• 5

12.2. МЕХАНИЧЕСКАЯ, МЕХАНОТЕРМИЧЕСКАЯ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА

Утилизация твердых отходов в большинстве случаев приводит к необходимости либо их разделения на компоненты (в процес­сах очистки, обогащения, извлечения ценных составляющих) с последующей переработкой сепарированных материалов различ­ными методами, либо придания им определенного вида, обес­печивающего саму возможность утилизации отходов BMP. Совокупность наиболее распространенных методов подготовки и переработки твердых отходов представлена на рис. III-2.

Дробление. Интенсивность и эффективность большинства химических диффузионных и биохимических процессов 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 в технологии рекуперации твердых отходов.

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 i выражает отношение размеров кусков подлежащего дроблению и кусков раздробленного материала:

.Омясс/^/мПКС " Dcp/dcv,  (III.1 )'

где Dмдке и <£м=1кс — диаметр максимального куска материала соответственно до и после дробления; Dc]> и dCI> — средневзвешенный диаметр кусков соот­ветственно исходного материала и продукта дробления.

Размеры £>манс и dMaKC определяют стадии крупного, среднего и мелкого дробления, характеризующиеся следующими показателями: Дробление            Крупное Среднее Мелкое

DМакс, мм    1200—500 350-100 100—40

dmсс, мм       350—100 100—40  30—5

26*

403

Методы подготовки, и перераватки

 

Рис. Ш-2. Методы подготовки и переработки твердых отходов

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

E-N/Q,            (III.2)

где N — мощность, потребляемая двигателем дробилки, кВт; Q — производи­тельность дробилки, т/ч. Значения 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 кусков (зерен) продукта и требуемой производительности.

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. Некоторые распространенные- варианты схем дробления твердых отходов представлены на рис. III-3.

Измельчение. Метод измельчения используют при необходи­мости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперс­ных фракций крупностью менее 5 мм. Процессы измельчения широко распространены в технологии рекуперации твердых отходов при переработке отвалов вскрышных и попутно извле­каемых пород открытых и шахтных разработок полезных иско-

твердых отходов

 

Электрическая сепарация

 

Флотация

 

е виды обогащения

лаемых, вышедших из строя строительных конструкций и изде­лий, некоторых видов смешанного лома изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов и отходных пластмасс, пиритных огарков, фосфогипса и ряда других BMP.

Наиболее распространенными агрегатами грубого и тонкого измельчения, используемыми при переработке твердых отходов, являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы, хотя в отдельных случаях применяют и другие механизмы (дезинте­граторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны, пневмопушки и т. п.). Измельчение некоторых типов отходных пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температу­рах (криогенное 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 центральная

 

Отходы

Дробленый, продукт

Отходы

Дробленый продукт

Отходы

Дробленый продукт

Отходы

 

Дробленый продукт

Отходы

Отходы

Отходы

 

Измельченный, продукт

Рис. III-3. Некоторые простейшие схемы дробления и измельчения отходов: а — одностадийная с открытым циклом; 6 — одностадийная с поверочным грохочением; a —- одностадийная с открытым циклом и предварительным грохочением; г — одностадий­ная с предварительным и поверочным грохочением; д — двухстадийная с открытым цик­лом; е — двухстадийная с предварительным и поверочным грохочением во 2-й стадии; ж — трехстадийная с предварительным грохочением во 2-й стадии и с предварительны»

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 (50—60% класса —0,074 мм в продукте), а мельницы с центральной разгрузкой чаще применяют для тонкого и особо тонкого измельчения. Примеры организации одностадийной технологии измельчения представлены на рис. III-3.

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

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

D„n=6l/57lgd1(,         (III.3)

где d„ — максимальный диаметр подлежащих измельчению кусков, мм; dK — размер зерен продукта измельчения, мкм.

