Классификация и сортировка

Эти процессы используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включают методы грохочения (рассева) кусков (зерен) перерабатываемого материала и их разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. Эти методы широко применяют в качестве самостоятельных и вспомогательных при непосредственной утилизации и переработке подавляющего большинства твердых отходов.

В тех случаях, когда классификация имеет самостоятельное значение, т.е. преследует цель получения определенной фракции материала в качестве готового продукта, ее часто называют сортировкой.

Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях. В качестве последних используют колосниковые решетки, штампованные решета, проволочные сетки и щелевидные сита, выполненные из различных металлов, резины, полимерных материалов и характеризующихся ячейками (отверстиями) различных форм и размеров.

При грохочении используют неподвижные колосниковые, валковые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качающиеся, полувибрационные, вибрационные с прямолинейными вибрациями и с круговыми или эллиптическим вибрациями грохоты. При грохочении комкующихся материалов некоторые типы этих механизмов снабжают дополнительными устройствами, обеспечивающими эффективное проведение соответствующих операций.

Рис. 1. Наклонный инерционный грохот с механическим вибратором: 1-электродвигатель; 2-шкивы с дебалансами; 3-вал с подшипниками; 4 -короб; 5 - рабочая поверхность (например, решето); 6-упругая опора; 7-опорная плита.

Технологически при выделении более двух классов перерабатываемого материала грохочение может быть оформлено в виде различных вариантов, которые имеют свои достоинства и недостатки, касающиеся интенсивности износа ячеистых поверхностей, удобства их ремонта или замены и наблюдения за их состоянием, эффективности процесса и компактности установки.

Рис. 2. Многоситовый самосинхронизирующийся грохот: 1 -короб; 2-сита; 3-вибровозбудитель; 4-упругая опора.

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

Е=10⁴ (α - θ) / α (100 - θ),

где α и θ – содержание нижнего класса соответственно в исходном материале и надрешетном продукте, %.

Для неподвижных колосниковых и валковых грохотов объемную производительность Q (м³/ч) выражают произведением удельной объемной производительности по питанию q [ в м³/ (м²/ч)] на площадь решетки f (в м²):

Q = q^.F.

При изменении ширины щели между колосниками от 25 до200 мм значения q ориентировочно изменяются от 9 до38 м³/ (м²/ч) при эффективности грохочения 70-75% и от 18 до76 м³/ (м²/ч) при эффективности 55-60%.

Барабанные грохоты выбирают с учетом размера максимального куска материала d_макс при условии, что D/d_макс≥14, где D – диаметр барабана грохота. Число n оборотов барана в минуту принимают в пределах 13 / √D – 20 / √D об/мин. Производительность грохота Q (в т/ч) может быть определена по формуле

где δ – плотность материала, т/м³; γ – коэффициент разрыхления материала (γ = 0,2-0,4); α – угол наклона грохота, град; R – радиус барабана, м; h – толщина слоя материала, м (h ≤ 2d_макс).

При мокром грохочении в барабанном грохоте расход воды составляет 1,3 м³/м³ для крупного материала и 2,5 м³/м³ для мелкого материала.

Дуговые грохоты используют для мокрого грохочения. Их объемную производительность Q (в м³/ч) ориентировочно оценивают по формуле

Q = 160 F v,

где F – площадь живого сечения сита (площадь отверстий в свету), м²; v – начальная скорость пульпы, м/с(обычно составляет 0,5 – 6 м/с).

Гидравлическая классификация используется для разделения твердых материалов в виде пульп. К аппаратам грубой классификации относятся чашевые, реечные, спиральные классификаторы. Среди классификаторов тонкой классификации наибольшее распространение получили гидроциклоны и спиральные классификаторы с непогружной и погружной спиралями. При грубой классификации получают грубые сливы крупностью от 0,2 до 0,5 мм (иногда до 1 мм), при тонкой классификации получают тонкие сливы (80-90% класса – 0,074 мм).

В производственных условиях работу классифицирующих аппаратов обычно регулируют автоматически по заданной крупности слива путем измерения его плотности и изменения подачи воды в классификатор.

Эффективность классификации Е (в %) определяют по формуле:

Е = 10⁴/ α · (β -α) ·( α - θ)/ (100 - α)·(β - θ)

где α, β, θ – содержание данного класса соответственно в питании, сливе и песках, %.

