Переработка промышленных отходов

Сепарация лома и отходрв цветных металлов

При переработке лома и отходов цветных металлов особог значение для их рационального использования имеет процесс сепарации, который может осуществляться в воздушной среде (сухой метод) или в различных жидкостях (мокрый метод).

К сухим методам сепарации относятся: магнитные, элект­родинамические, электрические и пневматические.

К мокрым методам сепарации относятся: тяжелосредные, магнитогидростатические и гидравлические.

Магнитная сепарация. В магнитных сепараторах неоднородность магнитного поля создается полюсными наконечниками различной формы.

Для получения магнитных полей с малой величиной grad II применяют естественные или искусственные магниты И!) специальных сплавов с постоянным магнитным полем. Сильные магнитные поля с высоким градиентом напряженности создаются катушками, питаемыми постоянным током и снабженными стальным сердечником. При этом чем больше величина намагничивающего тока и количество витков в катушке, тем выше напряженность магнитного поля в рабочем зазоре сепаратора.

Магнитная сила ^магн, действующая на частицу материала, определяется по формуле:

^ма™ —V-yH - grad Н, (7.2)

Где V— объем частицы; у — объемная магнитная восприимчивость; Н— напряженность магнитного поля.

Удельное значение магнитной силы равно

<7-3>

Я уд

Где 0 — масса частицы; 8— плотность вещества частицы; удельная магнитная восприимчивость частицы.

Принцип работы магнитного сепаратора схематически пока­зан на рис. 7.18.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Г

Рис. 7.18. Принцип работы магнитного сепаратора: и — верхняя зона; б — нижняя зона; в — вертикальная зона; / — исход­ное сырье; II — магнитный продукт; III — немагнитный продукт

Кроме магнитной силы, на частицу, находящуюся в рабочей зоне сепаратора, действуют силы тяжести Р, трения центробеж­ная ^и сопротивления среды Рс

Для успешного разделения магнитных и немагнитных частиц и магнитном поле сепаратора магнитная сила, действующая на магнитные частицы, должна превышать равнодействующую всех механических сил. Взаимодействие между силами ^магн, Р и Рц швисит от способа подачи сырья в рабочую зону сепаратора, конструктивных особенностей аппарата, режима его работы.

Для удаления магнитных материалов из продуктов дроблении лома и отходов цветных металлов (бронированного кабеля, ста леалюминиевого провода, поршней, автомобильного лома) при меняют шкивные электромагнитные сепараторы (железоот делители) типа Ш, которые представляют собой ленточный кои вейер, в ведущем барабане которого смонтирована много - или двухполюсная электромагнитная система.

Электромагнитный сепаратор состоит из электромагнитно!! системы, укрепленной на валу, подшипников и токосъемной ко робки. Секции электромагнитной системы неподвижно закреплены на валу, который через редуктор вращается мотором. Эффективность работы электромагнитного шкива зависит от массы, геометрии п магнитной восприимчивости извлекаемых магнитных материалом, а также плотности транспортируемого материала и скорости движения ленты конвейера.

Другой разновидностью сепараторов являются железо отделители подвесные саморазгружающиеся типа ПС, предназна ченные для извлечения и удаления ферромагнитных предметов и I сыпучих немагнитных материалов, в том числе из лома и отходом цветных металлов.

Сепараторы типа ПС можно устанавливать в двух вариантах над лентой транспортирующего конвейера перпендикулярно ею продольной оси (рис. 7.19) и под углом над барабанд>м транс портирующего конвейера, при этом продольные оси конвейера и сепаратора совпадают (рис. 7.20).

Рис. 7.19. Схема установки железо отделителя (I) с разгрузкой в сто рону от конвейера (II)

А

Наиболее предпочтительной является установка сепаратора над барабаном в зоне разгрузки материала, так как материал там находится в разрыхленном состоянии, как бы псевдоожижен.

