2014-02-09
5723
МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Текст лекций, (БЭ ЗС)
Под термином «отходы производства» понимают разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, характеризующиеся потенциальной потребительской ценностью и являющиеся по своей природе вторичными материальными ресурсами (BMP). Накопление значительных масс твердых отходов во многих отраслях промышленности обусловлено существующим уровнем технологии переработки соответствующего сырья и недостаточностью его комплексного использования. Удаление (транспортирование) отходов и их хранение (устройство и содержание отвалов и шламонакопителей) являются дорогими мероприятиями. На металлургических производствах, ТЭС и углеобогатительных фабриках затраты на них составляют примерно 8-30 % стоимости производства основной продукции. Между тем в отвалы и шламохранилища ежегодно поступают огромные массы вскрышных пород и отходов обогащения и переработки минерального сырья. В них накоплены десятки миллиардов тонн различных горных пород (известняков, кварцитов, доломитов, огнеупорных глин, каолинов, песчаников, золошлаковых отходов ТЭС, металлургических шлаков, галита, фосфогипса и значительные количества других материалов). В хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шлаков цветной металлургии, 10-12 % золошлаковых отходов и фосфогипса, менее 4 % отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов.
|
|
|
В то же время, строительная индустрия и промышленность строительных материалов ежегодно добывают и потребляют около 3,5 млрд т нерудного сырья, большая часть которого может быть заменена промышленными отходами. Задача утилизации последних тем более актуальна, что организация производства продукции на их основе требует затрат в 2-3 раза меньших, чем для соответствующих производств на основе специально добываемого природного сырья.
Источниками возникновения твердых отходов в материальном производстве являются: предприятия по добыче ископаемых, обогащению и переработке сырья, использованный продукт.
Твердые отходы классифицируют по отраслям промышленности (отходы химической, металлургической, топливной и других отраслей), по конкретным производствам (например, отходы сернокислотного, содового, фосфорнокислотного и других производств), по тоннажности, степени использования, ценностным показателям, воздействию на окружающую среду, способности к возгоранию, коррозионному воздействию на оборудование и т. п.
Методы подготовки и переработки твердых отходов. Для большинства основных видов крупнотоннажных твердых отходов в настоящее время разработаны и частично реализуются описанные ниже экономически целесообразные технологии их утилизации.
|
|
|
Утилизация твердых отходов в большинстве случаев приводит к необходимости либо их разделения на компоненты (в процессах очистки, обогащения, извлечения ценных составляющих) с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида, обеспечивающего саму возможность утилизации отходов.
К основным методам подготовки и переработки твердых отходов относятся:
1. Уменьшение размеров кусков и частиц. Для уменьшения размеров кусков и частиц применяют процессы дробления и измельчения (помола). Метод дробления используют для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью преимущественно 5 мм. Метод измельчения используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм.
2. Классификация и сортировка используются для разделения твердых отходов на фракции по крупности.
3. Укрупнение размеров кусков и частиц. Для укрупнения размеров кусков и частиц используют методы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.
4. Обогащение твердых отходов. В практике рекуперации твердых отходов промышленности применяют различные методы обогащения перерабатываемых материалов, подразделяемые на гравитационные, магнитные, электрические, флотационные и специальные. Гравитационные методы объединяют обогащение отсадкой, в тяжелых суспензиях, в перемещающихся по наклонным поверхностям потоках, а также промывку.
5. Физико-химическое выделение компонентов при участии жидкой фазы. К ним относятся: выщелачивание, смещение, растворение и кристаллизация.
2. Процессы уменьшения размеров частиц твердых отходов (дробление, измельчение, классификация и сортировка)
Интенсивность и эффективность большинства химических, диффузионных и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. В этой связи операции уменьшения размеров кусков отходов имеет самостоятельное значение в технологии рекуперации твердых отходов.
Дробление. Метод дробления используют для получения из крупных кусков перерабатываемых материалов продуктов крупностью преимущественно 5 мм. Дробление широко используют при переработке отходов вскрыши при открытых разработках полезных ископаемых, шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резиновых технических изделий, отвалов фосфогипса, отходов древесины, пластмасс, строительных и многих других материалов. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень дробления и энергоемкость.
Для дробления большинства видов твердых отходов используют шнековые, конусные, валковые и роторные дробилки различных типов. Для разделки очень крупных агломератов отходов применяют копровые механизмы, механические ножницы, дисковые пилы, ленточнопильные станки и некоторые другие механизмы и приемы (например, взрыв).
