Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

501

Многообразие видов твердых отходов, значительное различие

состава даже одноименных отходов в большой степени усложняют

задачи их утилизации, вызывая в ряде конкретных случаев необхо-

димость изыскания своеобразных путей их решения. Тем не менее

для большинства основных видов крупнотоннажных твердых отхо-

дов в настоящее время разработаны и частично реализуются опи-

санные ниже экономически целесообразные технологии их утилиза-

ции. В то же время различные технологии рекуперации твердых от-

ходов в своей основе базируются на ряде методов, совокупность

которых обеспечивает возможность утилизации BMP или их перера-

ботки в целевые продукты.

13.2. Механическая, механотермическая и

термическая переработка

Утилизация твердых отходов в большинстве случаев приводит к

необходимости либо их разделения на компоненты (в процессах очи-

стки, обогащения, извлечения ценных составляющих) с последую-

щей переработкой сепарированных материалов различными мето-

дами, либо придания им определенного вида, обеспечивающего саму

возможность утилизации отходов. Совокупность наиболее распрост-

раненных методов подготовки и переработки твердых отходов пред-

ставлена на рис. III-2.

Дробление. Интенсивность и эффективность большинства хи-

мических диффузионных и биохимических процессов возрастает с

уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материа-

лов. В этой связи собственно технологическим операциям перера-

ботки твердых отходов обычно предшествуют операции уменьше-

ния размеров их кусков, имеющие наряду с операциями их классифи-

кации и сортировки важное самостоятельное значение в технологии

рекуперации твердых отходов.

Метод дробления используют для получения из крупных кусков

перерабатываемых материалов продуктов крупностью преимуще-

ственно 5 мм. Дробление широко используют при переработке отхо-

дов вскрыши при открытых разработках полезных ископаемых, от-

вальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из упот-

ребления резиновых технических изделий, отвалов галита и

фосфогипса, отходов древесины, некоторых пластмасс, строитель-

ных и многих других материалов. В качестве основных технологи-

502

ческих показателей дробления рассматривают степень и энергоем-

кость дробления.

Степень дробления ; выражает отношение размеров кусков под-

лежащего дроблению и кусков раздробленного материала:

/ = D Id =D Id , (III.1)

max max q> ср'

где D

и Af

max

- диаметр максимального куска материала соответ-

ственно до и после дробления; D

и ^

- средневзвешенный диа-

метр кусков соответственно исходного материала и продукта дроб-

ления.

Размеры D

max

и d

max

определяют стадии крупного, среднего и

мелкого дробления, характеризующиеся следующими показателями:

Дробление Крупное Среднее Мелкое

D ,мм 1200-500 350-100 100-40

шах'

мм 350-100 100-40 30-5

шах

Удельные затраты электроэнергии (в кВт • ч на 1т перерабаты-

ваемого материала ) определяют энергоемкость дробления Е:

Рис. Ш-2.

Методы

подготовки и переработки твердых отходов

503

E=NIQ

(III.2)

где N - мощность, потребляемая двигателем дробилки, кВт; Q -

производительность дробилки, т/ч. Значения E зависят от необходи-

мой степени дробления и физико-механических свойств дробимого

материала.

Для дробления большинства видов твердых отходов используют

щековые, конусные, валковые и роторные дробилки различных ти-

пов. Для разделки очень крупных агломератов отходов применяют

копровые механизмы, механические ножницы, дисковые пилы, лен-

точнопильные станки и некоторые другие механизмы и приемы (на-

пример, взрыв). Выбор типа дробилки производят с учетом прочно-

сти, упругости и крупности подлежащего переработке материала, а

также необходимых размеров кусков (зерен) продукта и требуемой

производительности.

Технология дробления может быть организована с использова-

нием либо открытых циклов работы дробилок, когда перерабатыва-

емый материал проходит через дробилку только один раз, либо зам-

кнутых циклов с грохотом, надрешетный продукт которого возвра-

щают в дробилку. Некоторые распространенные варианты схем

дробления твердых отходов представлены на рис. III-3.

504

Измельчение. Метод измельчения используют при необходи-

мости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных

фракций крупностью менее

мм. Процессы измельчения широко рас-

пространены в технологии рекуперации твердых отходов при перера-

ботке отвалов вскрышных и попутно извлекаемых пород открытых

и шахтных разработок полезных ископаемых, вышедших из строя

строительных конструкций и изделий, некоторых видов смешанного

лома изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлур-

гических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производствен-

ных шламов и отходных пластмасс, пиритных огарков, фосфогипса и

ряда других BMP.

Наиболее распространенными агрегатами грубого и тонкого из-

мельчения, используемыми при переработке твердых отходов, явля-

ются 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 из-

делий проводят при низких температурах (криогенное измельчение).

Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах являют-

ся размещаемые в их корпусах стальные стержни и стальные или

чугунные шары. В мельницах ножевого типа измельчение идет в уз-

ком (0,1-0,5 мм) зазоре между закрепленными внутри статора не-

подвижными 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 решет-

ку или сито и полую цапфу либо центральная разгрузка через полую

цапфу), внутренним диаметром D барабана без футеровки и рабочей

длиной L. Различают короткие (L<D) и длинные (L

D) мельницы.

Рис

III-3.

Некоторые простейшие

схемы

дробления

измельчения отходов:

а - одностадийная с открытым циклом; б - одностадийная с поверочным грохочени-

ем; в - 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 грохоче-

нием во 2-й стадии; ж - трехстадийная с предварительным грохочением во 2-й

стадии и с предварительным и поверочным грохочением в 3-Й стадии; з - в откры-

том цикле; и - в замкнутом цикле с гидравлической классификацией; к - в замкну-

том цикле с совмещением предварительной и контрольной гидравлической класси-

фикации; л - в замкнутом цикле с воздушной сепарацией

505

Дробленый

продукт

Измельченный

продукт

506

Стержневые мельницы обычно применяют для грубого измельче-

ния 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 равно-

мерный по крупности продукт при равной крупности измельченного

материала и меньшее количество шламов. Шаровые мельницы так-

же используют в открытом и замкнутом цикле с классификаторами,

причем мельницы с решеткой применяют, в основном, для сравни-

тельно крупного измельчения (50-60% класса - 0,074 мм в продук-

те), а мельницы с центральной разгрузкой чаще применяют для тон-

кого и особо тонкого измельчения. Примеры организации односта-

дийной технологии измельчения представлены на рис. III-3.

Мелющие тела - стержни диаметром 25-100 мм и шары диа-

метром 30-125 мм - изготовляют из высокоуглеродистой стали, длина

стержней обычно составляет 1,2-1,6 диаметра мельницы.

Для приближенной оценки необходимого диаметра мелющих тел

(в мм) можно использовать выражение:

-6 Sd

Igd

, (Ш.З)

где d

- максимальный диаметр подлежащих измельчению кусков,

мм; d

- размер зерен продукта измельчения, мкм.

Степень заполнения барабана мельницы мелющими телами вы-

ражают коэффициентом заполнения Ф

-V„/V-40./r

«D»L, (1П.4)

где V и V

- объем барабана мельницы соответственно общий и

занятый мелющими телами, м

; G

- масса загрузки мелющих тел,

т; Y - масса мелющих тел в единице объема, т/м

(для приближен-

ных расчетов принимают

=4,6-4,8 т/м

для шаров и

= 6,6 т/м

для стержней); D - внутренний диаметр барабана мельницы, м; L -

длина барабана мельницы, м.

Значения

при работе шаровых мельниц находятся в пределах

45-48%, но могут быть и значительно меньше; для стержневых мель-

ниц оно примерно равно 35%. На практике эту величину оценивают

по формуле:

-127 (2АВ -

/ 2D, (III.5)

где AB - расстояние от вершины барабана диаметром D до поверх-

ности мелющих тел.

Массу загрузки мелющих тел G

определяют по формуле:

507

ffl

= «D

ffl

. (III.6)

Критическое число оборотов в минуту, при котором мелющие тела

начинают вращаться вместе с барабаном мельницы диаметром D

(в м), оценивают по формуле:

42,3/

(III.7)

Отношение рабочей частоты вращения к критической называют

относительной частотой вращения у и выражают в % или долях еди-

ницы:

= n/iy (III.8)

В практике измельчения значения у обычно составляют 0,72-

0,85.

Для приведения в действие барабанной мельницы необходима

мощность N

, расходуемая на вовлечение в движение мелющих тел

, покрытие потерь холостого хода барабана без мелющих тел N

XOA

и потерь в подшипниках цапф N

N =N

N =N . (III.9)

6 0 хол лои

v 7

Оценку составляющих выражения (III.9) производят по зависи-

мостям, приведенным в специальной литературе. Необходимая на

валу электродвигателя мощность N

определяется с учетом КПД

передачи л =0,9-0,95:

= N

/л. (ШЛО)

Потребляемую электродвигателем от сети мощность N

опреде-

ляют с учетом его КПД л

= 0,92-0,95 (для асинхронных двигателей):

N=N

. (И1.11)

Мощность устанавливаемого электродвигателя обычно принима-

ют на 10-15% больше расчетной величины.

Производительность мельниц оценивают по количеству перера-

батываемого в единицу времени материала Q (в т/ч):

VZ(P

-P

iicx

(III. 12)

и по содержанию вновь образованного в измельченном продукте дан-

ного класса Q

(в т/ч):

Q(P

-PHJ

/100

> (Ш.13)

где q

}

- удельная производительность по вновь образованному рас-

508

четному классу, т/(м

•

ч); P

, P

ncx

- выход данного класса соответ-

ственно в измельченном продукте и в исходном материале, %.

