РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ:

Выбор оборудования для вторичной обработки и обогащения строительных отходов

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

           Исследование процесса переработки строительных отходов, разработка технических и технологических решений и рекомендаций по созданию технологии их переработки.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

           Проблема утилизации отходов бетонных и железобетонных конструкций и старого асфальтобетона является актуальной в связи с необходимостью промышленного, гражданского и дорожного строительства, ростом объемов транспортного движения и снижения загрязнений территорий строительными отходами.
Экологическая и экономическая целесообразность и необходимость повторного и многократного использования природных ресурсов путем вовлечения части отходов производства и потребления в хозяйственный оборот в качестве вторичного сырья доказана многолетней практикой во многих странах мира.
В результате разрушения жилых зданий, сооружений и строительных конструкций всегда образуется определенное количество отходов: смесь сыпучих, кусковых, листовых, пылевидных и т.п. материалов, которые, в той или иной мере, представляют одновременно коммерческий интерес и определенную опасность для окружающей среды. Поэтому возникает необходимость в переработке таких отходов и использовании их в качестве вторичного сырья для различных материалов и конструкций.
Получение бетонного щебня и его использование является важнейшей стадией переработки бетонных и железобетонных отходов, что приведет к уменьшению загрязнения окружающей среды и к уменьшению использования природных ресурсов.
Однако для получения качественного вторичного сырья ценные составляющие смеси необходимо отделить от балластных и вредных компонентов, т.е. обеспечить более высокую концентрацию полезных компонентов и повысить эффективность технологии их переработки или использования, а также качество производимой из отходов продукции.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ

1. В выпускной работе проанализированы эксплуатируемые и внедряемые технологические линии по вторичной обработке твердых промышленных отходов и отходов строительной отрасли.
2. Методами анализа разработаны рекомендации по вопросу рационального выбора оборудования для оснащения технологических линий по обогащению строительных отходов.
3. Экспериментально обоснованы технические характеристики оборудования для вторичной обработки и обогащения строительных отходов.
4. Предложенные решения экономически обоснованы, рассчитана калькуляция себестоимости получаемой продукции.

ПРОЦЕС ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ И ОБОГАЩЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ

           Выделяют два существенных метода обогащения дробленого материала: «сухой» и «мокрый».
При обогащении «мокрым» (с использованием воды) способом следует исходить из того, что установки для «мокрого» обогащения зимой, как правило, не работают.
Технологическая схема установки по обогащению «мокрым» способом включает следующие операции:
1) промывку исходного материала на виброгрохоте с выделением частиц крупнее 5 мм;
2) обезвоживание полученного материала в классификаторе-обезвоживателе;
3) осветление промывочной воды в отстойниках и подачу оборотной воды в технологический процесс промывки;
4) подачу готовой продукции на склад.
Большое влияние на качество очистки на грохотах и расход воды оказывают расположение и конструкции подающих воду форсунок.
Для размыва загрязненных материалов струя воды должна быть направлена под острым углом к потоку материала. При этом вода должна поступать под давлением и иметь небольшое рассеивание [1]. Струя воды должна быть направлена против движения материала, но под менее острым углом, чем при размыве. Конструкция сопла должна обеспечивать распыление струй, при этом струи должны перекрывать друг друга.
Готовая продукция, полученная на установке «мокрого» обогащения, ленточными конвейерами транспортируется на склады готовой продукции, на которых предусматривается отвод воды; уклон площадок на складах 0,01-0,03 мм.
Технологическая схема установки для «сухого» обогащения включает следующие операции:
1) подсушивание исходного материала;
2) выделение из исходного материала частиц крупнее 5 мм;
3) сухое удаление пылевато-глинистых частиц из материала мельче 5 мм;
4) очистку загрязненного воздуха перед выбросом его в атмосферу;
5) подачу готовой продукции на склад.
Подсушивание исходного материала производят, если его влажность превышает 1,5-3,0 %. Допустимая максимальная влажность определяется зерновым и минералогическим составами, а также оборудованием, применяемым для удаления пылевато-глинистых частиц, и устанавливается на стадии технологического опробования.
Используемый для «сухого» обогащения воздух в процессе работы загрязняется пылевато-глинистыми частицами. Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих примесей в воздухе определяется конкретно для каждой установки.
Готовую продукцию хранят на складах, представляющих собой открытые площадки с покрытием из бетона или из слоя складируемого материала. Для предотвращения попадания в готовую продукцию пыли склады обычно размещают с подветренной стороны, учитывая розу ветров.
При учете технологических особенностей процесса обогащения строительных отходов наиболее целесообразно для данного процесса применять «сухой» метод обогащения.
Сам же процесс обогащения строительных отходов состоит фактически из двух основных операций: выделение из железобетонного лома железистых составляющих и классификация бетонного лома по классам крупности.
Удаление железных и других слабомагнитных примесей осуществляется магнитными методами, которые широко используются в стекольной, абразивной, керамической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при переработке твердых бытовых отходов, строительных материалов, теплоносителей и др.
Магнитные методы позволяют решить задачи не только извлечения ценных минералов, но и очистки их от магнитных примесей, регенерации магнитных суспензий при гравитационном обогащении, удаления металлолома и т. д.
Общее технологическое преимущество магнитных методов обогащения состоит в достижении значительных извлекающих сил (для сильномагнитных зерен они могут превышать силу тяжести более чем в 100 раз), в высокой селективности действия на частицы минералов, безопасности для обслуживающего персонала, безвредности магнитной технологии для окружающей среды, относительно низкой себестоимости, удобстве управления, автоматизации и т. д. [2].
По принципу использования магнитного поля для разделения минералов процессы магнитного обогащения можно разделить на прямые и комбинированные (косвенные) процессы.
К прямым относятся процессы магнитной сепарации в слабых и сильных полях, регенерации суспензий, извлечения ферромагнитного металлолома, магнитного пылеулавливания, термомагнитной и динамической сегрегации и т. д.
К непрямым (комбинированным или косвенным) процессам сепарации можно отнести магнитогидростатическую, магнитогидродинамическую сепарацию, сепарацию немагнитных минералов и т. д.
В процессах прямой сепарации зерна минералов с повышенной магнитной восприимчивостью извлекаются пондеромоторной магнитной силой, возникающей в неоднородном магнитном поле рабочего пространства сепаратора. Режимы движения разделяемых массопотоков при этом, могут быть прямо- или противоточными с извлечением, отклонением, удерживанием или осаждением магнитной фракции. Управление магнитными свойствами минералов при этом производится с учетом их температурной зависимости (термомагнитная сепарация) и динамического запаздывания намагниченности или времени релаксации (динамическая сепарация) и т. д.
В комбинированных процессах неоднородное магнитное поле втягивает в зону наибольшей напряженности зазора жидкость - среду, в которой происходит разделение. Причем, частицы с меньшей магнитной восприимчивостью или легкие этой средой выталкиваются (магнитная сила Архимеда), а частицы с большей восприимчивостью или тяжелые - втягиваются или тонут.
Развитие прямых и комбинированных методов чрезвычайно расширяет области применения и технологические возможности магнитных методов обогащения, делает возможным их использование при обогащении промышленных отходов.
Растущие технологические возможности, связанные с применением сверхпроводящих магнитных систем, новых материалов для постоянных магнитов, а также с другими успехами технической физики, расширяют области применения магнитных методов при обогащении и переработке отходов в различных отраслях промышленности.
В соответствии с классификацией процессов магнитного обогащения различают такие аппараты, в которых осуществляются эти процессы: магнитные сепараторы, дешламаторы, магнитогидростатические, магнитогидродинамические и электродинамические сепараторы, железоотделители, металлоразделители, а также устройства для размагничивания и намагничивания материалов.
В зависимости от конструкции устройств для перемещения материала относительно магнитной системы различают [2] сепараторы барабанные, валковые, роликовые, дисковые, ленточные, спиральные, трубчатые и др.
Применяемые для сухого обогащения сепараторы (рис.1) имеют один общий конструктивный признак, который отличает их от сепараторов другого типа: их рабочий орган выполнен в виде шкива или барабана, внутри которого находится магнитная система с постоянной или чередующейся полярностью. Такие системы способны создавать «глубокие» магнитные поля на относительно большом расстоянии от полюсов и в большом объеме рабочего пространства.