Для обезжелезивания сыпучих материалов, в том числе стружки цветных металлов, разработаны барабанные сепараторы серии

ПБСЦ (рис. 7.21). 216

Рис. 7.21. Схема сепаратора бара­банного типа ПБСЦ:

1 — бункер; 2 — питатель; 3 — ви­братор; 4 — барабан; 5 — магнит­ная система; 6 — отсос пыли; 7 — выход магнитной фракции; 8 — выход немагнитной фракции Существуют и другие отечественные и импортные магнитные сепараторы. Так, для разделения слабомагнитных и немагнитных отходов цветных металлов размером частиц менее 20 мм (например, смешанной стружки сплавов на медной основе) используют сепара­торы электромагнитные типа СЭ-3 и СЭ-4 (рис. 7.22).

Электродинамическая сепарация. Метод электродинамической (ЭД) сепарации основывается на силовом взаимодействии переменного электромагнитного поля с твердыми электро­проводными телами с различными значениями электропро­водности.

В зависимости от условий взаимодействия и характера электромагнитного поля выделяют четыре класса ЭД сепараторов: с вращающимся магнитным полем, с бегущим магнитным полем линейного асинхронного двигателя, с неоднородным переменным магнитным полем, а также устройства, в которых сила вза­имодействия возникает при перемещении электропроводных

Частиц относительно неоднородного магнитного поля постоянных магнитов.

Одним из видов ЭД сепараторов с вращающимся магнитным полем являются однороторные сепараторы (рис. 7.23). Вращающееся магнитное поле сепаратора создается многополюсным ротором с независимым приводом вращения. Магнитное поле ротора возбуждается обмоткой, питаемой постоянным током.

Исходное сыры

Рис. 7.23. Электродинамический сепа ратор однороторный:

1 — многополюсный ротор; 2 — бара бан; 3 — привод; 4 — приемник не электропроводного материала; 5 - приемник электропроводного мате риала

Ротор находится внутри барабана из нержавеющей стали, служащего для транспортирования разделяемого материала в зоне действия вращающегося магнитного поля. Частота вращения ротора 17 с'1. Барабан вращается под влиянием электродинамических сил іпаимодействия с полем ротора. Частота его вращения поддерживает­ся на уровне 0,11 с'1 специальным демпфирующим устройством. Разделяемый материал равномерно подается на барабан сепаратора, откуда электропроводные частицы отбрасываются полем ротора в дальний приемный бункер, а неэлектропроводные частицы свободно скатываются с барабана в ближний бункер.

Электродинамический сепаратор ленточного типа (рис. 7.24) представляет комплекс механизмов, включающий ленточный транспортер, приводной барабан которого выполняет роль сепара­тора. Вращающееся магнитное поле создается обмоткой трехфазного переменного тока, помещенной в пазы ротора.

Электрическая сепарация применяется для обработки сыпучих материалов крупностью от 0,05 до 5 мм, переработка которых другими методами малоэффективна или недопустима с эко­логической точки зрения.

При электрической сепарации дробленых отходов цветных металлов используются различия в эффектах взаимодействия заряженных частиц разделяемых компонентов с электрическим
полем. В электрическом поле и при контакте с электродами определенного потенциала частицы цветных металлов приобретаю! и отдают заряды свободно при соприкосновении с электродами другой полярности, а диэлектрики поляризуются из-:лі равновесного противоположного смещения поверхностных зарядов различного знака.

По конструктивному исполнению основного элементм (электрода) электрические сепараторы разделяют на барабанные, камерные, пластинчатые.

В отечественной и зарубежной практике для обогащения дробленых отходов цветных металлов практическое применение находят барабанные коронно-электростатические сепараторы.

На рис. 7.25 показана принципиальная схема барабанного электрического сепаратора для разделения смеси материалов по электропроводности. Исходный материал из бункера 1 монослоем подается на заряженный барабан 2. В результате зарядки частиц цветных металлов одноименным зарядом при контакте с барабаном они отталкиваются от барабана и, двигаясь по криволинейным траекториям, попадают в приемник для электропроводных фракций 7. Регулирование качества этих фракций осуществляется

Поворотом делительной перегородки

6. Неэлектропроводные частицы, заряжаясь медленнее, падают без отклонения или частично удержива­ются на барабане и попадают в при­емник 4 в результате очистки поверхности барабана щеткой 3. Смесь частиц материалов различной электропроводности концентрирует­ся в среднем приемнике 5.

