+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураТехнологии отходов (технологические процессы в сервисе)Технология электродинамической сепарации и методы интенсификации технологического процесса

Технология электродинамической сепарации и методы интенсификации технологического процесса

Технология электродинамической сепарации ТБО относительно проста. Факторы, влияющие на этот процесс при использовании сепа­ратора любого типа, условно можно разделить на две группы: влияю­щие на воздействие магнитного поля на цветной металл в зоне сепара­ции (выталкивающая электродинамическая сила, время сепарации) и обеспечивающие оптимальную подготовку потока ТБО к электроди­намической сепарации (предварительное удаление легкой фракции и черных металлов, скорость и равномерность подачи материала в зону сепарации).

Известно несколько путей достижения в процессе электродинами­ческой сепарации максимального эффекта от взаимодействия магнит­ного поля и индуцированного в проводнике вихревого тока, обеспечи­вающего возникновение максимально возможной электродинамической силы, действующей на цветной металл.

1. Конструктивное оформление сепаратора (подача разделяемого материала в зону максимально интенсивных участков бегущего магнит­ного поля). На рис. 5.60 показана характеристика магнитного поля ин­дуктора 1, которое является более интенсивным в центральной области 7 и значительно менее интенсивным по краям 3 и 12 (граничные поля рассеивания обозначены пунктиром 9), причем в двух точках 14 и 15, отделяющих центральную область сильного магнитного поля от боко­вых областей менее сильного поля, вертикальная составляющая его равна нулю.

При подаче материала в зону сепарации в направлении 2 на цветные металлы в зоне 3 действует слабая выталкивающая сила, которая приво­дит к незначительному изменению их траектории 10 (в точке 6 централь­ной области сильного поля дополнительное отклонение незначительно). Поэтому целесообразно вводить материал в зону сепарации в направле­нии 4, 5 (т.е. подавать его в область максимального воздействия магнит- ного поля 13), в результате чего цветной металл движется по траектории (в конструкции сепаратора предусмотрена соответствующая направля­ющая). Неэлектропроводный материал движется по траектории 11.

Характеристика магнитного поля индуктора вертикально установленного электродинамического сепаратора
Рис. 5.60 Характеристика магнитного поля индуктора вертикально установленного электродинамического сепаратора
Установка для извлечения цветных металлов из твердых бытовых отходов с вертикально установленным сепаратором
Рис. 5.61 Установка для извлечения цветных металлов из твердых бытовых отходов с вертикально установленным сепаратором

1 — сепаратор; 2 — направляющая; 3 — детектор; 4 — конвейер; 5 — бун­кер; 6, 7 и 8- бункера, соответственно, для концентрата, промпродуктов и хвостов

Установка для извлечения цветных металлов из потока ТБО с пода­чей материала в зону сепарации в область максимального воздействия бегущего магнитного поля показана на рис. 5.61 (разработка США).

Отходы из бункера 5 подаются на конвейер 4, которым они транс­портируются и с помощью направляющей 2 вводятся в зону сепарации, где на цветные металлы воздействует максимальный поток, создавае­мый индуктором 1, включаемым по сигналу детектора 3. В итоге сорти­ровки цветные металлы попадают в бункер концентрата 6 либо в бункер промпродукта 7; весь остальной материал выводится из процесса в ви­де хвостов 8. Следует также отметить, что направляющая 2 сводит к минимуму механическое отскакивание материала от поверхности ин­дуктора, обеспечивая плавное изменение траектории потока ТБО, что способствует повышению извлечения металлов.

2. Предварительная ориентация частиц в магнитном поле.

В процессе электродинамической сепарации эффективность об­работки материала снижается из-за произвольной ориентации частиц различной формы, вследствие чего некоторые электропроводные час­тицы в момент входа в зону сепарации оказываются развернутыми поперек магнитных силовых линий. Вихревые токи таких частиц зна­чительно меньше, чем частиц, развернутых вдоль магнитных сило­вых линий, так как площади частиц, пронизываемые магнитным по­током, увеличиваются. В результате предварительной ориентации электропроводных частиц эффективность сепарации значительно по­вышается. Предварительная ориентация частиц в магнитном поле мо­жет быть достигнута, например, с помощью установки дополнитель­ного электромагнита, полюсы которого расположены над полюсами основного магнита.

