Измельчение и разделение отходов по крупности

Процессы измельчения широко распространены в технологии рекуперации твердых отходов, при переработке отвалов вскрышных и попутно извлекаемых пород открытых и шахтных разработок по­лезных ископаемых, вышедших из строя строительных конст­рукций и изделий, некоторых видов смешанного лома изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов, отходов пластмасс и резины, древесных отходов, пиритных огарков, фосфогипса и ряда других BMP.

Дробление. Интенсивность и эффективность большинства химических, физико-химических и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. В этой связи собственно технологическим операциям переработки твердых отходов обычно предшествует операция уменьшения размеров их кусков, которая в сочетании с классификацией и сортировкой имеет важное самостоятельное значение в технологии рекуперации твердых отходов.

В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость процесса.

Степень дробления / определяется отношением размеров кусков до измельчения к размерам кусков раздробленного материала:

i = D_max/d_max = D_ср/d_ср, (4.1)

где D_max и d_max — диаметр максимального куска материала соответственно до и после дробления; D_ср и d_ср — средневзве­шенный диаметр кусков соответственно исходного материала и продукта дробления.

В зависимости от размеров кусков отходов различают крупное, среднее и мелкое дробление, характеризующиеся следующими размерами кусков:

Степень дробления в зависимости от стадии дробления состав­ляет 5—10.

Удельные затраты электроэнергии (в кВт • ч на 1 т перерабаты­ваемого материала) определяют энергоемкость дробления Е:

Е = N/Q, (4.2)

где N — мощность, потребляемая двигателем дробилки, кВт; Q — производительность дробилки, т/ч. Энергоемкость процесса зави­сит от необходимой степени дробления и физико-механических свойств измельчаемых отходов.

Для измельчения отходов используют раздавливание, раска­лывание, размалывание, резание, распиливание, истирание и раз­личные комбинации этих способов.

В основе классификации оборудования для дробления твердых отходов лежит способ измельчения. Различают следующие виды оборудования для измельчения:

• измельчители раскалывающего и разламывающего действия
• щековые, конусные, зубовалковые и другие дробилки;
• измельчители раздавливающего действия — гладковалковые дробилки, ролико-кольцевые, вертикальные, горизонтальные и другие мельницы;
• измельчители истирающе-раздавливающего действия — бегуны, катково-тарельчатые, шаро-кольцевые, бисерные и другие мельницы;
• измельчители ударного действия — молотковые измель­чители, бильные, шахтные мельницы, дезинтеграторы, центро­бежные, барабанные и газоструйные мельницы;
• ударно-истирающие и колющие измельчители — вибра­ционные, планетарные, виброкавитационные и прочие мельницы, реакгроны;
• прочие измельчители (пуансоны, пилы и т.д.).

Для дробления большинства видов твердых отходов исполь­зуют щековые, конусные, валковые и роторные дробилки различ­ных типов. Для разделки очень крупных агломератов отходов применяют копровые механизмы, механические ножницы, дис­ковые пилы, ленточно-пильные станки и некоторые другие меха­низмы и приемы (например, взрыв). При выборе измельчителя необходимо учитывать ряд факторов, главными из которых явля­ются вид и характер отходов, их размеры и количество, необ­ходимая степень измельчения, конечный размер дробленого материала, особые свойства измельчаемых отходов. Если требуется измельчить очень крупные отходы, их предварительно режут на куски, используя ленточные пилы и ленточно-пильные станки.

1 — подача отходов; 2 — выход дробленого материала

Полученные куски легко измельчаются на стандартном обору­довании.

В частности, при дроблении легковесного металлического лома используют молотковые шахтные дробилки (рис. 4.2). Корпус такой дробилки монтируется на отдельном фундаменте и соединен с двигателем упругой муфтой. Ротор вращается в опорно-­упорных подшипниках. На роторе шарнирно закреплены билодержатели и билы. Изнутри к корпусу крепятся съемные бронеплиты. Отходы вместе с частью воздуха поступают в дробилку через бункер, а после измельчения выносятся из дробилки восходящим потоком воздуха, который дополнительно подается через патрубки вдоль ее оси.

Технология дробления может быть организована с исполь­зованием либо открытых циклов работы дробилок, когда пере­рабатываемый материал проходит через дробилку только один раз, либо замкнутых циклов с грохотом, надрешетный продукт которого возвращают в дробилку. Некоторые распространенные варианты схем дробления твердых отходов представлены на рис. 4.3.

При необходимости получения из кусковых отходов мелкодис­персных фракций крупностью менее 5 мм используют помол. Степень измельчения при помоле достигает 100 и более.

Наиболее распространенными агрегатами для грубого и тонкого помола, используемыми при переработке твердых отходов, являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы, хотя в отдельных случаях применяют и другие механизмы (дезинтег­раторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны, пневмопушки и т. п.). Измельчение некоторых отходов пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (крио­генное измельчение).

