ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ

Раздел: Технологии и производство

Магнитная сепарация - процесс разделения твердых материалов в магнитном поле, основанный на использовании различий в их магнитных свойствах (главным образом в магнитной восприимчивости).

Магнитную сепарацию широко применяют при обогащении отходов производства и потребления, при обогащении руд (железных, марганцевых, титановых, медно-никелевых, вольфрамовых, редкометаль- ных), для удаления железистых примесей из кварцевых песков, для регенерации ферромагнитных утяжелителей в установках для разделения материалов в тяжелых суспензиях. Магнитному обогащению подвергается обычно материал крупностью -200+0,1 мм.

Для магнитного обогащения важное значение имеет способность разделяемых компонентов к намагничиванию, которая характеризуется магнитной восприимчивостью.

Магнитная восприимчивость х вещества характеризует связь между намагниченностью J (магнитным моментом М вещества, отнесенным к его объему V) и напряженностью магнитного поля Н в этом веществе

По магнитным свойствам (по способности намагничиваться во внешнем магнитном поле) все вещества делятся на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. Принадлежность вещества к той или иной группе определяют процессы в атомах, молекулах и кристаллах.

Диамагнитные вещества (висмут, серебро, золото) обладают отрицательной магнитной восприимчивостью (под действием магнитных сил электроны атомов приобретают добавочную угловую скорость, вследствие чего в каждом атоме возникает добавочный магнитный момент, направленный против создающего его внешнего поля).

Парамагнитные вещества (хром, марганец, олово, платина, редкоземельные элементы) обладают положительной магнитной восприимчивостью (под действием магнитных сил атомные магнитные моменты ориентируются по направлению поля, вследствие чего парамагнитные вещества во внешнем магнитном поле намагничиваются в направлении поля).

У диа- и парамагнитных веществ магнитная восприимчивость очень мала и почти не зависит от напряженности поля.

Ферромагнитные вещества (железо, никель, кобальт, кадмий) характеризуются способностью к самопроизвольному намагничиванию даже при отсутствии внешнего магнитного поля. При увеличении напряженности внешнего магнитного поля намагниченность ферромагнитного вещества возрастает при данной температуре до полного насыщения (все атомные магнитные моменты становятся параллельными и ориентируются по полю).

Если в магнитное поле, создаваемое в зоне сепарации системами из постоянных магнитов или электромагнитов с обмоткой, питаемой постоянным током, попадает ферромагнитное вещество,магнитное поле существенно искажается. При попадании в магнитное поле пара- и диамагнитных веществ оно искажается незначительно. Соответственно, ферромагнитные вещества испытывают значительные силы со стороны магнитного поля, пара- и диамагнитные - меньшие.

Ферромагнитный компонент в магнитном поле намагничивается и становится магнитом с двумя полюсами. Работа намагничивания единицы объема ферромагнитного компонента при изменении индукции от 0 до некоторого значения В, графически выражается площадью между кривой намагничивания и осью ординат ().

При намагничивании ферромагнитного компонента ему сообщается энергия на создание магнитного поля внутри компонента и вне его. Магнитная сила, действующая на ферромагнитный компонент в магнитном поле, определяется потенциальной энергией, приобретенной единицей объема компонента во время его намагничивания

Чтобы магнитные компоненты притягивались к магниту, действующая на них магнитная сила притяжения должна превосходить силу тяжести, а также сопротивление среды движению частиц и другие механические силы.

Чем больше разница магнитной восприимчивости отдельных компонентов в их смеси, тем легче разделяются они в магнитном поле, причем чем выше магнитная восприимчивость, тем меньшая требуется напряженность поля для разделения компонентов.

Ферромагнитные компоненты большинства твердых отходов (в т.ч. ТБО) имеют удельную магнитную восприимчивость2 не менее 3-10 3см3/г и достаточно эффективно извлекаются в магнитный продукт при использовании сепараторов с относительно слабым магнитным полем напряженностью до 120 кА/м (практически применяются сепараторы

с магнитным полем 90-200 кА/м). К ним относятся все изделия из черного металла, отслужившие свой срок в быту и попавшие в ТБО, а также луженая консервная тара и др.

Для выделения из отходов магнитного продукта наиболее подходят подвесные электромагнитные сепараторы-железоотделители типа ПС с автоматической разгрузкой и шкивные сепараторы типа ШЭ Луганского машиностроительного завода им. Пархоменко. В рабочей зоне этих сепараторов имеется магнитное поле, которое создается системой из электромагнитов с обмоткой, питаемой постоянным током.

