168952 (Переработка твёрдых отходов)

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого президента

России – Ельцина Б.Н.»

РЕФЕРАТ

«ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ»

Екатеринбург 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1 ИСТОЧНИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

2 МЕХАНИЧЕСКАЯ, МЕХАНОТЕРМИЧЕСКАЯ и ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

3 ОБОГАЩЕНИЕ

4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ПРИ УЧАСТИИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ

1 ИСТОЧНИКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Строгого, однозначного определения понятия «отходы производства» не сформулировано. Обычно под этим термином понимают разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, характеризующиеся потенциальной потребительской ценностью (пригодностью для полезного использования) и являющиеся по своей природе вторичными материальными ресурсами (ВМР), использование которых в материальном производстве как правило требует определенных дополнительных операций с целью придания им необходимых свойств или четкой фиксации этих свойств.

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 различные горные породы (известняки, кварциты, доломиты, огнеупорные глины и др.), золошлаковые отходы ТЭС, металлургические шлаки и другие материалы. Наряду с этим уровень оперативной утилизации отходов является низким: в хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шлаков цветной металлургии, 10-12% золошлаковых отходов, менее 4% отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов.

В то же время, значительная часть твердых отходов промышленных предприятий может быть эффективно использована в народном хозяйстве. Так, 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 промышленных отходов 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. Кроме того, увеличение комплексности использования минерального сырья при одновременном решении задач защиты биосферы способствует сокращению потребления ряда его видов.

Источники возникновения твердых отходов в материальном производстве иллюстрируются схемой на рис. 1.

Рисунок 1 – Источники возникновения твердых отходов в материальном производстве

В настоящее время отсутствует общая научная классификация твердых отходов промышленности, охватывающая все их многообразие по тем или иным принципам, что объясняется широтой их номенклатуры даже в рамках одного предприятия.

Существующие классификации многообразны.

Так, твердые отходы классифицируют по отраслям промышленности (отходы химической, металлургической, топливной и других отраслей) или их группам, по конкретным производствам (например, отходы сернокислотного, содового и других производств), по тоннажности, степени использования, ценностным показателям, воздействию на окружающую среду, способности к возгоранию, коррозионному воздействию на оборудование и т. п.

Многообразие видов твердых отходов, значительное различие состава даже одноименных отходов в значительной степени усложняют задачи их утилизации, вызывая в ряде конкретных случаев необходимость изыскания своеобразных путей их решения.

Тем не менее, для большинства основных видов крупнотоннажных твердых отходов в настоящее время разработаны и частично реализуются описанные ниже экономически целесообразные технологии их утилизации.

2 МЕХАНИЧЕСКАЯ, МЕХАНОТЕРМИЧЕСКАЯ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА

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 ВМР.

2.1 Дробление

Интенсивность и эффективность большинства химических и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. В этой связи технологическим операциям переработки твердых отходов обычно предшествуют операции уменьшения размеров их кусков.

Метод дробления используют для получения из крупных кусков продуктов крупностью преимущественно 5 мм. Дробление широко используют при переработке отвальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резиновых технических изделий, отходов древесины, некоторых пластмасс, строительных и других материалов. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость дробления.

Степень дробления i выражает отношение размеров кусков подлежащего дроблению и кусков раздробленного материала:

i=D_max/d_max=D_ср/d_ср, (1)

где D_max и d_max - диаметр максимального куска материала до и после дробления; D_ср и d_ср – средний диаметр кусков исходного материала и продукта дробления.

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

E=N/Q, (2)

где N – мощность, потребляемая двигателем дробилки, кВт; Q – производительность дробилки, т/ч.

Для дробления используют щековые, конусные, валковые и роторные дробилки различных типов. Для разделки очень крупных агломератов отходов применяют копровые механизмы, механические ножницы, дисковые пилы и т.д..

2.2 Измельчение

Метод измельчения используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм.

Наиболее распространенными агрегатами измельчения 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. Тип и размеры характеризуют приемом эвакуации продукта, внутренним диаметром D барабана без футеровки и рабочей длиной L. Различают короткие (LD) мельницы. Стержневые мельницы обычно применяют для грубого измельчения отходов. По сравнению с шаровыми мельницами они обеспечивают более равномерный по крупности продукт и меньшее количество шламов.

2.3 Классификация и сортировка

Процессы классификации и сортировки используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включают методы грохочения (рассева) кусков (зерен) перерабатываемого материала и их разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. Эти методы широко применяют в качестве самостоятельных и вспомогательных при непосредственной утилизации и переработке 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.

