ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Агрегирование отходов

Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности при переработке твердых от­ходов большое распространение имеют методы, связанные с укруп­нением мелкодисперсных частиц, имеющие как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяющие различные при­емы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высоко­температурной агломерации. Их используют при переработке ком­понентов отвальных пород, получаемых в процессе добычи полез­ных ископаемых, хвостов обогащения углей и золы - уноса ТЭС, в процессах утилизации фосфогипса, 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 во многих других процессах утилизации и переработки BMP.

Гранулирование. Методы гранулирования охватывают большую группу процессов формирования агрегатов, обычно сферической или цилиндрической формы, из порошков, паст или расплавов пе­рерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах 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 гранул зависят от свойств исходных ма­териалов, а также от технологических параметров (расхода порош­ков и связующих, соотношения ретура - затравки и порошка, тем­пературного режима, частоты вращения, коэффициента заполне­ния аппарата) и конструктивных факторов (геометрических разме­ров аппарата, угла наклона и др.).

Получившие большое распространение на практие барабанные грануляторы часто снабжают различными устройствами для интен­сификации процессов, предотвращения прилипания порошков к рабочей поверхности, сортировки гранул по размерам. Они харак­теризуются большой производительностью (до 70 т/ч), относитель­ной простотой конструкции, надежностью в работе и сравнительно невысокими удельными энергозатратами. Однако барабанные гра­нуляторы не позволяют получить гранулят узкого фракционного состава, а также осуществить контроль и управление процессом.

Для получения из порошков гранулята, близкого по размерам к монодисперсному, используют тарельчатые (дисковые) грануля­торы окатывания, обеспечивающие возможность достаточно легко­го управления процессом.

Например, для гранулирования порошкообразных продуктов используют тарельчатый гранулятор окатывания ОТ100К02, уст­ройство которого показано на рис. 6.11, а технические характери­стики приведены ниже:

Производительность, кг/ч. . . . 80 - 200

Диаметр тарели, мм....................... 1000

Высота борта тарели, мм.... 150 - 250 Частота вращения тарели, с"1 . .0,11-1,1 Угол наклона тарели, град. . .30-75 Расход связующей жидкости, кг/ч 30

TOC o "1-3" h z Расход воздуха, м3/ч....................... 1,5

Габариты, мм:

Длина..................................... 1800

Ширина.................................. 1170

Высота.................................... 1960

Масса, кг........................................ 635

Гранулирование порошков происходит следующим образом. Материал поступает на наклонную вращающуюся тарель 2, увлаж­няется связующей жидкостью, подаваемой через форсунку 4, и окатывается до гранул заданной величины. Угол наклона тарели регулируется с помощью механизма 6.

Существует много конструкций тарельчатых грануляторов, различающихся размерами, наличием или отсутствием отдельных конструктивных элементов, а также их формой и расположением. Обычно применяют тарели (чаши, диски) диаметром 1 - 6 м, с вы­сотой борта до 0,6 м.

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

Q = KD2, (6.14)

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

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, 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.

Гранулирование порошков прессованием характеризуется про­межуточной стадией упругопластического сжатия их частиц, про­исходящего под действием давления и нагрева (иногда при переме­шивании) с образованием коагуляционной структуры. 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 экструдерах и некоторых других механизмах с получением агломератов различной формы и размеров.

Например, для гранулирования влажных порошкообразных ма­териалов используют прессующие грануляторы марок ФП025К08 и ФП040К01 производительностью до 200 и 500 кг/ч соответственно. Гранулируемый влажный материал в таких машинах запрессовы­вается в отверстия вращающегося ротора; сформировавшиеся в них гранулы затем выталкиваются в приемник с помощью толкателей. Прессующие грануляторы могут изготавливать гранулы как в виде цилиндров, так и в виде таблеток.

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

Производительность валковых грануляторов составляет 5 - 100 т/ч. Ориентировочно ее можно оценить по формуле:

Q= 188,4 • 103Vя„ bnLD, (6.15)

Где B - ширина зазора между валками, м; L - длина валка, м; D - диаметр валка, м; рн — насыпная плотность исходного матери­ала, кг/м3; п - частота вращения валков, 1 /с; Ц> = 0,5 — 0,6.

Принципы прессового гранулирования реализуют также в чер­вячных прессах (экструдерах) различной конструкции, рабочими элементами которых являются червяки (шнеки), пластицирующие перерабатываемый материал и продавливающие его через фильер - ную решетку, по выходе из которой сформированные жгуты либо ломаются под действием собственной тяжести, либо их режут до или после охлаждения дисковым или гильотинным ножом на час­тицы заданной длины. Червячные экструдеры широко используют­ся для гранулирования пластмасс.

На рис. 6.12 приведена конструкция шнекового гранулятора марки ФШ010К02. Продавливаемый через фильерную решетку 6 Материал выходит из нее в виде жгутов, которые ломаются вслед­ствие низкой прочности под действием собственной массы, образуя гранулы в виде небольших цилиндриков.

1 - электродвигатель привода шнека; 2 - электродвигатель ворошителя; 3 - редук­тор; 4 - бункер-накопитель; 5 - Z-образный ворошитель; 6 - фильерная решетка; 7 - ленточный транспортер-раскладчик; 8 - корпус; 9 - редуктор; 10 - вариатор; I — вход порошка; II - выход гранул

Характеристики аппаратов для грануляции пастообразных ма­териалов приведены в табл. 6.14.

Отдельную группу грануляторов представляют аппараты грану­лирования порошков в дисперсных потоках. Процесс в таких гра­нуляторах 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 в струйных грануляторах или в грануляторах кипящего слоя либо посредством воздействия на час­тицы вибрационных (грануляторы виброкипящего слоя) или дру­гих механических возмущений.

При переработке металлургических и топливных шлаков широ­ко используются специальные методы гранулирования силикатных расплавов, которые рассмотрены в гл. 10.

Таблетирование. При производстве из промышленных отходов некоторых адсорбентов порошковые материалы таблетируют с ис­пользованием машин различных типов, принцип действия боль­шинства из которых основан на прессовании пуансонами дозируе­мых в матричные каналы порошков. Получаемые таблетки харак­теризуются разнообразной формой (цилиндры, сферы, полусферы, диски, кольца и т. п.) и имеют диаметр поперечного сечения 6 - 12 мм. Производительность наиболее распространенных таблеточ­ных машин составляет от 3 до 96 тыс. таблеток в час.

Брикетирование. При утилизации твердых отходов с целью создания условий для транспортирования, хранения, а часто и са­мой возможности переработки или с целью изготовления товарной продукции широко используют брикетирование.

Брикетирование дисперсных материалов проводят без связую­щего при давлении прессования, превышающем 80 МПа, и с добав­ками связующих при давлении, обычно составляющем 15 - 25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материалов суще­ственно влияют состав, влажность и крупность 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, дроблению, суш­ке, охлаждению и другим подготовительным операциям.

Для брикетирования кусковых отходов используют различные прессовые механизмы. Наибольшее распространение получили штемпельные (давление прессования 100 - 120 МПа), вальцовые и кольцевые (около 200 МПа) прессы различных конструкций.

Высокотемпературная агломерация используется при обработ­ке 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 [коксовую мелочь в количестве 6 - 7% (масс.)], и другие компо­ненты (концентрат, руду, флюсы). Шихту усредняют и увлажняют до 5 - 8%. Затем ее подают на решетки движущихся обжиговых тележек агломерационной машины. Высота слоя шихты должна обеспечивать оптимальную ее газопроницаемость. Нагрев и вос­пламенение шихты обеспечивается просасыванием через нее про­дуктов сжигания газообразного или жидкого топлива. Процесс спе­кания минеральных компонентов шихты протекает при горении твердого топлива (1100 - 1600 °С), содержащегося в ней. 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 с размером частиц менее 8 мм, выход которой составляет 30 - 35%, - возвращают на агломерацию.

Применяющиеся для высокотемпературной агломерации кон­вейерные машины с верхним зажиганием шихты производительно­стью 400 - 500 т/ч отличаются выделением больших объемов раз­бавленных по загрязняющим компонентам (СО, SO2, NO2) агломе­рационных газов. Агломашины с нижним зажиганием в значитель­ной степени лишены этого недостатка.