Рисунок 1 - Применяемые для сухого обогащения сепараторы
(рисунок анимированный, 10 кадров, 10 циклов повторения)


Однако наиболее широкое применение получил отдельный класс магнитных сепарирующих устройств, выделяющихся тем, что их основой являются вращающиеся цилиндрические магнитные системы (с постоянными магнитами или электромагнитным возбуждением постоянным током). Этот класс составляют шкивные магнитные сепараторы [3].
Разнообразие областей и условий применения шкивных магнитных сепараторов (магнитных шкивов), особенности состава и структуры вторичного сырья, а также анализ требуемых технических условий процесса обогащения строительных отходов, позволяет сделать вывод о более эффективном и выгодном использовании сепараторов именно такого типа для осуществления данного процесса.
Конструкции шкивных магнитных сепараторов (железоотделителей) определяются технологическими условиями сепарации и способом монтажа, который предполагает два исполнения: встроенное и подвесное. При встроенном исполнении шкив железоотделителя устанавливается на разгрузочном конце ленточного конвейера и служит одновременно его ведущим (приводным) барабаном. При подвесном исполнении шкив железоотделителя устанавливается вместе с дополнительным барабаном, охватывающей их бесконечной разгрузочной лентой и приводом над конвейером с сепарируемым материалом. Оба исполнения обеспечивают непрерывную автоматическую очистку немагнитного сыпучего материала от посторонних намагничивающихся тел.
Конструкция собственно магнитного шкива, кроме указанных технологических условий, определяется также способом возбуждения магнитного поля: постоянными магнитами или постоянным электрическим током.
Большинство современных вибрационных грохотов, в зависимости от типа используемого привода, делятся на инерционные, электромагнитные, эксцентриковые и пневматические.
Как уже отмечалось ранее, при обогащении строительного мусора необходимо провести его классификацию по крупности, для чего применяют вибрационные грохота. При этом наиболее целесообразно применять именно инерционные вибрационные грохота.
Инерционные виброгрохота в зависимости от количества приводов (вибраторов) подразделяются на одноприводные и многоприводные.
Одноприводные установки просты в настройке и не представляют больших трудностей при расчете и конструировании. Недостатком их является ограниченная длина. Длина одноприводных инерционных виброустановок подвесной конструкции, как правило, не превышает 6 м. Длина одноприводных виброустановок опорной конструкции в среднем составляет 10-14 м [4].
Многоприводные установки теоретически не имеют ограничений в длине и могут использоваться для перемещения грузов на любое расстояние. Однако на практике обеспечение синхронной и синфазной работы большого числа инерционных вибраторов на одном жестком рабочем органе представляет существенные трудности.
По характеру возмущающей силы, создаваемой приводом, различают инерционные установки с вращающимся вектором возмущающей силы и направленным вектором по прямой линии.
По конструкции приводов инерционные виброгрохота с вращающимся вектором возмущающей силы можно разделить на несколько видов (рис.2).


а – с вибратором типа дебаланс; б – с мотор-вибратором; в – с маятниковым вибратором; г – с самосинхронизирующимися мотор-вибраторами; д – со спаренными мотор-вибраторами; е – с вибратором типа самобаланс

Рисунок 2 - Структурные схемы инерционного виброгрохота с различными типами приводов