В соответствии с разработками Национальной горной академии Ук­раины материал обрабатывается следующим образом.

На смесь частиц перед сепарацией воздействуют переменным одно­родным магнитным полем, в результате чего в электропроводных части­цах смеси индуцируются вихревые токи. При взаимодействии вихре­вых токов электропроводных частиц и поля возникает электромагнит­ный момент, разворачивающий частицы вдоль магнитных силовых ли­ний поля. Затем смесь подвергают электродинамической сепарации, при которой все электропроводные частицы находятся в одинаковых ус­ловиях, и как следствие -эффективность процесса возрастает.

3. Работа электродинамического сепаратора в импульсном ре­жиме.

Выше показано, что выталкивающая сила, действующая на ме­талл и способствующая его удалению из потока транспортируемого материала, может быть существенно увеличена при импульсной пода­че тока в обмотку линейного двигателя — путем включения индуктора в момент нахождения металла в зоне его действия (импульсный ре­жим работы).

Величина электродинамической силы как функции изменения удельного давления образцов металлов и толщины конвейерной ленты возрастает при импульсном режиме работы сепаратора (по сравнению с постоянным) от 1,15-1,3 до 2,2-2,5 раз, причем возрастает тем больше, а, б — толщина конвейерной ленты над индуктором, соответственно, 8 и 4 мм; I — постоянный режим работы; II — импульсный режим работы чем выше удельная проводимость металла и чем меньше толщина кон­вейерной ленты (рис. 5.62). Для аппарата данной конструкции сущест­вует некоторый предел крупности извлекаемого материала той или иной проводимости.

Зависимость выталкивающей электродинамической силы от удельного давления образцов алюминия 1 и бронзы 2 при различных условиях работы индуктора (форма образцов - цилиндрическая 60 мм)
Рис. 5.62 Зависимость выталкивающей электродинамической силы от удельного давления образцов алюминия 1 и бронзы 2 при различных условиях работы индуктора (форма образцов - цилиндрическая, 60 мм)

Импульсный режим работы электродинамического сепаратора в промышленных условиях обеспечивается его автоматическим включением на 1-2 секунды с помощью металлоискателя в момент попадания цветного металла в зону бегущего магнитного поля.

Применение металлоискателя, устанавливаемого для обнаружения металлов в отходах, транспортируемых конвейерной лентой, перед се­паратором допустимо при содержании цветных металлов в ТБО до 1,5% (металл в потоке встречается периодически).

Комбинация металлоискателя и электродинамического сепаратора создает наиболее экономичные условия работы индуктора (минимиза­ция расхода энергии) и обеспечивает максимальную эффективность его работы как сортирующего устройства (импульсная подача тока в обмот­ку ЛД) при обогащении ТБО. Кроме того, как показала практика, при импульсном режиме работы сепаратора поверхность индуктора почти не нагревается (в отличие от постоянного режима, когда поверхность ин­дуктора нагревается до 100° уже за 12-13 минут работы, что затрудняет его дальнейшую эксплуатацию по чисто технологическим причинам).

Как отмечено, извлечение цветных металлов при обогащении ТБО во многом зависит от эффективности подготовки отходов к электроди­намической сепарации. В основном подготовку ТБО определяют два фактора:

  • первый - предварительное удаление легкой фракции и черных металлов;
  • второй - скорость и равномерность подачи материала в зону сепарации.

Извлечение из ТБО цветных металлов без разделения потока на две фракции — легкую и тяжелую - затруднено, так как цветной метал­лолом «запутывается» в легких компонентах ТБО и его чрезвычайно трудно выделить в самостоятельный продукт (по этой же причине не­возможно обеспечить и высокое извлечение черного металлолома). По­этому при обогащении ТБО с целью извлечения цветных металлов обя­зательно введение аэросепарации как вспомогательной технологичес­кой операции.

