Грохочение отходов и мусора (ТБО)

Грохочение — это процесс разделения твердых материалов на клас­сы по крупности.

Грохочение осуществляется на просеивающей поверхности специ­альных аппаратов - грохотов.

В зависимости от назначения в технологической схеме переработки различают грохочение трех видов:

• подготовительное - перед обогащением, той или иной перера­боткой, дроблением;
• самостоятельное - для выделения определенного класса круп­ности в качестве готового или отвального продукта;
• обезвоживающее - для удаления из продукта основной массы воды после процессов мокрого обогащения (переработки).

Грохочение отличается широким распространением и универсаль­ностью, оно может быть применимо ко всем без исключения твердым материалам.

Технически наиболее сложной является операция грохочения твер­дых материалов, содержащих глинистые компоненты, макулатуру, по­лимерную пленку и текстиль. Так, например, до настоящего времени нет аппаратов, обеспечивающих эффективность процесса грохочения влажных ТБО при высоком содержании в них текстильных компонен­тов (традиционный барабанный грохот забивается текстилем в течение нескольких смен и перестает работать как сортирующее устройство). С повышением влажности понижается эффективность грохочения.

Полнота разделения твердых материалов по крупности называется эффективностью грохочения.

Теоретически при правильном режиме работы грохота все частицы исходного материала, размер которых меньше размера отверстий грохо­та, должны уйти в подрешетный продукт. В действительности вслед­ствие несовершенной работы грохота и разнообразной формы кусков материала часть нижнего продукта всегда остается в надрешетном.

Эффективность работы грохота характеризуется отношением мас­сы подрешетного продукта грохота М к массе нижнего продукта в ис­ходном материале М₁ (η=М/М₁).

Факторы, влияющие на эффективность грохочения (иначе на качес­тво грохочения) можно разбить на три группы:

• факторы зависящие от характеристики и свойств обрабатывае­мого материала;
• факторы, зависящие от требований к продуктам грохочения;
• факторы, зависящие от конструкции грохота и режима его ра­боты (в первую очередь от его производительности и толщины слоя материала).

Первая группа факторов является заданной величиной.

Вторая группа определяется требованиями к продуктам грохоче­ния. Особое значение в этой группе факторов, влияющих на качество грохочения, имеет принятый размер отверстий решет, на которых про­изводится грохочение.

Третья группа факторов целиком зависит от того, насколько пра­вильно выбран грохот, как он смонтирован и в каких условиях протека­ет его работа. При правильно выбранном грохоте эффективность грохо­чения определяется режимом работы грохота.

Под оптимальной производительностью грохота имеют в виду его максимальную пропускную способность по исходному материалу (т/час) при определенной заданной эффективности грохочения.

При прочих равных условиях, чем дольше материал находится на грохоте, тем выше эффективность грохочения (повышается вероятность извлечения мелких классов в нижний продукт).

При переработке твердых отходов наиболее часто применяются грохоты двух типов — барабанные и вибрационные; реже применяются колосниковые грохоты.

Барабанный грохот — наиболее распространенный аппарат, исполь­зуемый в технологиях сепарации ТБО. Весьма часто применяют бара­банные грохоты для промывки глинистых руд, для сортировки песка, гравия и щебня, а также при обогащении асбестовых, графитовых и не­которых других руд.

Барабанные грохоты имеют просеивающую поверхность цилиндри­ческой (рис. 5.15 и 5.16), реже - многогранной формы (рис. 5.17).

[I] — продольные элементы (из гладкого полосового материала); 2 — кольца (из гладкого полосового материала); 3 — отверстия

1 - балка; 2 — полосы; 3 — резиновые пластинки; 4 — продольные ребра; 5 — просеивающая поверхность; 6 — отверстия; 7 — опорные кольца

Устанавливается барабанный грохот на опорные катки под небольшим углом к горизонту (обычно 5-7°).

Материал загружается внутрь вращающегося барабана и попадает на просеивающую поверхность. Куски материала под действием сил трения увлекаются внутренней поверхностью вращающегося бараба­на и поднимаются на высоту Н над нижней образующей. После того как поверхность АВ займет положение плоскости естественного отко­са, куски скатываются по этой поверхности и одновременно, за счет наклона барабана, перемещаются по АС, продвигаясь вниз к разгру­зочному концу грохота. После прекращения движения куски снова подхватываются барабаном и цикл повторяется. В результате траекто­рия движения куска представляет собой зигзагообразную линию АСА'С' (рис. 5.18)

Продвигаясь по внутренней поверхности барабана, материал рассе­ивается на два продукта - подрешетный и надрешетный. Если требует­ся получение нескольких продуктов, то решето барабана собирается из нескольких секций с отверстиями различного размера, увеличивающи­мися к разгрузочному концу.