Удельная производительность q [в т/(м

• ч)] по перерабатывае-

мому

материалу составляет:

= Q

(111.14)

где V - рабочий объем барабана мельницы, м

Значения q, могут быть определены по аналогичному выражению:

q^Q./V.

(III.

15)

Классификация и сортировка. Эти процессы используют для

разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включа-

ют методы грохочения (рассева) кусков (зерен) перерабатываемого

материала

их разделение действием гравитационно-инерционных и

гравитационно-центробежных

сил.

Эти методы широко применяют в

качестве самостоятельных и вспомогательных при непосредствен-

ной утилизации и переработке подавляющего большинства твердых

отходов. В тех случаях, когда классификация имеет самостоятель-

ное значение, т.е. преследуется цель получения той или иной фрак-

ции материала в качестве готового продукта, ее часто называют сор-

тировкой.

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 решетки, прово-

лочные сетки и щелевидные сита, выполненные из различных ме-

таллов, резины, полимерных материалов

характеризующиеся ячей-

ками (отверстиями) различных форм и размеров.

При грохочении используют неподвижные колосниковые, валко-

вые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качаю-

щиеся, полувибрационные (гирационные), вибрационные с прямоли-

нейными вибрациями (резонансные, самобалансные, с самосинхро-

низириующимися вибраторами) и с круговыми или эллиптическими

вибрациями (инерционные с дебалансным вибратором, самоцентри-

рующиеся, электровибрационные) грохоты. При грохочении комкую-

щихся материалов некоторые типы этих механизмов иногда снабжа-

ют дополнительными устройствами, обеспечивающими эффектив-

ное проведение соответствующих опереций.

Технологически при выделении более двух классов перерабаты-

ваемого материала грохочение может быть оформлено в виде раз-

509

личных вариантов (рис. IIM), каждый из которых имеет очевидные

достоинства и недостатки, касающиеся интенсивности износа ячеи-

стых поверхностей, удобства их ремонта или замены и наблюдения

за их состоянием, эффективности процесса

компактности установки.

Основными показателями грохочения являются его эффектив-

ность Е, определяемая отношением количества подрешетного про-

дукта к его общему количеству в исходном материале (в %):

E= 10'( а - в)/а(100-$), (III.16)

где а и содержание нижнего класса соответственно в исходном

материале и надрешетном проду кте, %.

Для неподвижных колосниковых и валковых грохотов объемную

производительность Q (в м

/ч) выражают произведением удельной

объемной производительности по питанию q [в м

/(м

•

ч)] при пло-

щади решетки F (в м

Q = qF. (III. 17)

При изменении ширины щели между колосниками от 25 до

200 мм значения q ориентировочно изменяются от 9 до 38 м

/(м

•

ч)

Исходный

материал

ззгшЕакзгзйзжзашзайзкй;

Мелкая фракция

Отсев

Средние

фракции

Исходный

материал

I I

7W\_7

I Исходный

* материал

К *

Фракции

Отсев

Рис. III-4.

Схемы

выделения материалов различных

классов при

грохочении:

а - от крупного к мелкому; б - от мелкого к крупному; в - комбинированным

способом

510

при эффективности грохочения 70-75% и от 18 до 76 м

/(м

- ч) при

эффективности 55-60%.

Барабанные грохоты выбирают с учетом размера максимально-

го куска материала d

MaKC

при условии, что D/d

макс

>14, где D диа-

метр барабана грохота. Число п оборотов барабана в минуту прини-

мают в приделах 13 / D - 20 / VD об/мин. Производительность

грохотов Q (в т/ч) может быть определена по формуле:

Q = 600 SynVR

tg2a,

(HI.

18)

где 5 - плотность материала, т/м

;

- коэффициент разрыхления

материала (Y = 0,2-0,4); a - угол наклона грохота, град; R - радиус

барабана, м; h - толщина слоя материала, м (h^2d

Mjucc

При мокром грохочении в барабанном грохоте расход воды со-

ставляет 1,3 м

/м

для крупного материала и 2,5 м

/м

для мелкого

материала.

Дуговые грохоты используются для мокрого грохочения. Их

объемную производительность Q (в м

/ч) ориентировочно оценива-

ют по формуле:

Q = 160Fv, (111.19)

где F - площадь живого сечения сита (площадь отверстий в свету),

;

- начальная скорость пульпы, м/с (обычно составляет 0,5-6 м/с).

Удельная объемная производительность грохота q в м

/(м

•

ч)

зависит от ширины d (в мм) щели решетки:

q= 170 Vd-

(III.

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 номиналь-

ной крупности подрешетного

проду

кта (условная максимальная круп-

ность продукта, соответствующая размеру отверстий сита d

, 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 м

/ч)

ориентировочно можно оценить по формуле:

Q = qFK,K

K.K

, (111.21)

где q - удельная объемная производительность, м

/(м

• ч); F - по-

лезная площадь сита, м

;

- K

- поправочные коэффициенты (зна-

чения q, K

- K

могут быть найдены в специальной литературе).