а — одностадийная с открытым циклом; б — одностадийная с про­верочным грохочением; в — одностадийная с открытым циклом и пред­варительным грохочением; г — одностадийная с предварительным и проверочным грохочением; д — двухстадийная с открытым циклом; е — двухстадийная с предварительным и проверочным грохочением во второй стадии; ж — трехстадийная с предварительным грохочением во второй стадии и с предварительным и проверочным грохочением в третьей стадии; з — в открытом цикле; и — в замкнутом цикле с гидравлической клас­сификацией; к — в замкнутом цикле с совмещением предварительной и контрольной гидравлической классификации; л — в замкнутом цикле с воздушной сепарацией

Барабанные стержневые и шаровые мельницы используют как для сухого, так и для мокрого помола. Тип и размеры этих мельниц характеризуют устройством для эвакуации продукта (разгрузка через решетку или сито либо центральная разгрузка через полую цапфу), внутренним диаметром D барабана без футеровки и рабочей длиной L. Различают короткие (L < D) и длинные ( L > D) мельницы. Стержневые мельницы обычно при­меняют для грубого измельчения отходов в открытом или зам­кнутом цикле с классификатором. По сравнению с шаровыми мельницами они обеспечивают более равномерный по крупности продукт. Шаровые мельницы также используют в открытом и замкнутом цикле с классификаторами, причем мельницы с решет­кой применяют в основном для сравнительно крупного измельче­ния, а мельницы с центральной разгрузкой чаще применяют для тонкого и особо тонкого измельчения. Примеры различ­ной организации измельчения в сочетании с грохочением представлены на рис. 4.4.

а — от крупного к мелкому; б — от мелкого к крупному; в — комбини­рованным способом

Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах яв­ляются соответственно стальные стержни диаметром 25—100 мм и длиной 1,2—1,6 диаметра мельницы и стальные или чугунные шары диаметром 30—125 мм. В мельницах ножевого типа из­мельчение идет в узком зазоре (0,1—0,5 мм) между закрепленными внутри статора неподвижными ножами и ножами, фиксирован­ными на вращающемся роторе.

Для разделения твердых отходов на фракции по размерам ис­пользуют методы грохочения (рассева) частиц перерабатываемого материала и их разделение под действием гравитационно-инер­ционных и гравитационно-центробежных сил. Эти методы широко применяют в качестве самостоятельных и вспомогательных при утилизации и переработке подавляющего большинства твердых отходов. В тех случаях, когда классификация имеет самостоятельное значение, т.е. преследует цель получения той или иной фракции материала в качестве готового продукта, ее часто называют сортировкой.

Грохочением называется процесс разделения на классы по раз­мерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях. В качестве последних используют колосниковые решетки, штампованные решета, проволочные сетки и щелевидные сита, выполненные из различных металлов, резины, полимерных материалов и характеризующиеся формой и размерами ячеек.

Последовательный ряд размеров отверстий сит, применяемых для грохочения, называется шкалой классификации. Отношение размеров отверстий смежных сит в закономерной шкале назы­вается модулем шкалы. Для сит крупного и среднего грохочения модуль чаще равен 2, при этом шкала классификации равна, например, 50, 25, 12, 6,3 мм. В ситах мелкого грохочения применяют модуль √2 = 1,41.

Продукт, прошедший через отверстия данного сита, но остав­шийся на следующем сите шкалы, называют классом крупности или фракцией. В технике применяют два способа обозначения классов: “от — до” и “минус — плюс”. Более широкое рас­пространение получил второй способ. Например, класс крупности -40+20 мм означает, что крупность материала >20, но <40 мм.

При грохочении используют неподвижные колосниковые, валковые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качающиеся, полувибрационные (гирационные), вибрационные с прямолинейными вибрациями (резонансные, самобалансные, с самосинхронизирующимися вибраторами) и с круговыми или эллиптическими вибрациями (инерционные с дебалансным виб­ратором, самоцентрирующиеся, электровибрационные) грохоты. При грохочении комкующихся материалов некоторые типы этих механизмов снабжают дополнительными устройствами, обес­печивающими эффективное проведение соответствующих опе­раций.

При выделении трех и более классов перерабатываемого мате­риала возможно различное технологическое оформление процесса грохочения (см. рис. 4.4). Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, касающиеся интенсивности износа ячеистых поверхностей, удобства ремонта и наблюдения за их состоянием, эффективности процесса и компактности установки.

Основным показателем грохочения является эффективность процесса Е, определяемая отношением количества подрешетного продукта к его общему количеству в исходном материале, %:

Для неподвижных колосниковых грохотов объемную производительность Q (м³/ч) выражают произведением удельной объемной производительности по питанию q [м³/(м²·ч)] на площадь решетки F (м²):

Q = q· F . (4.14)