После удаления из ТБО легкой фракции должна быть введена опе­рация извлечения или доизвлечения черных металлов, поскольку их присутствие в потоке затрудняет применение электродинамической се­парации. При этом наиболее крупные железные предметы должны быть извлечены в начале процесса, что позволяет наилучшим образом реали­зовать аэросепарацию для разделения ТБО на две фракции (уменьше­ние потока материала, ударной нагрузки на аппараты и пр.).

Скорость подачи материала в зону сепарации (определяемая, как правило, скоростью конвейерной ленты), а также характеристика транспортируемого потока (равномерная подача, загрузка в один слой или навалом и т.п.) оказывают существенное влияние на результаты электродинамической сепарации.

Зависимость показателей обогащения от скорости конвейера при различном распределении цветных металлов в потоке ТБО
Рис. 5.63 Зависимость показателей обогащения от скорости конвейера при различном распределении цветных металлов в потоке ТБО

-------------------- — извлечение цветных металлов из потока ТБО;

- - - - - - - - - - - - — содержание цветных металлов в концентрате

Распределение цветных металлов на конвейерной ленте:

1 — приблизительно равномерное (загрузка в один слой); 2 — под слоем ТБО; 3 - на слое ТБО

На рис. 5.63 показана зависимость основных показателей обогащения от распределения цветных металлов в потоке ТБО при различной скорости конвейера.

Как видно из рисунка, извлечение цветных металлов определяется их положением в потоке ТБО и обратно пропорционально скорости кон­вейерной ленты, снижаясь при увеличении скорости.

Предпочтительная скорость конвейера - не более 1 м/с, загрузка материала на ленту - преимущественно в один слой.

Для обеспечения равномерной и монослойной подачи материала в зону сепарации применяют вибропитатели (виброжелоба), заменяют конвейерную ленту на специальные вибрирующие деки, а также ис­пользуют систему ленточных конвейеров с последовательно увеличива­ющимися скоростями.

А) Установка виброжелоба для подачи отходов в процесс электро­динамической сепарации во вращающемся магнитном поле (источник поля - постоянные магниты, помещенные либо во вращающийся ролик небольшого диаметра, либо во вращающийся барабан диаметром 2-4 м) показана на рис. 5.64 и 5.66.

Магнитные ролики, встроенные в приводной барабан ленточного конвейера, широко применяются в европейской практике переработки отходов (см. рис. 5.47). Предпочтительной является (рис. 5.65) модерни­зированная конструкция сепаратора с установкой магнитного ролика эксцентрично по отношению к приводному барабану конвейера (с воз­можностью регулирования положения ролика). Такая конструкция обес­печивает надежную защиту поверхности барабана и конвейерной ленты от повреждения частицами ферромагнитных компонентов, случайно по­падающих между верхней и нижней ветвью конвейерной ленты. Срок службы оборудования существенно возрастает: ферромагнитные компо­ненты, попадая во внутреннее пространство конвейера, не притягивают­ся к барабану магнитными силами и не прожигают его поверхность и по­верхность ленты. Одна из ведущих фирм - производителей электродина­мических сепараторов подобного типа — Steinert (Германия).

Сепаратор барабанного типа разработан в США (рис. 5.66), он представ­ляет собой барабан 4, материал в который загружается из бункера 1 с помо­щью входящего внутрь барабана виброжелоба 2 с вибровозбудителем 15.

Угол наклона барабана 4 к горизонтали регулируется в пределах от 4 до 15°. Нижний конец барабана расположен так, что отходы падают на его внутреннюю поверхность в заданную по длине точку; расположенную приблизительно посередине барабана. Барабан смонтирован на раме 11, шарнирно связанной с неподвижным опорным элементом 13. За счет ре­гулирования по вертикали опор 8 и 10 изменяют угол наклона барабана.

Электродинамическая сепарация с использованием магнитного ролика и виброжелоба для подачи отходов в процесс
Рис. 5.64 Электродинамическая сепарация с использованием магнитного ролика и виброжелоба для подачи отходов в процесс

Барабан установлен на роликах 6 - по два на каждом конце бараба­на, - смонтированных в кронштейнах 14 на раме 11. Один из роликов 6 соединен валом 9 с электродвигателем 5. Этот ролик за счет трения обеспечивает вращение барабана.

