+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype

Физические методы сепарации отходов и мусора (ТБО)

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 и черной металлургии и др.) используют различные физические методы сепарации. Эти методы основаны на различиях в магнитных, электрических и других физических свойствах отходов.

Магнитные методы тесно переплетаются с гравитационными, а также используются в некоторых видах флотации и тяжелосредной сепарации. Они позволяют создать мощные силы воздействия на материалы, которые превышают силу гравитации в 100 и более раз, что облегчает процессы разделения. Эти методы обладают высокой избирательной способностью, экологической чистотой, простотой обслуживания и низкой себестоимостью.

Магнитные методы используют для 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 м /кг. Сильномагнитными свойствами обладают железо и его сплавы, 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.

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.

Магнитная сепарация

В магнитных сепараторах неоднородность магнитного поля создается полюсными наконечниками различной формы. Для получения магнитных полей с малой величиной grad Н применяют естественные или искусственные магниты из специальных сплавов с постоянным магнитным полем. Сильные магнитные поля с высоким градиентом напряженности создаются катушками, питаемыми постоянным током и снабженными стальными сердечниками. При этом, чем больше величина намагничивающего тока и количество витков в катушке, тем выше напряженность магнитного поля в рабочем зазоре сепаратора.

Магнитная сила FMarH, действующая на частицу материала, определяется по формуле:

где V - объем частицы; m - объемная магнитная восприимчивость; Н - напряженность магнитного поля.

Удельное значение магнитной силы/магн определяется по формуле.

где q - масса частицы.

Принцип работы магнитного сепаратора схематически показан на рис. 16.

Схема управления ТБО
Рис. 16. Принцип работы магнитного сепаратора

а - верхняя зона; б - нижняя зона; в - вертикальная зона;

I-исходное сырье; II - магнитный продукт;Ш - немагнитный продукт

Кроме магнитной силы, на частицу, находящуюся в рабочей зоне сепаратора, действуют силы тяжести Р, трения Fт, центробежная Fц и сопротивления среды Fс.

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

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. Сепараторы отличаются способами питания (верхняя или нижняя подача материала) и перемещения продуктов обогащения (барабанные, валковые, дисковые, ленточные, роликовые, шкивные сепараторы) и другими характеристиками.

Оценить производительность магнитных сепараторов весьма сложно вследствие влияния на нее многих факторов. Опыт эксплуатации этих аппаратов позволяет в ряде случаев рассчитывать их производительность с использованием выражения:

Q = qnLp (20)

где Q -производительность сепаратора по сухому исходному питанию, т/ч; q - удельная производительность, т/(м-ч); n - число головных барабанов, валков или роликов в сепараторе;Lp - 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 сепараторы, предназначенные для извлечения железных и других ферромагнитных предметов из разрыхленных немагнитных материалов, нашли широкое применение при переработке твердых отходов.

Номенклатура электромагнитных сепараторов, используемых для разделения отходов, достаточно велика, и они могут быть классифицированы следующим образом: подвесные железоотделители, электромагнитные шайбы, электромагнитные шкивы, электромагнитные барабаны, электромагнитные сепараторы. Кроме того, выпускаются мобильные электромагнитные установки для отделения магнитных материалов в полевых условиях или в условиях, где нецелесообразно использование стационарной установки.

Промышленность выпускает магнитные сепараторы типов Э (электромагнитные) и П (с постоянным магнитом). Классификация магнитных сепараторов производится по напряженности магнитного поля. Существуют сепараторы для разделения сухих зернистых или кусковых материалов и сепараторы для разделения материалов в водной среде. Для удаления магнитных материалов из продуктов дробления применяют шкивные электромагнитные сепараторы (железоотделители) типа ШЭ (рис. 17), которые устанавливаются вместо приводного барабана ленточного конвейера.

Электромагнитный шкив ШЭ
Рис. 17. Электромагнитный шкив ШЭ

1 -диски-полюсы; 2 - катушка; 3 -вал; 4 - токораспределительная коробка; 5 - корпус шкива

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

Принцип работы электромагнитных шкивов состоит в том, что ферромагнитные материалы, транспортируемые лентой конвейера, притягиваются к ней в зоне установки шкива, а немагнитные сбрасываются с ленты по ходу ее движения. Освобождение ленты от ферромагнитных материалов происходит в том месте конвейера, где отсутствует магнитное поле, т.е. там, где прекращается ее контакт со шкивом. Скорость движения ленты должна составлять 1,25-2,0 м/с. При более высокой скорости движения ленты снижается полнота разделения магнитной и немагнитной
фракций.