Степень заполнения барабана мельницы мелющими телами выражают коэффициентом заполнения ср,„:

v„-tzm/y=40„/Tmn.D=L,         (IIL4)

где V и Vm — объем барабана мельницы соответственно общий и занятый; мелющими телами, м3;, Ош — масса загрузки мелющих тел, т; —масса мелющих тел в единице объема, т/ма (для приближенных расчетов принима­ют Кш = 4,6—4,8 т/м3 для шаров и "fni = 6,6 т/м3 для стержней); D—внутрен­ний диаметр барабана мельницы, м; L — длина барабана мельницы, м.

Значения фш при работе шаровых мельниц находятся в пределах 45— 48%, но могут быть и значительно меньше; для стержневых мельниц оно примерно равно 35%. На практике эту величину оценивают по формуле

Фш » 50 — 127 (2АВ — D) /2D,     (II1.5)

где Л В — расстояние от вершины барабана диаметром D до поверхности' мелющих тел.

Массу загрузки мелющих тел Gm определяют по формуле

Сщ=я02/41фш'Гш.   (III.6).

и поверочным грохочением в 3-й стадии; 3 -— в открытом цикле; и — в замкнутом цикле• с гидравлической классификацией; а — в замкнутом цикле с совмещением предваритель­ной и контрольной гидравлической классификации; л — в замкнутом цикле с воздушной- сепарацией

Критическое число оборотов в минуту, при котором мелющие тела на­чинают вращаться вместе с барабаном мельницы диаметром D (в м), оце­нивают по формуле:

Икр=42,3/У6".           (IH.7)

Отношение рабочей частоты вращения к критической называют относи­тельной частотой вращения и выражают в % или долях единицы:

W=n/nw.         (HI.8)

В практике измельчения значения ф обычно составляют 0,72—0,85.

Для приведения в действие барабанной мельницы необходима мощ­ность Ns, расходуемая на вовлечение в движение мелющих тел Na, покры­тие потерь холостого хода барабана без мелющих тел JVXол и потерь в под­шипниках цапф А/доп:

Лг6=Л'„+А'хо„+Л'Доп.          (Ш.9>

Оценку составляющих выражения (Ш.9) производят по зависимостям, приведенным в специальной литературе. Необходимая на валу электродви­гателя мощность Л/с определяется" С учетом КПД передачи т)=0,9—0,95:

JV,=JV6/r|.     (111.10)

Потребляемую электродвигателем от сети мощность Na определяют с учетом его КПД 1> = 0,92—0,95 (для асинхронных двигателей):

JV.-JVB/ii».   (Ш.11>

Мощность устанавливаемого электродвигателя обычно принимают на 10—15% больше расчетной величины.

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

Q=<?.V/([Jk-SW),     (III.12)

и по содержанию вновь образованного в измельченном продукте данного класса Qi (в т/ч):

Qt—Q(Pk —(111.13)

где q— удельная производительность по вновь образованному расчетному классу, т/(м3'Ч); [5К, Ри=х — выход данного класса соответственно в измель­ченном продукте в исходном материале, %.

Удельная производительность д[в т/(м3-ч)] по перерабатываемому ма­териалу составляет:

q-QIV, (III.14)

где V — рабочий объем барабана мельницы, м3.

Значения qi могут быть определены по аналогичному выражению:

9i=QI/V.          (111.15)

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,

i Исходный материал

Исходный материал

 

Средние        J^

Vх        I I |

Отсев

Мелкая фракция а

Фракции 5

I

Исходный матер аал

Рис. III-4. Схемы выделения материалов раз­личных классов при грохочении: в —от крупного к мелкому; 6 — от мелкого к круп­ному; в — комбинированным способом

 

Отсев

V Фракции.

в

когда классификация имеет самостоятельное значение, т. е. преследует цель получения той или иной 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 характеризующиеся ячейками (отверстиями) различных форм и размеров.