схема сил, действующих на ферромагнитный компонент, транспортируемый наклонным конвейером и попадающий в поле действия магнитной системы подвесного сепаратора, установленного на расстоянии h от ленты.

После того как ферромагнитный компонент смещается к транспортирующей ленте сепаратора, удаляющей его из рабочей зоны сепарации, магнитной силе необходимо преодолевать силу тяжести G или ее нормальную составляющую G cosO.

Подвесной сепаратор ( 5.26) представляет собой электромагнит 3 с непрерывно движущейся вокруг него конвейерной лентой 4, разгружающей извлеченные магнитные предметы с электромагнита. Рама 1 представляет собой сварную металлоконструкцию, на которой крепятся все составные части железоотделителя. Электромагнит состоит из Ш-образной полюсной скобы, катушек, полюсного наконечника и токораспределительной коробки. Катушки магнитной системы каркасного типа, намотаны медным проводом. Пространство между обмоткой и кожухом катушки заполнено заливочной массой. Обмотку электромагнита питает преобразователь, поставляемый комплектно с сепаратором. На барабаны 2,6 и 7 надета лента 4 с закрепленными на ней планками-скребками из резины, которые предназначены для захвата и удаления извлеченных ферромагнитных предметов.

Натяжение ленты осуществляется перемещением барабана 7 по пазам в раме железоотделителя с помощью гаек натяжных винтов 8. Барабан вращается с помощью цепной передачи от привода 5, состоящего из электродвигателя мощностью 4-6 кВт и редуктора.

Для лучшего извлечения ферромагнитных предметов из транспортируемого потока ТБО желательно, чтобы лента конвейера под железо- отделителем была плоской (без желоба). Скорость движения конвейерной ленты сепаратора - до 2,5 м/с. При обогащении ТБО весьма эффективен сепаратор ПС-120 (напряженность магнитного поля на поверхности полюсов 90 - 220 кА/м).

характеристика магнитного поля в рабочей зоне подвесного магнитного сепаратора. Из рисунка следует, что величина магнитной индукции как функции изменения напряжения составляет на поверхности конвейерной ленты, транспортирующей ТБО, 10-60 мТл. Как видно из рис 5.28, область извлечения ферромагнитных компонентов различной площади определяется магнитной индукцией в зоне сепарации; минимально необходимое значение магнитной индукции на поверхности конвейерной ленты должно быть на уровне 15-20 мТл, и сепарация может проводиться при рабочем напряжении 100-150 В, обеспечивающем необходимые магнитные силы для выделения из ТБО ферромагнитного металлолома.

Извлечение черного металлолома из потока ТБО находится в прямой зависимости от интенсивности взаимодействия ферромагнитных компонентов ТБО с магнитным полем и резко снижается при удалении полюсов магнитного устройства от транспортируемых отходов ( 5.29). Предельная высота установки подвесного сепаратора над лентой конвейера - 600 мм (предпочтительно не более 300-350 мм).

Конечное извлечение компонента зависит от продолжительности процесса сепарации. Время нахождения черного металлолома в магнитном поле сепаратора зависит от скорости транспортировки ТБО (от скорости конвейерной ленты). Как видно из рис 5.30, необходимая для извлечения черного металла магнитная индукция на поверхности конвейерной ленты, транспортирующей ТБО, незначительно зависит от скорости потока, но в большей степени от интенсивности массового потока неферромагнитных компонентов.

Подвесные магнитные сепараторы устанавливают над лентой конвейера, транспортирующей ТБО: чаще всего в каком-либо месте между приводным и хвостовым барабаном перпендикулярно направлению движения конвейера, либо в месте разгрузки материала с конвейера в направлении движения ленты ( 5.31 и 5.32).

Для повышения эффективности процесса устанавливают сепараторы с удлиненной зоной сепарации ( 5.33 и 5.34) и со сложной электромагнитной системой ( 5.35 и 5.36), обеспечивающие вторичную концентрацию ферромагнитных компонентов, извлеченных из потока отходов, и позволяющие получить более чистый черный металлолом.

Недостаток установки подвесных магнитных сепараторов над слоем транспортируемых отходов - низкое извлечение черных металлов (особенно небольшого размера), находящихся под слоем ТБО. Поэтому магнитная сепарация должна проводиться в несколько стадий, а сепараторы устанавливаться в различных точках технологической схемы.