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.

2.4 Окускование

Наряду с перечисленными выше методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности в практике рекуперационной технологии твердых отходов большое распространение имеют методы, связанные с решением задач укрупнения мелкодисперсных частиц ВМР, имеющие как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяющие различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации.

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 окатыванием наиболее часто проводят в ротационных и вибрационных грануляторах.

Большое распространение на практике получили барабанные грануляторы. Они характеризуются большой производительностью, относительной простотой конструкции, надежностью в работе и сравнительно невысокими энергозатратами. Однако барабанные грануляторы 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 окатывания, обеспечивающие возможность достаточно легкого управления процессом.

Гранулирование порошков прессованием проводят в валковых и таблеточных машинах, червячных и ленточных прессах и некоторых других механизмах с получением агломератов различной формы и размеров.

Валковые грануляторы снабжают прессующими элементами 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.

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 большинства которых основан на прессовании дозируемых в матричные каналы порошков пуансонами. Приготовляемые таблетки характеризуются разнообразной формой (цилиндры, сферы, диски, кольца и т. п.) с поперечником 6-12 мм.

Отдельную группу грануляторов представляют аппараты гранулирования порошков в дисперсных потоках. Процесс в них основан на столкновениях частиц порошка или порошка и жидкой фазы в турбулизованном потоке циркулирующего в аппарате или проходящего через него воздуха или газа.

Способность гранулируемых материалов к уплотнению и формованию характеризуют значениями коэффициентов их гранулируемости К₁ и К₂:

К₁=(/₀)/p_пл, К₂=σ/p_пл, (3)

где и ₀ - текущая и исходная плотность гранулируемого материала т/м³; σ – предел прочности гранул при сжатии, Па; p_пл – давление уплотнения, соответствующее началу упруго-пластической деформации, Па.

Величины К₁ и К₂ позволяют обоснованно рекомендовать соответствующий метод гранулирования для данного материала: чем больше значения этих коэффициентов, тем меньшими усилиями обеспечивается заданная степень уплотнения материала.

Методы брикетирования находят широкое применение в практике утилизации твердых отходов в качестве подготовительных операций (с целью придания отходам компактности, обеспечивающей лучшие условия транспортирования, хранения, а часто и саму возможность переработки) и самостоятельных операций (изготовление товарных продуктов). На процесс брикетирования дисперсных материалов существенное влияние оказывают 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 (при необходимости), сушке, охлаждению и другим подготовительным операциям. В практике брикетирования используют различные прессовые механизмы. При брикетировании дисперсных материалов наибольшее распространение получили штемпельные, вальцовые и кольцевые прессы различных конструкций.

Метод высокотемпературной агломерации используют при переработке пылей, окалины, шламов и мелочи рудного сырья в металлургических производствах. Для проведения агломерации на основе таких ВМР приготовляют шихту, включающую твердое топливо (коксовая мелочь 6-7% по массе), и другие компоненты (концентрат, руда, флюсы). Воспламенение и нагрев шихты обеспечивают просачиванием через ее слой продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива и воздуха. Процесс спекания минеральных компонентов шихты идет при горении ее твердого топлива (1100-1600 ^˚С). Агломерационные газы удаляют.

Спеченный агломерат дробят по крупности 100-150 мм в валковых зубчатых дробилках, продукт дробления подвергают грохочению и последующему охлаждению. Просев грохочения – фракцию – 8 мм, выход которой составляет 30-35%, возвращают на агломерацию.

При утилизации и переработке твердых отходов используют различные методы термической обработки как исходных твердых материалов, так и получаемых на их основе продуктов. Эти методы включают различные приемы пиролиза (например, отходов пластмасс, древесины, резиновых технических изделий, шламов нефтепереработки), переплава (например, отвальных металлургических шлаков, отходов термопластов, металлолома), обжига (например, некоторых шлаков цветной металлургии, ряда железосодержащих шламов и пылей) и огневого обезвреживания (сжигания) многих видов твердых отходов на органической основе.

Метод смешения порошкообразных и пастообразных материалов широко используют в практике переработки твердых отходов для усреднения состава дисперсных отходов, приготовления на их основе многокомпонентных смесей шихтовых материалов и получения различных масс, обеспечивающих возможность переработки ВМР в товарные продукты.

3 ОБОГАЩЕНИЕ