Другой разновидностью сепараторов являются железоотделители подвесные саморазгружающиеся типа ПС, предназначенные для извлечения и удаления ферромагнитных предметов из сыпучих немагнитных материалов, в том числе из лома и отходов цветных металлов.

Сепараторы типа ПС работают в непрерывном режиме и осуществляют механическую разгрузку конвейера от магнитных материалов. В конструкцию сепаратора (рис. 18) входят опорный 1, ведущий 4 и натяжной 6 барабаны, электромагнит 3, разгрузочная лента 2 и привод 7. Все элементы подвесного сепаратора смонтированы на раме 5.

Подвесной электромагнитный сепаратор
Рис. 18. Подвесной электромагнитный сепаратор

Принцип работы сепараторов типа ПС заключается в притягивании магнитных частиц к разгрузочной ленте, которая выносит их в сторону для разгрузки.

Подвесные железоотделители устанавливаются над ленточными конвейерами, которыми транспортируются смеси магнитных и немагнитных дробленых отходов.

Сепараторы типа ПС можно устанавливать в двух вариантах: над лентой транспортирующего конвейера поперек его продольной оси и под углом над барабаном транспортирующего конвейера (рис. 19).

Схема установки железоотделителя
Рис. 19. Схема установки железоотделителя

(I) над барабаном конвейера; (II) в зоне разгрузки барабана; III - выход цветного металла; IV - выход ферромагнитного материала

Предпочтительна установка сепаратора над барабаном в зоне разгрузки, так как материал там находится в разрыхленном состоянии.

Для подъема крупных кусков магнитных материалов и их дальнейшей транспортировки применяют грузоподъемные электромагнитные шайбы (рис. 20), которые работают в периодическом режиме.

Электромагнитная шайба
Рис. 20. Электромагнитная шайба

1 - корпус; 2 - наружный полюс; 3 - катушка; 4 - немагнитная шайба; 5 - внутренний полюс

Для обезжелезивания сыпучих материалов разработаны барабанные сепараторы (рис. 21).

Схема управления ТБО
Рис. 21 Электромагнитный барабанный сепаратор

1 - бункер; 2 - лотковый питатель; 3 - вибратор; 4 - барабан; 5 - электромагнитная система; 6 -рама; I - магнитная фракция; II - немагнитная фракция

Сепараторы этого типа устанавливают в герметичном корпусе, имеющем штуцер для отсоса пыли. Разделяемая смесь сыпучих материалов поступает в бункер 1 и с помощью лоткового питателя 2, снабженного вибратором 3, равномерным потоком подается на барабан 4, внутри которого расположена магнитная система 5. Немагнитная фракция ссыпается с барабана в первую по ходу вращения течку, а магнитная продолжает движение на поверх­ности барабана и ссыпается в следующую по ходу вращения течку. Установка смонтирована на раме 6. В табл. 11 приведены характеристики некоторых магнитных сепараторов.

Существуют и другие магнитные сепараторы. Так, для разделения слабомагнитных и немагнитных отходов цветных металлов размером частиц < 20 мм (например, смешанной стружки сплавов на медной основе) используют сепараторы электромагнитные типа СЭ-3 и СЭ-4.

Таблица 11. Технические характеристики магнитных барабанных сепараторов для сухого обогащения
Показатели ЭБС-90/100 (171-СЭ) ЗЭБС-90/100 (168-СЭ) 4ПБС-63/100 (189-СЭ) ПБС-60/50 (206-СЭ) ПБС- 63/100 (251-СЭ) ПБСЦ- 63/200 ЭБС- 80/170
Размер барабанов, мм:
- диаметр 900 900 600 600 630 630 800
- длина 1000 1000 2000 500 1000 2000 1700
Количество барабанов, шт. 1 3 4 1 1 1 1
Крупность зерен, мм, не более 50 50 50 3 3 3 15
Напряженность поля на поверхности барабанов, кА:
- верхних 110-120 55-64 80-88 100 100 100 191
- нижних - 110-120 110-120 - - - -
Частота вращения барабанов, мин-1:
- верхних 25 43 49-102 40-300 40-300 40-300 34
- нижних - 25 31-49 - - - -
Мощность возбуждения поля, кВт 5,5 8,3 6,4
Производительность, т/ч 60 140 400 20 50 100 100
Номинальная мощность привода, кВт 1,1 3,6 7,6 3,0 4,5 7,5 3,0
Габаритные размеры сепаратора, мм:
- длина 2280 2290 2710 880 1475 2510 3090
- ширина 2440 2830 2900 1260 2070 2200 2515
- высота 2795 4550 2720 2700 2750 2750 2030
Масса, т 4,7 12,5 10 0,6 1,5 2,9 7,5

Электродинамическая сепарация. Метод электродинамической (ЭД) сепарации основывается на силовом взаимодействии переменного электромагнитного поля с твердыми электропроводными телами, имеющими различную электропроводность.