Толщина h сегментного слоя материала, находящегося в барабане, не должна превышать двойного размера максимальных кусков d_mах в питании: - h≤2 d_mах.

Угол отрыва (наибольший центральный угол, соответствующий сегменту загрузки) не должен превышать 90°: β≤90° (см. схему движения материала в барабанном грохоте).

Исходя из данных практики, диаметр D барабана при грохочении ТБО должен превышать размер максимального куска не менее чем в 8 раз, при грохочении руд и природных строительных материалов - не менее чем в 14 раз:

D≥8+14 d_mах.

Критическая скорость вращения барабана (частота вращения бара­бана, при которой материал вращается с корпусом барабана, не отрыва­ясь от него) равна:

n_кр=42,3/√D, об/мин.

Оптимальная скорость вращения барабана составляет 30-45% от критической (практически 10-15 об/мин).

При неизменной производительности эффективность грохочения повышается при уменьшении слоя загружаемого на грохот материала или увеличении диаметра барабана. Производительность грохота повы­шается при увеличении угла наклона барабана а, но при этом снижает­ся эффективность грохочения. Реальная производительность барабан­ных грохотов по исходным ТБО составляет 20-25 т/час.

В России барабанные грохоты для грохочения ТБО и продуктов их переработки выпускает фирма МГО Коммаш (г. Санкт-Петербург). Практическое применение нашли грохоты двух типоразмеров — КМ- 202Б (сепарация ТБО) и КМ-201 А (сепарация компоста), устанавливае­мые с углом наклона 7°.

Основные характеристики грохота для сепарации ТБО (мм):

• диаметр отверстий - 250
• диаметр барабана - 3000
• длина барабана - 8500
• длина просеивающей поверхности - 6000
• масса - 15 т

Основные характеристики грохота для сепарации компоста (мм)

• диаметр отверстий - 45-60
• диаметр барабана - 2500
• длина просеивающей поверхности - 4000
• масса - 20 т

На рис. 5.16 показана просеивающая поверхность барабанного грохота цилиндрической формы фирмы Сорайн Чеккини (Италия), одной из первых в мире занимающейся сортировкой ТБО (с начала 60-х годов). Решето грохота представляет собой цилиндр, который состоит из ряда колец 2. Кольца выполнены из гладкого полосового материала и расположены в параллельных плоскостях на некотором расстоянии друг от друга. Кольца 2 связаны между собой рядом про­дольных элементов, выполненных также из полосового материала и расположенных в параллельных плоскостях вдоль оси цилиндра.

Кольцевые и продольные элементы, пересекаясь, образуют отверстия 3. Длина отверстий в несколько раз превышает ширину. Такая конструк­ция решета позволяет избежать засорения отверстий листовыми и по­лосовыми материалами, присутствующими в твердых бытовых отхо­дах. Сортируемый материал загружается в один из торцов барабана. Мелкий материал проходит через отверстия 3, в то время как крупные компоненты удаляются через другой торец. Число продольных 1 и кольцевых 2 элементов выбирается в зависимости от характеристики сортируемого материала.

На рис 5.17 показан барабанный грохот, разработанный фирмой «Секретери» (Великобритания). Грохот приводится в движение от при­водных колес (на рисунке не показаны), опирающихся на кольца 7. Гро­хот имеет квадратные отверстия 6 со стороной 225 мм, разделенные вы­пуклыми продольными ребрами 4 и полосами 2. На балке 1, параллель­ной оси грохота, закреплен ряд жестких резиновых пластинок 3, имею­щих достаточную длину, чтобы проходить в отверстия 6, и достаточно упругих, чтобы возвращаться в исходное положение. (Пластинки разме­щаются под грохотом, но на рис. 5.17 для наглядности они показаны над грохотом). Ось барабана наклонена под некоторым углом к горизон­тальной плоскости.

Материал подают на грохот с верхнего конца. Предметы, размер которых меньше размера отверстий, проходят через отверстия и попа­дают на конвейер, проходящий под грохотом. При попадании в грохот длинных гибких материалов эффективность грохочения снижается (отверстия грохота забиваются). Отверстия очищаются с помощью пластин 3. Для уменьшения залипання отверстий отношение ширины ребер 4 к ширине отверстий 6 должно быть не менее 1,2:1. Грохот мо­жет быть выполнен из листового материала со штампованными отвер­стиями или из отдельных элементов, которые образуют продольные планки грохота.

