органических примесей твердых отходов часто используют процессы их промывки (отмывки), которые проводят в промывочных машинах разнообразной конструкции (гидромониторы, барабанные грохоты, вращающиеся скрубберы, корытные мойки, аппараты автоклавного и других типов). В качестве промывочного агента наиболее часто используют воду (иногда с добавками ПАВ), иногда применяют острый пар и различные растворители.

Кроме описанных используют и другие методы, называемые инерционными, которые основаны на различии плотностей компонентов обрабатываемых материалов, а также их упругостей и коэффициентов трения (баллистическая сепарация и пр.).

Флотация. В практике переработки некоторых видов отходов используется метод флотации. Крупность флотируемых материалов обычно не превышает0,5 мм. Наиболее распространенной является пенная флотация с использованием механических и пневмомеханических машин.

Магнитные методы. Магнитное обогащение используют для отделения парамагнитных (слабомагнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) компонентов смесей твердых материалов от их диамагнитных (немагнитных) составляющих. Сильномагнитными свойствами обладают магнетит (FeO^.Fe₂O₃), маггелит (Fe₂O₃), пирротин (Fe_n-1O_n), титаномагнетит ферросилиций, 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 ок. 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.

Подлежащие магнитной сепарации материалы как правило подвергают предварительной обработке (дробление, измельчение, грохочение, обесшламливание, магнетизирующий обжиг и др.). Обычно 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, различаются способами питания (верхняя или нижняя подача, дисковые, ленточные, роликовые, шкивные сепараторы), характером движения обрабатываемого потока и эвакуации магнитных компонентов (прямоточные, противоточные, полупротивоточные) и другими особенностями.

Производительность магнитных сепараторов можно рассчитывать, основываясь на нормах удельных нагрузок на 1 м ширины питания

Q = q n L_р,

где Q – производительность сепаратора по сухому исходному питанию, т/ч; q – удельная производительность, т/(м^.ч), значения которой можно найти в специальной литературе; n – число головных валков, барабанов или роликов в сепараторе; L_р – рабочая длина барабана, валка или ролика, м.

Эвакуируемые из магнитного поля зерна сильномагнитных материалов вследствие остаточной намагниченности могут агломерироваться в разного вида агрегаты. С целью устранения последствий этого явления, называемого магнитной флокуляцией, используют многократное перемагничивание таких материалов в переменном поле размагничивающих аппаратов.

Рис. 6. Очистка сухого сыпучего (а) и жидкого (б) материалов при вертикальной транспортировке с помощью магнитных сепараторов

В процессах переработки твердых отходов широкое применение находят электромагнитные железоотделители (шкивные, подвесные, саморазгружающиеся сепараторы), предназначенные для извлечения железных и других ферромагнитных предметов из разрыхленных немагнитных материалов.

Электрические методы. Электрическое обогащение основано на различии электрофизических свойств разделяемых материалов и включает сепарацию в электростатическом поле, поле коронного разряда, коронно-электростатическом поле и трибоадгезионную сепарацию. С их помощью решают задачи обогащения, классификации и обеспыливания как рудного сырья и некондиционных продуктов в металлургии черных, цветных и редких металлов, так и многих неметаллических материалов (тонкодисперсного кварца, формовочных песков, известняка, песка для стекольной промышленности и др.).

Электростатическая сепарация основана на различии электропроводности и способности к электризации трением (трибоэлектрический эффект) минеральных частиц разделяемой смеси. По электропроводности все минеральные частицы делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. При контакте частиц обогащаемого материала с поверхностью заряженного металлического электрода всем им сообщается одноименный с ним заряд, величина которого зависит от электропроводности частиц. Электропроводные частицы интенсивно приобретают значительный заряд и отталкиваются от электрода, частицы диэлектриков сохраняют свои траектории.

При небольшой разнице в электропроводности частиц используют электризацию их трением (путем интенсивного перемешивания или транспортирование по поверхности вибролотка). Наэлектризованные частицы направляются в электрическое поле, где происходит их сепарация.

Сепарация в поле коронного разряда, создаваемого между коронирующим (заряженным до 20-50 тыс. В и более) и осадительным (заземленным) электродами, основана на ионизации пересекающих это поле минеральных частиц оседающими на них ионами воздуха и на различии интенсивности передачи приобретенного таким образом заряда частицами проводников, полупроводников и диэлектриков поверхности осадительного электрода. Эти различия выражаются в различных траекториях движения частиц.

Трибоадгезионная сепарация основана на различии в адгезии (прилипании) к поверхности наэлектризованных трением частиц разделяемого материала. Температура процесса сепарации существенно влияет на силу адгезии, которая усиливается или ослабляется электрическими силами, вызываемыми трибоэлектрическими зарядами. Помимо этого, на частицы действуют силы тяжести и центробежные силы, что в совокупности приводит к разделению частиц по вещественному составу и крупности.

Электрические сепараторы классифицируют по характеру электрического поля (электростатические и с коронным разрядом), способу электризации (с электризацией контактным способом, в поле коронного разряда, трибоэлектризацией и др.) и по конструкции рабочих органов (барабанные, камерные, ленточные, лотковые, пластинчатые, полочные и др.).

Подлежащие электрической сепарации материалы обычно подвергают подготовительным операциям (классификации, обесшламливанию, сушке, термообработке при температурах до 300ºС). Наиболее эффективно процесс сепарации идет при крупности частиц не более 5 мм.

Наряду с перечисленными процессами обогащения при переработке твердых отходов в некоторых случаях используют и другие методы (флотогравитация, сепарация по коэффициенту трения и по форме, некоторые приемы радиометрической сепарации и др.).

В одной технологической цепочке могут быть использованы различные виды сепарации.

Рис. Схема обезжелезивания кварцевого песка для производства хрусталя

4.7. Физико-химическое выделение компонентов при участии жидкой фазы

Многие процессы утилизации твердых отходов в промышленности основаны на использовании методов выщелачивания (экстрагирования), растворения и кристаллизации перерабатываемых материалов.