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 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 м3/кг. Сильномагнитными свойствами обладают магнетит (FеО·Fе2О3), маггелит (Fе2О3), 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.
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
- 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
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 F, обусловленная наличием заряда на частице:
F = Еq, (4.21)
где Е — напряженность электрического поля, В/м; q — 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 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 коронирующим (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 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.).
Социальные сети