Рис. 7.25. Барабанный электрический сепаратор

Пневматическая сепарация. Метод пневматической сепарации основан на различии в скоростях падения частиц различного диаметра и плотности в воздушной среде. Падение может быть свободным или стесненным.

Свободным называется падение одиночного тела в воздушной греде, когда размеры поперечного сечения агрегата, в котором происходит падение, велики по сравнению с размерами падающего п‘ла. Если сечение канала агрегата соизмеримо с размерами падающего тела или в канале находятся другие тела различной формы и плотности, то такое падение называется стесненным.

Свойства вторичного сырья как объекта пневматической сепарации изучены недостаточно, поэтому применение пнев­матических сепараторов в процессе переработки отходов цветных металлов требует их индивидуальной настройки.

Зигзагообразный пневматический сепаратор (рис. 7.26) при­меняется для удаления из дробленого продукта неметаллических примесей: краски, текстиля, дерева и других отходов. Дробленый материал из приемного бункера 1 через шиберную заслонку 2 роторным загрузчиком 3 подается в рабочую зону сепаратора. Навстречу потоку дробленого материала подается воздух, который отбирает легкие компоненты материала и через патрубок 7 направляется на очистку в циклоны и фильтры. Для регулирования режима сепарации предусмотрен шибер 4 для подсасывания воздуха с целью снижения скорости потока воздуха. Тяжелая фракция накапливается на нижнем шибере 5 и периодически разгружается в короб 6. Конструктивные параметры зигзаго­образного сепаратора: число колен, сечение, высота секции колена, сечение свободного пролета — определяются характе­ристиками сепарируемого материала.

Поперечно-поточный пневмосепаратор (рис. 7.27) работает следующим образом. Материал поступает из бункера 1 в разделительную камеру 2. Наклонные полки 3 сепаратора обеспечивают пересечение потока материала с сепарационными каналами 4. Через них отсасывается легкая фракция разделяемых материалов, которая осаждается в циклоне, а тяжелая фракция самотеком разгружается в специальный приемник 5. Основными факторами, влияющими на качество разделения в поперечно-поточных пневмосепараторах, являются ширина щели сепарационных каналов и концентрация материала в рабочем объеме сепаратора.

Сепарация в тяжелых суспензиях основана на разделении меха­нической смеси материалов по их плотности в гравитационном ноле. Разделительная среда — суспензия имеет промежуточную

Плотность между плотностями легкой и тяжелой фракций и представляет собой механическую взвесь тонкодисперсных частиц тяжелых металлов или других утяжелителей в воде. Для создания во всей системе одинаковой плотности суспензии жидкость постоянно перемешивают мешалками или создают циркуляционные потоки с помощью шламовых насосов.

В качестве утяжелителя суспензии используют магнетит, ферро­силиций или их смесь. Жидкой фазой обычно является вода. Наилуч­шим утяжелителем являются гранулированный ферросилиций (сплав: 85 % Ре — 15 % 81) плотностью 6900 кг/м3. Максималь­но возможная плотность суспензии 3500—3800 кг/м3.

Сепаратор СБС-5 (табл. 7.13) разработан специально для тех­нологических линий по переработке алюминиевого лома и предназначен для разделения смешанных отходов на фракции с вы­соким содержанием магния (плотность < 2650 кг/м3), с высоким со­держанием цинка (плотность > 2850 кг/м3) и медно-кремниевые алюминиевые сплавы промежуточной плотности.