На рис. 5.19 показан барабанный грохот для сепарации ТБО, разрабо­танный в Японии. Грохот имеет две секции: загрузочную 4 с отражающи­ми и разрыхляющими перегородками 16 и рабочую 6. Грохот установлен с наклоном в сторону выходного отверстия 8. Корпус грохота бандажами 3 опирается на колеса 15. Вращение барабану 5 сообщается от электродви­гателя 14 через зубчатую пару. В процессе вращения барабана 5 обрабаты­ваемый материал, поступивший с помощью конвейера 1 через течку 2 в за­грузочную секцию грохота, перемещается внутри корпуса от загрузочно­го конца к разгрузочному через рабочую зону 6 с отверстиями 7.

Надрешетный продукт собирается в бункере 9, подрешетный - из бункера 13 сбрасывается на конвейер 12, где дополнительно сортирует­ся и накапливается в бункерах 10 и 11.

1 - питающий конвейер; 2 — течка; 3 - бандажи; 4 - загрузочная секция; 5 - барабан; 6 - рабочая секция; 7 - отверстия; 8 - бункер надрешетного про­дукта; 10, И - бункеры; 12 — конвейер; 13 — бункер подрешетного продукта; 14—электродвигатель; 15—опорные колеса; 16—разрыхляющее устройство

Вибрационный грохот (подвесного или опорного типа) чаще всего имеет прямоугольную форму. Общий вид подвесного грохота представ­лен на рис. 5.20. Принцип работы вибрационного грохота заключается в том, что при помощи какого-либо механизма сетка грохота вибрирует в плоскости, перпендикулярной плоскости решета или под определен­ным углом к плоскости решета. Вся масса материала разрыхляется, тем самым создаются хорошие условия для прохождения частиц через от­верстия решета. Вибрации чаще всего сообщаются раме грохота (это создает равномерные вибрации по всей поверхности решета).

Число вибраций может доходить до 3600 вибраций в минуту (чаще всего 900-1500).

Амплитуда колебаний решета может изменяться в довольно широ­ких пределах: от 0,5 до 12 мм (чаще 3-5 мм).

Вибрационные грохоты могут работать в диапазоне крупности от 200 до 0,1 мм. Для крупного материала берут обычно число вибраций меньше, а амплитуду больше, чем для мелкого.

Угол наклона вибрационных грохотов - от 7 до 40°.

Для обеспечения высокой производительности и эффективности грохочения питание грохота должно быть равномерным и, как правило, осуществляться при помощи питателя.

Виброгрохочение является эффективной операцией в схеме извлече­ния луженой тары из черного металлолома, выделенного из ТБО. В ка­честве аппарата для сепарации металлолома используется двухдечный грохот, верхнее решето которого имеет строго определенную просеива­ющую поверхность, подобранную экспериментально и характеризуемую как коэффициентом живого сечения, так и соотношением размеров ячеек и расстоянием между ними (рис. 5.21 и 5.22); нижнее решето пред­ставляет собой поперечно расположенные колосники (изготовлены из прутков диаметром 15-20 мм) с расстоянием между ними 50 мм.

Листовое решето деки имеет ячейки прямоугольной формы (см. рис. 5.21) длиной «1» и шириной «а» (соответственно, 160 и 120 мм) и ха­рактеризуется расстоянием между ячейками «в» и «с» в продольном и по­перечном направлении (соответственно, 120 и 40 мм). Подаваемый на двухдечныи грохот выделенный из ТБО коллективный магнитный концен­трат разделяется на три фракции; луженая тара (консервные банки) кон­центрируется в среднем классе крупности (надрешетный продукт нижнего решета). Как видно из рис. 5.22, максимальное содержание луженой тары в среднем классе грохочения составляет около 80% при извлечении от ис­ходного 80% и значении коэффициента живого сечения Ь₀, равного 40%.

Производительность грохота с размерами просеивающей поверхно­сти 1250x2500 мм - около 5 т/час (угол наклона короба 10°, частота ко­лебаний короба 970 мин^-1, амплитуда колебаний 3-5 мм). Подобранная экспериментально просеивающая поверхность виброгрохота позволяет наилучшим образом использовать такие свойства разделяемого матери­ала, как форма, плотность, коэффициент трения, и одновременно повы­сить эффективность процесса сепарации.

Средний класс грохочения содержит до 20% компонентов черного металла, размеры которых совпадают с размерами луженой тары (утю­ги, дыроколы, молотки); доводка луженой тары (очистка от примесей черных металлов), позволяющая повысить содержание консервных ба­нок с 80% до 95-100%, рассмотрена в разделе «Магнитная сепарация».

1 — извлечение консервных банок в средний класс крупности; 2 - содержание консервных банок в среднем классе крупности