При грохочении используют неподвижные колосниковые, валковые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плос­кие качающиеся, полувибрационные (гирационные), вибрацион­ные с прямолинейными вибрациями (резонансные, самобаланс­ные, с самосинхронизирующимися вибраторами) и с круговыми или эллиптическими вибрациями (инерционные с дебалансным вибратором, самоцентрирующиеся, электровибрационные) гро­хоты. При грохочении ком кующихся материалов некоторые типы этих механизмов иногда снабжают дополнительными устройст­вами, обеспечивающими эффективное проведение соответствую­щих операций.

Технологически при выделении более двух классов перера­батываемого материала грохочение может быть оформлено в виде различных вариантов (рис. HI-4), каждый из которых имеет очевидные достоинства и недостатки, касающиеся интен­сивности износа ячеистых поверхностей, удобства их ремонта или замены и наблюдения за их состоянием, эффективности процесса и компактности установки.

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

£—10'(а —- fi)/a(100 — 0), <111.16)

где а и Ф — содержание нижнего класса соответственно в ис­ходном материале и надрсшстиом продукте, %.

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

Q~q-F.            (III.17)

При изменении ширины щели между колосниками от 25 до 200 мм значения q ориентировочно изменяются от 9 до 38 м:,/(м2-ч) при эффектив­ности грохочения 70—75% и от 18 до 76 ма/(ма-ч) при эффективности 55-60%.

Барабанные грохоты выбирают с учетом размера максимального куска материала ам«кс при условии, что D/dKSK^ 14, где D — диаметр барабана грохота. Число п оборотов барабана в минуту, принимают в пределах 13/0 — 20/)'D об/мин. Производительность грохота Q (в т/ч) может быть определена по формуле

<2 = 60067" У/Wig 2a,         (III.18)

где 6 — плотность материала, т/м3; if — коэффициент разрыхления материала (7=0,2—0,4); а —угол наклона грохота, град; Я —радиус барабана, м; А —толщина слоя материала, м (hsg:2 dMalK).

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 но формуле

Q = 160ft.',     (111.19)

где F — площадь живого сечения сита (площадь отверстий в свету), ма; у —начальная скорость пульны, м/с (обычно составляет 0,5—6 м/с).

Удельная объемная производительность грохота q [в м5/(м2-ч)] зависит ■ от ширины d (в мм) щели решетки:

q=l70yj.           (111.20)

Крупность исходного материала может изменяться от 0,074 до 12 мм, содержание твердого материала в питании—от 7 до 70%, эффективность грохочения достигает 75—80%, считая по номинальной крупности нодрешет- ного продукта (условная максимальная крупность продукта, соответствую­щая размеру отверстий сита dn, через которые просеивается 95% материала). Изменяющимся от 0,2 до 3 мм величинам d„ соответствует величина d в пре­делах 0,6—3,2 мм.

Объемную производительность вибрационных грохотов (в ма/ч) ориен­тировочно можно оценить по формуле

Q^qFKiKiKsKtKsKsKjKs,    (Ш.21)

где q — удельная объемная производительность, м3/(м3-ч); F —• полезная площадь сита, м2; Кл—К а — поправочные коэффициенты '(значения q, К\—Кв могут быть найдены в специальной литературе).

Среди используемых для разделения твердых материалов в виде пульп классификаторов грубой (чашевые, реечные, спи­ральные) и тонкой (гидроциклоны, отстойные центрифуги, ко­нусы, пирамидальные отстойники и др.) классификации наибо­лее распространены гидроциклоны и спиральные классифика­торы с непогруженной и погруженной спиралями. Первые из них используют для получения грубых сливов крупностью от 0,2 до 0,5 мм (иногда до 1 мм), вторые — для получения тонких сливов (80—90%класса —0,074 мм). Оба типа характеризуют диаметром спирали и длиной заключающего ее корыта.