Суспензия подается в сепаратор вместе с исходным питанием но загрузочному желобу. Всплывший в обогатительной ванне барабана продукт транспортируется вдоль барабана потоком суспензии и затем выгружается вместе с суспензией из сепаратора через подвижный разгрузочный порог. Потонувший продукт опускается на дно барабана и при его вращении извлекается из суспензии лопатками, расположенными на внутренней по- перхности цилиндра барабана, а затем поступает в желоб выгрузки.

Рассмотренные способы сепарации относятся к силовым. Они имеют существенные недостатки: низкую эффективность процессов, большой расход энергии и высокие капитальные затраты. В последнее время разрабатываются и внедряются более эффективные, так называемые информационные способы се­парации, позволяющие получить на конечной стадии серти­фикационную шихту. Одним из перспективных информационных способов сепарации является радиометрический.

Радиометрическая сепарация лома и отходов цветных ме­таллов основана на эффектах взаимодействия излучений с час­тицами исходного сырья. Сущность процесса заключается в следующем. Если на кусок ИЛИ порцию ИСХОДНОГО сортируемо! (I материала направить поток излучения, то вещество, из которою состоит анализируемый кусок или порция материала, взаимо действуя с излучением, будет менять интенсивность или состаи излучения. Регистрируя параметры этого излучения с помощью приемника, получают информацию о свойствах анализируемою сырья. Для согласования приемника излучений с устройством, которое осуществляет вывод куска или порции материала из потоки сепарируемого отхода, в установку включают узел переработки информации (блок-анализатор). Между всеми основными блоками сепарационной установки для сортировки лома и отходов цветных металлов могут устанавливаться фильтрующие элементы, умет, шающие погрешности измерения свойства куска или порции исходного материала.

При автоматической сортировке электронная схема осу ществляет прием информации, обработку ее по заранее заданному алгоритму и выработку управляющего сигнала на удаление куском или порции сортируемого материала с заданными свойствами (элементарным составом). Усложнение схем обработки инфор мации связано с учетом размера и массы куска или порции, ус ложнением критериев (например, многоэлементный анализ) для отнесения их к определенному сорту.

Для обогащения и сортировки лома и отходов цветных металлов наиболее перспективными являются рентгенорадио метрический, радиорезонансный, фотометрический и нейтронно активационный методы.

К основным конструктивным узлам радиометрических сс параторов относятся: механизм, подающий куски цветного металла или порции исходного сырья в зону анализа; блок-анализатор п исполнительные механизмы. В сепараторах, рассчитанных пи сортировку лома и' отходов цветных металлов по нескольким классам крупности, имеются приспособления, обеспечивающие учет массы.

Питающее устройство предназначено для подачи исходною сырья на сепарацию. В качестве питающего устройства использую! электровибрационные, конусные и тарельчатые питатели. Транс портирующие устройства сепараторов предназначены для подач п обрабатываемого сырья в узлы обслуживания, регистрации и разделения, а также, как правило, для создания покусковот

Режима питания. По типу транспортирующего устройства сепараторы могут быть разбиты на ленточные, вибрационные, ковшовые и карусельные. Устройства вибрационного типа обеспечивают скорость перемещения материала до 0,8—1,2 м/с, пснточного типа — до 2—4 м/с и более. Транспортирующее устройство может быть одно - или многоканальным. Скорость движения материала на нем обычно выше, чем на питателе, поэтому при сходе с питателя кусок отрывается от идущего за мим следом, что позволяет получить нужный между ними интервал.

Узел первичного излучения и детекторные системы, регистрирующие вторичное излучение, обеспечивают практи­ческую реализацию сортировки лома и отходов. В качестве источников первичного излучения в радиометрическом сепараторе применяются ампульные радиоизотопные источники: Бе5^ Со57,

('с!109, Ат241 и рентгеновские трубки. Узел излучения или вся зона обмера снабжаются защитными экранами, обеспечивающими ьезопасность обслуживающего персонала.

Детекторные системы сепараторов состоят из измерителя спектрального состава и интенсивности вторичного излучения кусков исходного сырья и блока оценки их геометрических размеров или массы. Для регистрации вторичного характе­ристического излучения применяют сцинтилляционные, про­порциональные счетчики и полупроводниковые детекторы.