Измельчение. Метод измельчения используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм. Процессы измельчения используются 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 из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов, отходов пластмасс, пиритных огарков, фосфогипса и ряда других BMP.
|
|
|
Наиболее распространенными агрегатами грубого и тонкого измельчения, используемыми при переработке твердых отходов являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы. Измельчение некоторых типов отходных пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение).
Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах являются размещаемые в их корпусах стальные стержни и стальные или чугунные шары. В мельницах ножевого типа измельчение идет в узком (0,1-0,5 мм) зазоре между закрепленными внутри статора неподвижными ножами и ножами, фиксированными на вращающемся роторе.
Барабанные стержневые и шаровые мельницы используют как для сухого, так и для мокрого помола. 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 при равной крупности измельченного материала и меньшее количество шламов. 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.
Мелющие тела – стержни диаметром 25-100 мм и шары диаметром 30-125 мм, их изготавливают из высокоуглеродистой стали, длина стержней обычно составляет 1,2-1,6 диаметра мельницы.
Классификация и сортировка. Эти процессы используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включают методы грохочения (рассева) кусков (зерен) перерабаты-ваемого материала и их разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. 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.
Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных 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 ячейками (отверстиями) различных форм и размеров.
|
|
|
При грохочении используют грохоты: неподвижные колосниковые, валковые, барабанные вращающиеся, дуговые, ударные, плоские качающиеся, полувибрационные, вибрационные.
Среди используемых для разделения твердых материалов в виде пульп классификаторов грубой классификации наиболее распространены гидроциклоны и спиральные классификаторы.
3. Процессы укрупнения размеров частиц твердых отходов
В практике рекуперационной технологии твердых отходов большое распространение имеют методы, связанные с решением задач укрупнения мелкодисперсных частиц вторичных материальных ресурсов, объединяющие различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации. Их используют при переработке в строительные материалы ряда компонентов отвальных пород добычи многих полезных ископаемых, хвостов обогащения углей и золы 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 BMP.
Гранулирование. Методы гранулирования охватывают большую группу процессов формирования агрегатов обычно шарообразной или (реже) цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов.
Гранулирование порошкообразных материалов скатыванием наиболее часто проводят в ротационных (барабанных, тарельчатых, центробежных, лопастных) и вибрационных грануляторах различных конструкций. Барабанные грануляторы часто снабжают различными устройствами для интенсификации процессов, предотвращения адгезии липких порошков на рабочих поверхностях, сортировки гранул по размерам. Они характеризуются большой производительностью (до 70 т/ч, иногда выше), относительной простотой конструкции, надежностью в работе и сравнительно невысокими удельными энергозатратами. Однако барабанные гранулятора не обеспечивают возможности получения гранулята узкого фракционного состава, контроля и управления соответствующими процессами.
Для получения гранулята, близкого по составу к монодисперсному, используют тарельчатые (дисковые) грануляторы скатывания, обеспечивающие возможность достаточно легкого управления процессом. Обычно применяют 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.
Прессовое гранулирование проводят в валковых и таблеточных машинах различной конструкции, червячных и ленточных прессах и некоторых других механизмах. Валковые (вальцовые) грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволяет получать спрессованный материал в виде отдельных кусков (обычно с поперечником до 30 мм), прутков, плиток, полос. Эти механизмы часто совмещают с дробилками, обеспечивающими получение из спрессованных полупродуктов гранул заданных размеров. Производительность - 5-100 т/ч.
В технологии производства из промышленных отходов некоторых адсорбентов, катализаторов, витаминных, лечебных и ряда других препаратов и изделий порошковые материалы гранулируют с использованием таблеточных машин различных типов. Принцип действия машин основан на прессовании дозируемых в матричные каналы ворошков пуансонами. Прессование порошков и паст реализуют в червячных прессах через перфорированную решетку, по выходе из которой сформованные жгуты либо ломаются под действием собственной тяжести, либо их режут.
Брикетирование. Методы брикетирования находят широкое применение в практике утилизации твердых отходов в качестве подготовительных (с целью придания отходам компактности, обеспечивающей лучшие условия транспортирования, хранения, а часто и саму возможность переработки) и самостоятельных (изготовление товарных продуктов) операций.
Брикетирование дисперсных материалов проводят без связующего при давлениях прессования, превышающих 80 МПа и с добавками связующих при давлениях, обычно ограниченных 15-25 МПа. Перед брикетированием материал обычно подвергают грохочению (классификации), дроблению (при необходимости), 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.