Производительность классификаторов (в т/ч) определяют по сливу (тон­кая фракция) и пескам (грубая фракция) по формулам соответственно для сливов классификаторов с погруженной и непогруженной спиралями и для их песков:

Q=тКхКгКзК* (3,125D2+0,416D),   (111.22)

Q^tnKiKuK-iK* (3,916D2+0,66H),  (111.23)

Q = 5,625m/firtD2,    (111.24)

где т — число параллельных спиралей в корыте (1 или 2); К\—Ка—коэф­фициенты, учитывающие соответственно плотность исходного материала, крупность слива, плотность последнего и содержание шламов в исходном материале (оценка их значений может быть найдена в специальной литера­туре); D — диаметр спирали, м; п — число оборотов спирали в минуту.

При заданной производительности по выражениям (111.22) и (III.23) можно определить необходимое значение D.

Производительность гидроциклонов определяют по формуле:

Q=9,5-1 О^лМс/сУЖ,           (III.25) где величины Kd и Ка составляют:

^=0,8+1,2/(1 + 100), (111.26)

0,79+0,044/(0,0379+tg а/2),           (Ш.27)

где D — диаметр гидроциклона, м; сс— угол конусности гидроциклона, град; dn — эквивалентный диаметр питающего отверстия, равный У4Ь/г/п (Ь—ши­рина отверстия, h — высота отверстия), м; ас — диаметр сливного патруб­ка, м; (7=9,81 м/с; N — давление пульпы на входе, МПа.

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

Выход продуктов классификации — слива и песков — определяют по формулам:

>=100(а-^)/(Р —»),   (III.28)

>=100 — ?=, (Ш.29)

где а, р, Ф—содержание данного класса соответственно в питании, сливе и песках, %.

Извлечение данного класса в слив в (в %):

8=yep/a          (III.30)

или

e=100p/ct-(a—■»)/(£ —ti).  (III.3I)

Эффективность классификации Е (в %) определяют по формулам:

£= 100-- а)/(100 - а) (111.32)

или

lOVct-(Р — а) (а— 0)/(100 — а)ф — 0).   (111.33)

Полноту разделения при классификации характеризуют коэффициентом разделения Кв-

(111.34)

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 Vc (в м3) рассчитывают по формуле

Vz=V/Ko,        (III.35)

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

Окускование. Наряду с перечисленными выше методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности в практике рекуперадионной технологии твер­дых отходов большое распространение имеют методы, связан­ные с решением задач укрупнения мелкодисперсных частиц BMP, имеющие как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяющие различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агло­мерации. Их используют при переработке в строительные мате­риалы ряда компонентов отвальных пород добычи многих полезных ископаемых, хвостов обогащения углей и золы — уноса ТЭС, в процессах утилизации фосфогипса 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 BMP.

Гранулирование. Методы гранулирования охватывают большую группу процессов формирования агрегатов обычно шарообразной или (реже) цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах обработки ма­териалов.

Гранулирование порошкообразных материалов окатыванием наиболее часто проводят в ротационных (барабанных, тарель­чатых, центробежных, лопастных) и вибрацио.нных гранулято- рах различных конструкций. Производительность этих аппара­

тов 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.

Получившие большое распространение на практике барабан­ные грануляторы часто снабжают различными устройствами для интенсификации процессов, предотвращения адгезии лип­ких порошков на рабочих поверхностях, сортировки гранул по размерам. Они характеризуются большой производительностью (до 70 т/ч, иногда выше), относительной простотой конструкции, надежностью в работе и сравнительно невысокими удельными энергозатратами. Однако барабанные грануляторы не обеспе­чивают возможности получения гранулята узкого фракционного •состава, контроля и управления соответствующими процессами.

Для получения гранулята, близкого по составу к монодис- перСному, используют тарельчатые (дисковые) грануляторы •окатывания, обеспечивающие возможность достаточно легкого управления процессом.

