Переработка промышленных отходов

Физические методы сепарации отходов

При переработке твердых промышленных отходов (особенно минеральных, содержащих черные и цветные металлы, вышедшей из строя радиоэлектронной аппаратуры и других изделий на основе металлов и сплавов, некоторых топливных зол, смесей пластмасс, шлаков цветной металлургии и ряда других ВМР) используют различные физические методы сепарации, в основе которых лежат различия в магнитных, электрических, электромагнитных и других физических свойствах отходов.

Магнитные методы используют для1 отделения парамагнитных (слабомагнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) ком­понентов смесей твердых материалов от их диамагнитных (не­магнитных) составляющих. Магнитной сепарацией можно вы­делить вещества с удельной магнитной восприимчивостью выше 10 м3/кг. Сильномагнитными свойствами обладают магнетит (Ре0-Ре203), маггелит (Ре203), пирротин, титаномагнетит, фер­росилиций, франклинит, сидерит, 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.

Удельной магнитной восприимчивостью худ (м3/кг) называют объемную магнитную восприимчивость вещества отнесенную

К его плотности 8:

Худ = Х06/5- (4.18)

Удельную магнитную восприимчивость определяют из уравнения

Хуц = I КМо'Н), (4.19)

Где / — намагниченность (магнитный момент) вещества; ц0— магнитная постоянная; Н— напряженность магнитного поля в этом веществе.

Слабомагнитные материалы обогащают в сильных магнитных полях (напряженностью Н= 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 (дроблению, измельчению, грохочению, обесшламливанию, магнетизирующему обжигу и др.). 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. Они различаются способами питания (верхняя или нижняя подача материала), перемещения продуктов обогащения (барабанные, валковые, дис­ковые, ленточные, роликовые, шкивные сепараторы), характером движения обрабатываемого потока и эвакуации магнитных компо­нентов (прямоточные, противоточные, полупротивоточные) и дру­гими особенностями.

Оценка производительности магнитных сепараторов за­труднена влиянием на нее многих факторов. Имеющийся опыт эксплуатации этих аппаратов позволяет в ряде случаев рассчи­тывать их производительность, основываясь на нормах удельных нагрузок на 1 м ширины питания, с использованием выражения

0=дпЬр, (4.20)

Где 0 — производительность сепаратора по сухому исходному пита­нию, т/ч; ^ — удельная производительность, т/(м-ч); п — число головных барабанов, валков или роликов в сепараторе; Ьр — рабочая длина барабана, валка или ролика, м.

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

Электромагнитные железоотделители (шкивные, подвесные, саморазгружающиеся сепараторы), предназначенные для извле­чения железных и других ферромагнитных предметов из разрых­ленных немагнитных материалов нашли широкое применение при переработке твердых отходов.

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

В однородном электрическом поле на заряженную частицу действует электрическая (кулоновская) сила Т7, обусловленная наличием заряда на частице:

Р = Ец, (4.21)

Где Е — напряженность электрического поля, В/м; д — заряд частицы, Кл.

В неоднородном электрическом поле воздействие на такую частицу более сложно.

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 сепарируемых материалов с поверхностью заряженного метал­лического электрода электропроводные частицы приобретают шряд и отталкиваются от него. Величина заряда зависит от электропроводности частиц.

При небольшой разности в электропроводности частиц используют электризацию их трением (путем интенсивного перемешивания или транспортирования по поверхности виб - ролотка). Наэлектризованные частицы направляют в электри­ческое поле, где происходит их сепарация.

Сепарация в поле коронного разряда, создаваемого между коронирующим (заряженным до 20—50 кВ) и осадительным (заземленным) электродами, основана на ионизации пересекаю­щих это поле минеральных частиц оседающими на них ионами иоздуха и на различии в интенсивности передачи этими частицами приобретенного таким образом заряда на поверхность оса­

Дительного электрода. Эти различия выражаются в величинах траекторий 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 увеличивается или уменьшается 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 (сортировке по раз­мерам, отделению от шламов, сушке, термообработке при тем­пературах до 300 °С). Процесс сепарации наиболее эффективен, если размеры частиц не превышают 5 мм.

Наряду с рассмотренными процессами сепарации при пере­работке твердых отходов в ряде случаев используют и другие физические методы (сепарация по коэффициенту трения и по форме, радиометрическая и т. д.).