Под верхним концом барабана установлено приемное устройство 12, в котором собираются цветные металлы, выделенные из ТБО. Вто­рое приемное устройство 7 расположено под нижним концом барабана, в нем собираются непроводящие компоненты. Приемные устройства представляют собой бункера или короба, а при необходимости выпол­няются в виде конвейеров.

В сепараторе магниты располагаются на внутренней поверхности барабана и предназначены для удаления проводящих составляющих из смешанных материалов. Магнитная система состоит из параллельных непрерывных рядов магнитов из феррита бария, расположенных в фор­ме полос на поверхности барабана под углом к его оси 45°.

Сравнительная схема устройства электродинамического сепаратора
Рис. 5.65 Сравнительная схема устройства электродинамического сепаратора

а — обычный вариант установки ролика; б — модернизированный вариант установки

Каждый ряд образован несколькими мелкими магнитами (стыкуют­ся торцами) или представляет собой один длинный магнит. Магниты приклеиваются к поверхности барабана или крепятся с помощью меха­нических средств. Если барабан 4 изготовлен из магнитного материала, например стали, магниты удерживаются на его внутренней поверхнос­ти силами магнитного притяжения.

Установка сепаратора барабанного типа с вращающимся магнитным полем для извлечения цветных металлов и виброжелобом для подачи отходов в процесс
Рис. 5.66 Установка сепаратора барабанного типа с вращающимся магнитным полем для извлечения цветных металлов и виброжелобом для подачи отходов в процесс

1 — бункер; 2 — виброжелоб; 3 — кольца; 4 — барабан; 5 — электродвигатель; 6—ролик; 7 — приемник; 8 и 10 — опоры; 9 — вал; 11 —рама; 12 — приемник; 13 — опорный элемент; 14 — кронштейн; 15 —вибратор -

Для надежной работы системы желательно предварительно удалить черные металлы из смешанных отходов перед их загрузкой в бункер 1 (например, с помощью магнитного шкива или подвесного сепаратора). Таким образом, в желоб поступают смешанные отходы, содержащие только неферромагнитные металлы.

Магниты, выполненные в виде полос, имеют одинаковую толщину и чередующиеся северный и южный магнитные полюсы, в результате че­го вдоль внутренней поверхности барабана образуются последовательно изменяющиеся противоположно направленные статические магнитные поля. Из северного полюса каждого из магнитов выходят силовые ли­нии, часть из них изгибается вверх по наклонной поверхности под уг­лом, равным углу наклона барабана, другая часть изгибается вниз и вхо­дит в южные полюсы магнитов на другой стороне магнитной системы.

Таким образом, между любыми тремя соседними магнитными полю­сами возникают два противоположно направленных магнитных поля, распространяющиеся по внутренней поверхности магнитного ряда и под постоянным углом к продольной оси. Обрабатываемый материал при вращении барабана пересекает силовые линии, формируемые чередую­щимися магнитными полями и проходящие над поверхностью магнитов.

Когда барабан с магнитами вращается по часовой стрелке, магнит­ные поля, последовательно пересекая обрабатываемый материал, инду­цируют в проводящих составляющих вихревые токи. В результате воз­никает сила, под действием которой проводящие составляющие пере­мещаются вверх вдоль наклонного днища барабана. Направление вра­щения барабана определяет направление движения проводящих состав­ляющих под действием таких электромагнитных сил.

В итоге проводящие компоненты непрерывно движутся вверх и раз­гружаются через верхний торец барабана в приемник 12. Непроводящие компоненты, на которые магнитное поле не воздействует и в которых, следовательно, не индуцируются вихревые токи, постепенно скользят вниз и разгружаются через нижний торец барабана в приемник 7.

Полнота разделения проводящих и непроводящих материалов мо­жет регулироваться изменением угла наклона барабана и частоты его вращения. Необходимо, чтобы ряд магнитов был уложен до торцов ба­рабана и особенно до его верхнего торца. Это обеспечивает эффектив­ное удаление проводящих компонентов из барабана. Чтобы предотвра­тить смещение магнитов вдоль оси барабана, по его торцам установле­ны кольца 3, которые перекрывают концы магнитного ряда.