Существует много конструкций тарельчатых грануляторов, различающихся размерами, наличием или отсутствием, а также •формой и расположением отдельных конструктивных элемен­тов. Обычно применяют 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=KD\            (III.36)

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

Необходимый размер тарели гранулятора целесообразно оценивать по удельной производительности а, которая обычно находится в пределах 0,77— ■0,91 т/(м=-ч):

D~V07(0/785?/).       (III.37)

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.

Гранулирование порошков прессованием характеризуется промежуточной стадией упругопластического сжатия (пласти­кации) их частиц, происходящего под действием давления и на­грева (иногда при перемешивании) с образованием коагуляци- 1Ьнной структуры, способной к быстрому переходу в кристалли­та

зационную. Давление начала процесса прессового гранулирова­ния определяется пределом текучести наименее прочного ком­понента перерабатываемого порошка. Прессовое гранулирова­ние проводят в валковых и таблеточных машинах различной конструкции, червячных и ленточных прессах, дисковых экстру- дер ах и некоторых других механизмах с получением агломератов различной формы и размеров.

Валковые (вальцовые) грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что 'позволяет лолучать 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= 188,4-1031]зр„6лЩ        (111.38)

где 6 —ширина зазора между валками, м; L — длина валка, м; D — диаметр валка, м; р„ — насыпная плотность исходного материала, кг/м3;. п — частота вращения валков, с-1; i|i=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 frropottmoe '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 до 96 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, пластицирующие перерабатываемый материал и про­давливающие его через перфорированную решетку (фильерную головку), по выходе из которой сформованные жгуты либо ло­маются под действием собственной тяжести, либо их режут (рубят) ножом на соответствующие мерные длины до или после охлаждения.

Отдельную группу грануляторов представляют аппараты гранулирования порошков в дисперсных потоках. Процесс в них основан на столкновениях частиц порошка или порошка и жид­кой фазы в турбулизованном 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 виб- рокипящего слоя) или других механических возмущений. К этой группе процессов гранулирования могут быть отнесены также различные процессы распылительной сушки суспензий и растворов.

Гранулирование расплавов индивидуальных солей весьма ограничено в практике рекуперации твердых отходов. Гранули­рование силикатных расплавов, напротив, широко используется при переработке, шлаков текущего выхода в черной и (ограни­ченно) цветной металлургии, электротермического производства фосфора. Соответствующие приемы гранулирования и механиз­мы этих процессов охарактеризованы ниже.

Способность гранулируемых материалов к уплотнению и фор­мованию характеризуют значениями коэффициентов их грану- 1яируемости Ai и К-у.

Ki= (ч/То)/Р«л, /С2=0/А<л, (IH.39)

где f и Чи — текущая и исходная плотность гранулируемого материала т/м3; <т —предел прочности гранул при сжатии, Па; рия—давление уплотнения, соответствующее началу упруго-пластической деформации, Па.

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

Технологические схемы грануляционных установок различа­ются в основном отсутствием или использованием 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. Некоторые типовые схемы гранулирования представ­лены на рис. III-5.

Брикетирование. Методы брикетирования находят ши­рокое применение в практике утилизации твердых отходов в ка­честве подготовительных (с целью придания отходам компакт­ности, обеспечивающей лучшие условия транспортирования, хранения, а часто и саму возможность переработки) и само­стоятельных (изготовление товарных продуктов) операций.

Брикетирование дисперсных материалов проводят без свя­зующего при давлениях прессования, превышающих 80 МПа и с добавками связующих при давлениях, обычно ограниченных 15—25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материа­лов существенное влияние оказывают состав, влажность и круп-

 

Рис. III-5. Типовые схемы (о—в) гранулирования порошковых мате­риалов:

1 — грохот; 2 — дробилка; 3 — охлади­тель; 4 — сушилка; 5 — опудриватсль; БГ — барабанный гранулнтор; VT — та­рельчатый гранулятор; ШГ — шнсковый гранулятор; БШГ — башенный грануля­тор; ГЛС — гранулятор кипящего слоя; 1-!ГС~- барабанный гранулятор-сушид- кз; ВГ — валковый гранулятор; Р — раствор или суспензия; С — порошкооб­разный материал; М — мелкая фракция грохочения; Яр — продукт

 

Пр

ОпудриВаюцая доШВна.