В зависимости от конструкции упругой системы различают вибрационные грохота подвесной и опорной конструкции. Упругая система подвесного типа применяется обычно в вибрационных установках небольшой длины. Для подвески используются пружины с небольшой жесткостью. В соответствии с конструкцией и материалом других элементов системы подвески бывают: металлические, резиновые и резино-металические.
Также различают горизонтальные и наклонные грохота. Применительно к строительным отходам для их обогащения практичнее применять наклонные грохота.
Для реализации процесса грохочения необходимо обеспечить перемещение частиц сыпучего материала относительно просеивающей поверхности. При вибрационном грохочении перемещение достигается за счет колебаний просеивающей поверхности. В грохотах непрерывного действия этим также обеспечивается транспортирование частиц в зону разгрузки, т.е. вибрационный грохот является транспортно-технологической машиной. От скорости вибротранспортирования зависят производительность и эффективность грохочения.
В зависимости от количества исходного материала, поступающего на грохот, процесс происходит при двух существенно разных условиях. Различают грохочение при вибротранспортировании материала «тонким» и «толстым» слоем. Некоторые исследователи еще рассматривают грохочение отдельными частицами. При грохочении «тонким» слоем траектории движения частиц близки к траектории движения одиночной частицы. Классификация происходит вследствие просеивания (мелкие частицы проходят через отверстия просеивающей поверхности, а крупные остаются на ней и перемещаются в зону разгрузки). Если грохочение совершается «толстым» слоем, то в результате активного взаимодействия частиц их перемещения друг относительно друга существенно уменьшаются. В этом случае процесс классификации зависит еще и от сегрегации: миграции мелких и тяжелых частиц к просеивающей поверхности, а легких и крупных – вверх.
Сегрегация – сложное явление, зависящее от физико-механических свойств грохотимого сырья и особенностей вибрационного воздействия.
Существует три механизма сегрегации [5]. Первый механизм действует при сдвиге сыпучего материала, если градиент скорости неоднороден. При сдвиге частицы самоорганизуются в слои: крупные частицы, которые не помещаются в одном слое, сталкиваются своими выступающими краями с частицами соседних слоев, и из-за неоднородности градиента скорости получают нескомпенсированный импульс в направлении нормали к плоскости сдвига.
Второй механизм связан с хаотическим движением частиц (аналогично термодиффузии в газах, при которой более крупные молекулы мигрируют в зону низкой температуры) и реализуется при вибрации нормальной к границе сыпучего материала. Роль температуры в сыпучем материале играет среднеквадратичная скорость хаотического движения частиц, затухающая по мере удаления от вибрирующей границы. При этом крупная частица экранирует поток квазитепла от вибрирующей границы, чем и обусловлена действующая на нее выталкивающая сила.
Третий механизм основан на закатывании крупной частицы по мелким наверх.
Указанные механизмы играют важную роль при анализе движения крупной частицы в среде из мелких частиц.
Таким образом, исследовав особенности процессов обогащения и магнитной сепарации, характеристику и технические параметры вышеуказанного оборудования, технологические особенности его эксплуатации, разработаны рекомендации для эффективного осуществления процесса утилизации железобетонного лома и обогащения строительных отходов.
Учитывая данные технического и технологического решений, а также рекомендации по созданию технологии переработки строительных отходов, выработана технологическая схема процесса обогащения строительных отходов (рис.3).




Рисунок 3 - Технологическая схема процесса обогащения строительных отходов


Использование данной схемы для обогащения строительных отходов позволит достигнуть высокой эффективности этого процесса и существенно улучшит экологическую обстановку, получив при этом высокий экономический эффект.

ВЫВОДЫ

1. Проанализированы масштабы образования и накопления строительных отходов и существующие зарубежные и отечественные технологии их переработки и утилизации;
2. Дана характеристика оборудования для обогащения строительных отходов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рекомендации по обогащению отсевов дробления и разнопрочных каменных материалов. М.: ГосВСДНии, 2000 – 10с.
2. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные и электрические методы обогащения. М.: Недра, 1988 – 303с.
3. Загирняк М.В. Исследование, расчет и усовершенствование шкивных магнитных сепараторов. К.: ВИПОЛ, 1996 – 488с.
4. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1990 – 300с.
5. Надутый В.П., Лапшин Е.С. Вероятностные процессы вибрационной классификации минерального сырья. К.: Наукова думка, 2005 – 178с.