Для разделения по крупности продуктов сухого измельчения в замкнутых или открытых циклах с мельницами используют аппараты циклонного типа -–воздушно-циркуляционные и воздушно-проходные сепараторы, обеспечивающие разделение перерабатываемых материалов соответственно на границе примерно 15-60 и 150-200 мкм.

Необходимый объем сепаратора V_с (в м³) рассчитывают по формуле

V_c = V/К₀

где V – объем проходящего через сепаратор газа, м³; К₀ – напряженность объема сепаратора, м³/ м³, значения которой зависят от заданной границы раздела фракций и могут быть найдены в специальной литературе.

4.2. Дробление

Интенсивность и эффективность большинства процессов нейтрализации отходов (химической или биохимической) возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. В этой связи собственно технологическим операциям переработки твердых отходов обычно предшествуют операции уменьшения размеров их кусков, имеющие наряду с операциями их классификации и сортировки важное самостоятельное значение.

Рис. 4.5. Способы механического разрушения материалов, реализуемые в дробилках и мельницах:

----– преобладающие; - - - - - – сопутствующие

Метод дробления используют для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью преимущественно 5 мм. Дробление широко используют при переработке отходов вскрыши при открытых разработках полезных ископаемых, отвальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резиновых технических изделий, отвалов галита и фосфогипса, отходов древесины, некоторых пластмасс, строительных и многих других материалов. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость дробления.

Степень дробления выражает отношение размеров кусков подлежащего дроблению и кусков раздробленного материала:

i = D_макс/d_макс = D_ср/d_ср

где D_макс и d_макс – диаметр максимального куска материала соответственно до и после дробления; D_ср и d_ср – средневзвешенный диаметр кусков соответственно исходного материала и продукта дробления.

Размеры D_макс и d_макс определяют стадии крупного, среднего и мелкого дробления, характеризующиеся следующими показателями:

Дробление	Крупное	Среднее	Мелкое
Dмакс, мм	1200-500	350-100	100-40
dмакс, мм	350-100	100-40	30-5

Удельные затраты электроэнергии (в кВт ^. ч на 1 т перерабатываемого материала) определяют энергоемкость дробления Е:

Е = N/Q

где N – мощность, потребляемая двигателем дробилки, кВт; Q – производительность дробилки, т/ч. Значение Е зависят от необходимой степени дробления и физико-механических свойств дробимого материала.

Для дробления большинства видов твердых отходов используют щековые, конусные, валковые и роторные дробилки различных типов. Для разделки очень крупных агломератов отходов применяют копровые механизмы, механические ножницы, дисковые пилы, ленточнопильные станки и некоторые другие механизмы и приемы (например, взрыв) Выбор типа дробилки производят с учетом прочности, упругости и крупности подлежащего переработке материала, а также необходимых размеров зерен продукта и требуемой производительности.

Рис. 1. Схемы молотковых дробилок:
а — однороторная; б — двухроторная одноступенчатого дробления; в — реверсивная; г — с вертикальным валом; д — с очистным полотном

По конструктивным признакам молотковые дробилки различают:

по числу роторов — однороторные и двухроторные;
по положению вала ротора —с горизонтальным и вертикальным валом;
по направлению вращения ротора — реверсивные и нереверсивные;
по исполнению разгрузочного узла — с колосниковой решеткой, полностью перекрывающей разгрузочное отверстие, частично перекрывающей разгрузочное отверстие, и без колосниковой решетки;
по исполнению очистных устройств от налипания дробимого материала — с подвижными полотнами, с очистными валками.

Конусные дробилки могут применяться при переработке отходов строительных материалов, ферросплавов, минералов, керамики, стекла, огнеупоров, боя абразивного инструмента, шлаков, алмазов, отработанных формовочных смесей, угля и многих других материалов. В лабораториях конусные дробилки применяются в процессе пробоподготовки для измельчения проб. Регулировка гранулометрического состава происходит за счет изменения зазора между дробящим конусом и наружной броней, подбора амплитуды колебаний дробящего конуса, выбора частоты вращения ведущего дебаланса.

Достоинствами конусных дробилок являются:

- проведение дробления в сухом и мокром режимах.

- эффективное измельчение при одновременных деформациях сжатия и сдвига в частицах материала.

- регулировка гранулометрического состава за счет:

1) изменения зазора между мелющими конусами;

2) подбора амплитуды колебаний дробящего конуса ВКМД 10;

3) выбора частоты вращения ведущего дебаланса.

- возможность работы "под завалом", без дозировки дробимого материала.

- комплектация пультом управления

Роторные дробилки представляют собой машины ударного действия, дробление в которых происходит с помощью быстро вращающихся бил, жестко закрепленных на внешней поверхности ротора. Ротор установлен внутри корпуса, на стенках которого закреплены приемный лоток, отражательные плиты, колосниковые решетки, служащие для направления движения потока дробимого материала внутри корпуса и образующие вместе с ротором камеру дробления. Корпус имеет приемное и выходное отверстия.

а — однороторная однокамерная с отражательной плитой;
б — однороторная трехкамерная с отражательными плитами
в — однороторная двухкамерная с колосниковыми решетками;
г — реверсивная;
д — двухроторная одноступенчатого дробления;
е — двухроторная двухступенчатого дробления

По конструктивным признакам роторные дробилки разделяют: по числу роторов на однороторные и многороторные, по числу ступеней дробления (только для многороторных дробилок) на дробилки одноступенчатого и дробилки двухступенчатого дробления; по характеру исполнения отражательных органов на дробилки с колосниковыми отражательными решетками и дробилки с отражательными плитами; по направлению вращения роторов на дробилки с постоянным направлением и реверсивные дробилки с переменным направлением; по числу рабочих камер на однокамерные и многокамерные (двух-, трехкамерные и т. д.).

Технология дробления может быть организована с использованием либо открытых циклов работы дробилок, когда перерабатываемый материал проходит через дробилку только один раз, либо замкнутых циклов с грохотом, надрешетный продукт которого возвращают в дробилку.

Измельчение. Метод измельчения используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых фракций крупностью менее 5 мм.

Наиболее распространенными агрегатами грубого и тонкого измельчения, используемыми при переработке твердых отходов, являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы, и некоторые другие механизмы. Измельчение некоторых типов отходных пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогеное измельчение).

Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах являются размещаемые в их корпусах стальные стержни и стальные или чугунные шары. В мельницах ножевого типа измельчение идет в узком (0,1-0,5 мм) зазоре между закрепленными внутри статора неподвижными ножами и ножами, фиксированными на вращающемся роторе.

Барабанные стержневые и шаровые мельницы используют как для сухого, так и для мокрого помола. Тип и размеры этих мельниц характеризуют приемом эвакуации продукта (разгрузка через решетку или сито и полую цапфу либо разгрузка через полую цапфу), внутренним диаметром D барабана без футеровки и рабочей длиной L. Различают короткие (L<D) и длинные (L>D) мельницы. Стержневые мельницы обычно применяют для грубого измельчения отходов (содержание класса – 0,074 мм в продукте достигает 25-30%) в открытом или замкнутом цикле с классификатором. По сравнению с шаровыми мельницами они обеспечивают более равномерный по крупности продукт при равной крупности измельченного материала и меньшее количество шламов. Шаровые мельницы также используют в открытом и замкнутом цикле с классификаторами, причем мельницы с решеткой применяют, в основном, для сравнительно крупного измельчения, а мельницы с центральной разгрузкой чаще применяют для тонкого и особо тонкого измельчения.

Мелющие тела – стержни диаметром 25-100 мм и шары диаметром 30-125 мм – изготавливают из высокоуглеродистой стали, длина стержней обычно составляет 1,2 – 1,6 диаметра мельницы.

Для оценки необходимого диаметра мелющих тел D_ш (в мм) можно использовать выражение

где d_н – максимальный диаметр подлежащих измельчению кусков, мм; d_к – размер зерен продукта измельчения, мкм.

Производительность мельниц оценивают по количеству перерабатываемого в единицу времени материала Q (в т/ч):

Q = q₁V/ (β_к – β_исх)

где q – удельная производительность по вновь образованному расчетному классу, т/(м^3.ч); β_к и β_исх - выход данного класса соответственно в измельченном и исходном продукте, %.

Критической число оборотов, при котором мелющие тела начинают вращаться вместе с барабаном мельницы диаметром D, оценивают по формуле n = 42,3 / √D , об/мин.