 

ность материала, температура, удельное давление и продолжи­тельность прессования. Необходимое удельное давление прессо­вания обычно находится в обратной зависимости от влажности Материала. Перед брикетированием материал обычно подверга­ют грохочению (классификации), 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 (давление прессования 100—120 МПа), вальцовые и кольцевые («200 МПа) прессы различных конструкций.

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

Q = 60F65/nn.l0-°,     (ШЛО)

I где F — площадь прессующей поверхности, см2;6 — толщина брикета, см; 6 — плотность брикета, г/см3; т — число штемпелей; д — число ходов штем­пеля в минуту.

Производительность вальцового пресса (в т/ч) равна:

Q=6-10-^m«„,            (111.41)

где g —• масса брикета, г; т. — число ячеек на бандаже; пп — 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 на основе таких BMP приготовляют шихту, включающую твердое топливо (коксовая мелочь 6— 7%то массе), и другие компоненты (концентрат, руда, флюсы). Усредненную и увлажненную до 5—8% шихту размещают в виде слоя определенной высоты, обеспечивающей 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 лроса- сыванием через ее слой продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива и воздуха. Процесс спекания минеральных компонентов шихты идет при горении ее твердого топлива (1100—1600 °С). 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—500 т/ч. Их недостатком является полу­чение больших объемов разбавленных по загрязняющим компо­нентам (СО, SO2, NOx) агломерационных газов. Агломашииы с нижним зажиганием позволяют в значительной степени избе­жать этого недостатка. Пример использования агломерации в технологии рекуперации твердых отходов изложен в разд. 13.1.

Термическая обработка. При утилизации и переработке твердых отходов используют различные методы термической об­работки как исходных твердых материалов, так и получаемых на их основе продуктов. Эти методы включают различные при­емы пиролиза (например, отходов пластмасс, древесины, рези­новых технических изделий, щламов нефтепереработки), пере­плава (например, отвальных металлургических шлаков, отходов термопластов, металлолома), обжига (например, некоторых шлаков цветной металлургии, пиритных огарков, ряда железо­содержащих шламов и пылей) и огневого обезвреживания (сжигания) многих видов твердых отходов на органической ос­нове. Примеры использования этих приемов в технологии ре­куперации твердых отходов изложены ниже.

Смешение порошкообразных и пастообразных материалов. Этот метод широко используют в практике переработки твердых отходов для усреднения состава дисперсных отходов, приготов-

27—822

417

-ления на их основе многокомпонентных смесей шихтовых мате­риалов и получения различных масс, обеспечивающих возмож­ность переработки BMP 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 смешения i характеризует взаимное распределение веществ в результате реализации процесса:

f=(Ci+Cs+...+C„)/n,   (Ш.42)

где Си С2      Сп — относительные концентрации одного из веществ в про­бах, вычисляемые по отношениям С< = е</е» для в<ео и С<=(1—е<)/(1— при 8i>e0, е,-, е0 — объемные доли этого вещества в 1-& пробе и в аппарате ■соответственно.

Коэффициент неоднородности двухкомпонентной смеси

Кс = ЮО/С0У2'(Сг-с0)^/(п-0 ,         (III.43)

где Ci, Со — концентрация вещества соответственно в пробах и в аппарате, '%; п.; и п — число проб соответственно в каждой групп,- одинаковых значе­ний и общее; i—njrn —число групп проб.

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

di/dt«JV/K.     (111.44)

Эффективность процесса может быть оценена количеством энергии, не­обходимой для достижения заданной величины i (или Хс).

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

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я