Установка для электродинамической сепарации с использованием вибрирующей деки
Рис. 5.67 Установка для электродинамической сепарации с использованием вибрирующей деки

[I] — пружины; 2 — линейные двигатели; 3 — вибрирующая дека; 4 — виб­ратор, 5 — механизм регулирования высоты и угла наклона деки; 6 — опора; 7 — приемник; 8 — стенка; 9 — лоток

Б) Для равномерной и монослойной подачи материала в процесс сепарации электродинамические сепараторы могут быть установлены на вибрирующую деку (разработка Японии). Как видно из рис. 5.67, де­ка сконструирована в виде лестницы, образованной последовательно расположенными ступенями. Вибрирующая дека 3 поддерживается опорами 6 с пружинами 1, поглощающими вибрации. Опоры снабжены механизмами 5, регулирующими высоту и угол наклона деки, на кото­рой установлены линейные двигатели 2 (по одному на каждой ступени деки). Направление отклоняющих сил, источником которых являются бегущие магнитные поля, образованные линейными двигателями, пока­зано стрелками А. Число линейных двигателей определяется их мощностью и типом обогащаемых материалов.

Поверхность линейных двигателей закрыта крышкой ступенчатой формы, которая образует ряд желобов для транспортировки материала, подлежащего сортировке. Ступенчатая крышка изготавливается из не­магнитного материала - нержавеющей стали, армированного пластика и т.п.

Вибровозбуцитель 4 приводит вибрирующую деку 3 в движение, направленное примерно под углом 45° к нижним плоскостям, в резуль­тате чего материал перемещается по стрелке В.

Сепараторы с одной стороны ограждены стенкой 8, а с другой нахо­дится лоток 9 для приема цветного металла. Неметаллический матери­ал, прошедший сортировку, удаляется в приемник 7. Перед сепарацией материал рекомендуется подвергать дроблению.

Дробленый материал, прошедший магнитную сепарацию, тонким слоем подается в зону первого линейного двигателя 2. Под действием вибраций материал перемещается над линейными двигателями 2, ма­гнитные поля которых направляют цветные металлы в приемник 9; не­металлическая фракция поступает в приемник 7.

Угол наклона желоба зависит от мощности линейных двигателей и характеристик вибропитателя, а также от плотности немагнитного ма­териала (при большой плотности рекомендуется наклон желоба в сторо­ну перемещения по стрелке А, при небольшой плотности - в противо­положную сторону, чтобы предотвратить падение неметаллических ча­стиц с желоба в приемный лоток 9).

В) Монослойную подачу отходов в процесс сепарации обеспечивает (наряду с разделением отходов на легкую и тяжелую фракции) ступен­чатое увеличение скорости потока ТБО по ходу технологического про­цесса. Для равномерного распределения компонентов на конвейерной ленте поток ТБО пропускается через систему из нескольких последова­тельно установленных ленточных конвейеров, каждый из которых име­ет большую скорость, чем предыдущий.

Практика показывает, что для обеспечения полноты извлечения цветных металлов электродинамическая сепарация должна проводиться в несколько стадий (основная и контрольные операции), причем сепара­торы должны устанавливаться на разных конвейерах, ленты которых имеют разную скорость (например, в основной сепарации 0,8-1,0 м/с, в контрольной - соответственно 1,0-1,2 м/с).1 При перегрузке слой пото­ка будет утончаться, а компоненты цветных металлов займут иное, бо­лее благоприятное положение на ленте другого конвейера, что увеличи­вает вероятность их доизвлечения в контрольной операции.

При двухстадийной электродинамической сепарации извлечение цветных металлов из потока ТБО находится на уровне 80-85%. Цветной металлом, извлеченный из ТБО, представлен в основном алюминием и в соответствии с ГОСТ 1639-93 («Лом цветных металлов и сплавов») может быть отнесен к классу А (лом и кусковые отходы). Лом этого класса подразделяется на две группы:

  • группа 1 - алюминий чистый (не легированный); в зависимо­сти от сорта, содержание металла регламентируется в пределах 85-97% (максимально допускаемая засоренность черными металлами - 10%);
  • группа х - лом и кусковые отходы алюминия и алюминиевых сплавов низкокачественные*; содержание металла регламентируется не менее 70%.
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока