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 добычи полезных ископаемых, хвостов обогащения углей и золы — уноса ТЭС, в процессах утилизации фосфогипса, в сельском хозяйстве и цемент­ной промышленности, 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 электротермофосфорном производстве и во многих других процессах утилизации и переработки ВМР.

Гранулирование. Методы гранулирования охватывают боль­шую группу процессов формирования агрегатов обычно сфери­ческой или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов 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 практике 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 гранулята, близкого по составу к монодисперсному, используют тарельчатые (дисковые) грануляторы окатывания, обеспечивающие возможность достаточно легкого управления процессом.

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

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, они 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. На практике используют грануляторы производительностью до 125 т/ч.

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 полковых и таблеточных машинах различной конструкции, чер­ничных и ленточных прессах, дисковых экструдерах и некоторых цругих механизмах с получением агломератов различной формы п размеров.

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

Производительность валковых грануляторов обычно составляет 5—100 т/ч. Ориентировочно ее можно оценить по формула:

Принципы прессового гранулирования порошков и паст реализуют также в червячных прессах (экструдерах) различной конструкции, рабочими элементами которых являются червяки (шнеки), пластицирующие перерабатываемый материал и продавливающие его через перфорированную решетку (фильерную головку), по выходе из которой сформованные жгуты либо ло­маются под действием собственной тяжести, либо их режут до или после охлаждения дисковым или гильотинным ножом на частицы заданной длины.

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.

Таблетирование. При производстве из промышленных отходов (или их компонентов) некоторых адсорбентов, катализаторов, ви­таминных, лечебных и ряда других препаратов и изделий по­рошковые материалы гранулируют с использованием таблеточных машин различных типов, принцип действия большинства из которых основан на прессовании пуансонами дозируемых в мат­ричные каналы порошков. Изготавливаемые таблетки характеризуются разнообразной формой (цилиндры, сферы, полусферы, писки, кольца и т. п.) с диаметром 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 придания им компактности, обеспечивающей лучшие условия транспортирования, хранения, а часто и саму возможность переработки, а также 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 ограниченном 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.

В практике брикетирования твердых отходов используют различные прессовые механизмы. При брикетировании дис­персных материалов наибольшее распространение получили штемпельные (давление прессования 100—120 МПа), вальцовые и кольцевые (около 200 МПа) прессы различных конструкций.

Высокотемпературная агломерация. Этот метод используют 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 ВМР приготовляют шихту, исключающую твердое топливо (коксовую мелочь в количестве 6—7 % по массе), 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 ей оптимальную газопроницаемость. Нагрев и воспламенение шихты обеспечивают просасыванием через нее продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива. Процесс спекания минеральных компонентов шихты протекает при горении твердого топлива (при 1100—1600 ^оС), 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, SО₂, NО₂) агломерационных газов. Агломашины с нижним зажиганием в значительной степени лишены этого недостатка.

Смешение материалов. Для усреднения дисперсных отходов, приготовления на их основе многокомпонентных смесей, в частности при гранулировании, таблетировании, брикетировании и других процессах, обеспечивающих возможность переработки ВМР в товарные продукты, широко используют смешение по­рошкообразных и пастообразных материалов.

Существующие смесительные механизмы периодического и непрерывного действия основаны на использовании механических, гравитационных и пневматических способов взаимного пере­мещения частиц обрабатываемых материалов и характеризуются большим разнообразием конструкций.

Среди смесителей периодического действия наиболее рас­пространенными являются барабанные, бегунковые, пневматичес­кие, циркуляционные и червячно-лопастные. К числу аппаратов непрерывного действия принадлежат барабанные, вибрационные, гравитационные, лопастные, центробежные и червячно-лопастные смесители.

Процессы смешения могут быть охарактеризованы степенью однородности (коэффициентом неоднородности), интенсивностью и эффективностью перемешивания.