Исполнительные механизмы по команде блока-анализатора осуществляют выведение из потока исходного сырья тех или иных кусков цветных металлов в соответствующие приемные бункеры. И радиометрических сепараторах чаще применяют электро - ппевматические и шиберные исполнительные механизмы с приводом от тяговых электромагнитов.

На рис. 7.28 приведена схема работы радиометрического сепаратора с электродинамическими сбрасывателями. Электро­динамический сбрасыватель создает бегущее электромагнитное ноле, обеспечивающее силовое воздействие на немагнитные шсктропроводящие тела (куски цветных металлов и их сплавов).

Для реализации процесса радиометрической сепарации в кинологических схемах переработки лома и отходов цветных металлов создан ряд конструкций сепараторов, различающихся применяемыми источниками первичного излучения, детектор - 111.1МИ системами, исполнительными механизмами, количеством п'парационных каналов и числом получаемых продуктов. 225

* 672

На рис. 7.29 показана линия переработки низкокачественных отходов цветных металлов с использованием комплекса ра­диометрической сортировки.

Исходное сырье грейфером 1 подают на фрагментатор 2, откуда фрагментированный лом поступает в молотковую дробилку.1. Из дробленого продукта воздушным потоком от вентилятора 7 удаляется пылевидная фракция (пыль, бумага, текстиль, мелкие частицы металла и др.), которая накапливается в циклоне 5 и рукавном фильтре 6. Куски металла пластинчатым питателем 'I подаются на сепаратор-пучковыделитель 8, с помощью которого из дробленого лома выделяются пучки проволоки, текстиля и т. п. Далее сырье поступает на ленточный конвейер 9, над которым

Тис. 7.29. Линия переработки низкокачественных отходов цветных

Металлов

Установлены два подвесных саморазгружающихся магнитных сепа­ратора 10 и 11. Первый сепаратор со слабым магнитным полем предназначен для выделения из смеси только кусков свободного жепеза, второй сепаратор с сильным магнитным полем — для иыдсления механических сростков ферромагнитных материалов и и потных металлов. Для выделения этих сростков используется ткже электромагнитный шкив 12 с сильным магнитным полем. Оставшийся на ленточном конвейере немагнитный продукт ипдиется в барабанный грохот 13. Здесь дробленый продукт разделяется по классам крупности: —10, +10—40 и +40—150 мм. Фракции крупностью +10—40 и +40—150 мм подаются соот ветственно на вибрационный 14 и ленточный 15 электродинами ческие сепараторы. На ЭД-сепараторах получают два продукта: первый — концентрат цветных металлов, который преиму­щественно содержит куски алюминиевых сплавов, второй - неметаллические материалы, нержавеющую сталь, титан.

Концентраты цветных металлов после дробления, магнитной и электродинамической сепарации поступают на комплекс авто­матизированной сортировки 16 отходов цветных металлов по группам и маркам сплавов.

Комплекс состоит из бункера-накопителя, устройства фор­мирования покусковой подачи исходного сырья, транспорти­рующих устройств, узла облучения кускового сырья, блока де­текторов Д, блока-анализатора БА, блока управления исполни­тельными механизмами БУИМ, системы исполнительных механиз­мов ИМ, приемников продуктов сепарации.

Комплекс работает следующим образом. Исходное сырье поступает через бункер-накопитель на вибропитатель и далее на устройства покусковой подачи дробленого материала, где обеспечивается заданная скорость транспортировки и необходи­мый интервал между кусками дробленого лома, которые подаются в зону облучения, создаваемую рентгеновскими трубками. Регистрация вторичного характеристического излучения каждого сепарируемого куска осуществляется с помощью спектромет­рического детектора. Сигнал с детектора поступает в блок-

Инализатор, который определяет элементный состав кусков. Выде - исние кусков в соответствующий короб осуществляется исполни - юльными механизмами блока управления. Технические характери­стики комплекса представлены в табл. 7.14.