Для доизвлечения железных предметов, находящихся под слоем ТБО, целесообразно использовать шкивной магнитный сепаратор - в виде приводного барабана ленточного конвейера, проходящего под сепаратором типа ПС (контрольная магнитная сепарация).

Электромагнитный шкивной сепаратор представляет собой барабан, приводящий в движение конвейерную ленту ( 5.38). Основной узел электромагнитного шкива - вращающаяся магнитная система, встроенная в ведущий барабан ленточного конвейера. Электромагнитный шкив - это вал 1 с насаженными на него дисками 2 из динамной стали и цилиндрическими катушками 3 с проводниками для постоянного тока. Катушки закрываются кольцами 4 из немагнитного материала, ток к ним подводится через неподвижные щетки 5.

Магнитное поле существует на всей поверхности шкива 6, диаметр которого в промышленных сепараторах изменяется от 630 до 1000 мм. Притянувшиеся к шкиву магнитные компоненты удаляются конвейерной лентой, для которой магнитный шкив, как отмечено, является ведущим. В нижней части шкива лента отрывает притянувшиеся к нему магнитные частицы; под шкивом целесообразно устанавливать шибер, регулирующий выход магнитного и немагнитного продуктов. В промышленных условиях обогащения ТБО хорошо зарекомендовал себя шкив электромагнитный ШЭ-100-80 (напряженность магнитного поля на расстоянии 10 мм от поверхности полюсов равна 105 - 160 кА/м).

характеристика магнитного поля в рабочей зоне шкивного магнитного сепаратора (распределение магнитной индукции вдоль шкива). Из рисунка следует, что минимум индукции, хотя и приходится на середину шкива (т.е. на середину конвейерной ленты, где слой ТБО наибольший), захватывает небольшую длину и поэтому не должен отрицательно сказываться на извлечении металла. На краю ленты магнитная индукция становится незначительной, следовательно, извлекающая способность сепаратора в этой зоне невелика. С учетом «слабой» зоны по краям аппарата для обеспечения более полного извлечения черного металлолома желательно применение желобчатой конвейерной ленты.

В зарубежной практике при магнитной сепарации ТБО и других отходов нашли применение барабанные сепараторы с встроенным во вращающийся барабан неподвижным постоянным или электрическим магнитом. Конструкция барабанного магнитного сепаратора подобна конструкции шкивного сепаратора, но барабан не связан непосредственно с транспортирующим средством. Магнитное поле такого сепаратора распространяется на 180° окружности барабана (обечайка из немагнитного материала вращается вокруг неподвижной магнитной системы). Ферромагнитные компоненты, притянувшиеся к барабану, проходят до немагнитной зоны и там отрываются от поверхности барабана. Устанавливают барабанный сепаратор таким образом, чтобы поток отходов поступал или непосредственно на барабан, или проходил бы под барабаном ( 5.42 и 5.43). Для повышения эффективности сепарации подавать материал к барабану необходимо тонким слоем (например, с помощью вибропитателя).

Практика показывает, что при извлечении черных металлов, особенно в голове процесса сепарации ТБО, вместе с ними в магнитный продукт попадают посторонние примеси (макулатура, текстиль, полимерная пленка и др.), поэтому в технологической схеме обязательно должна предусматриваться перечистка магнитного продукта в магнитном поле для освобождения от неметаллических включений.

Наиболее высокие показатели в операции перечистки обеспечивает сепарация в магнитном поле подвесного сепаратора, на ленте которого поддерживают магнитную индукцию 150-170 мТл (подаваемое напряжение - не более 180 В). Замена подвесного магнитного сепаратора на магнитный шкив снижает извлечение ферромагнитных компонентов на 10-15%.

После перечистки содержание металлов в коллективном концентрате составляет 98-99,5% при извлечении от исходного 95-98%. При необходимости коллективный магнитный концентрат может разделяться на лом черный и оловосодержащий (с использованием виброгрохочения и сепарации на подвижной наклонной плоскости) ( 5.44): оловосодержащие компоненты (луженая консервная тара) выделяются в виде среднего класса грохочения и подвергаются доводке на движущейся вверх ленте конвейера, установленного под углом 22-23°; консервные банки скатываются по ленте конвейера вниз, а остальные компоненты транспортируются конвейерной лентой вверх. Выделенные оловосодержащие компоненты реализуются как лом цветных металлов и могут направляться на гидрометаллургические установки для снятия олова.