ЭД сепараторы различаются характером электромагнитного поля и условиями его взаимодействия с твердыми электропроводными частицами.

Одним из видов ЭД сепараторов являются однороторные сепараторы с вращающимся магнитным полем (рис. 22). Магнитное поле сепаратора создается многополюсным ротором с независимым приводом вращения и возбуждается обмоткой, питаемой постоянным током.

Электродинамический сепаратор однороторный
Рис. 22. Электродинамический сепаратор однороторный

1 -многополюсныйротор; 2 - барабан; 3 -привод; 4 - приемник неэлектропроводного материала; 5 - приемник электропроводного материала

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 взаимодействия 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 - свободно скатываются с барабана в ближний бункер.

Электродинамический сепаратор ленточного типа (рис. 23) представляет собой комплекс механизмов, включающий ленточный транспортер, приводной барабан которого выполняет функцию сепаратора. Вращающееся магнитное поле создается обмоткой трехфазного переменного тока, помещенной в пазы ротора.

Электродинамический сепаратор ленточного типа
Рис. 23. Электродинамический сепаратор ленточного типа

1- ленточный конвейер; 2 - барабанный трехфазный ротор; 3 – бункер неэлектропроводного материала; 4 - бункер электропроводного материала; 5 - привод

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 используются различия в эффектах взаимодействия заряженных частиц разделяемых компонентов с электрическим полем. Различают электрическую сепарацию в электростатическом поле, поле коронного разряда, трибоадгезионную сепарацию. С их помощью решают задачи обогащения, классификации и обеспыливания как рудного сырья и некондиционных продуктов в 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 Е, обусловленная наличием заряда на частице:

F = Eq, (21)

где Е - напряженность электрического поля, В/м; q - заряд частицы, Кл.

В неоднородном электрическом поле воздействие на такую частицу более сложное.

Электростатическая сепарация основана на различии электропроводности и способности к электризации трением (трибоэлектрический эффект) минеральных частиц разделяемой смеси. При контакте частиц сепарируемых материалов с поверхностью заряженного металлического электрода электропроводные частицы приобретают заряд 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 вибролотка). Наэлектризованные частицы направляют в электрическое поле, где происходит их сепарация.

Сепарация в поле коронного разряда, создаваемого между ко- ронирующим (заряженным до 20-50 кВ) и осадительным (заземленным) электродами, основана на ионизации пересекающих это поле минеральных частиц оседающими на них ионами воздуха и на различии в интенсивности передачи этими частицами приобретенного таким образом заряда на поверхность осадительного электрода. Эти различия выражаются в траекториях движения частиц.

Трибоадгезионная сепарация основана на различии в адгезии (прилипании) к поверхности наэлектризованных трением частиц разделяемого материала. Температура процесса 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.).

На рис. 24 показана принципиальная схема барабанного электрического сепаратора для разделения смеси материалов по электропроводности. Исходный материал из бункера1 подается на заряженный барабан 2. В результате заряжения частиц одноименным зарядом при контакте с барабаном они отталкиваются от него и, двигаясь по криволинейным траекториям, попадают в приемник для электропроводных фракций 7. 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. Регулирование качественного состава фракции осуществляется поворотом делительной перегородки 6.

Барабанный электрический сепаратор
Рис. 24. Барабанный электрический сепаратор

Электрический механизм лежит в основе работы электрофильтров, широко используемых для очистки аспирационного воздуха и дымовых газов от твердых частиц пыли и золы-уноса. Они пригодны для очистки газов с температурой до 400 °С, а в отдельных случаях и выше.

Работа электрофильтра основана на воздействии электрического поля на частицы пыли, имеющие электрический заряд. Электрическое поле создается электродами фильтра. Заряд частиц пыли производится коронным разрядом, образующимся между коронирующим и осадительным электродами. Удаление пыли с осадительных электродов производится путем их встряхивания или орошения водой. Конструкция одного из распространенных унифицированных вертикальных электрофильтров серии УВ показана на рис. 25.

Конструкция вертикального электрофильтра серии УВ
Рис. 25. Конструкция вертикального электрофильтра серии УВ

Подлежащие электрической сепарации материалы обычно подвергают подготовительным операциям (дроблению и классификации по крупности, отделению от шламов, сушке, термообработке при температуре 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 (сепарацию по коэффициенту трения, радиометрическую и т.д.).

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока