Положение с отходами производства выросло в огромную экологическую проблему, и необходимость ее решения обусловлена загрязнением окружающей среды и истощением природных ресурсов.
Технологические процессы производства строительных материалов сопровождаются образованием значительного количества пылевидных отходов, содержащих наряду с посторонними включениями, исходное сырье, которое может быть возвращено в производство. Извлечения посторонних включений позволяет, с одной стороны, снизить негативное воздействие отходов на окружающую среду, а с другой стороны обеспечить экономию минеральных природных ресурсов [44].
В Волгоградской области накоплено 1,657 млн. т. и ежегодно образуется 159 тыс. т. отходов производства щебня, содержащих щебень и глинистые частицы [75].
Сырьем для производства щебня (фракционного камня) служит горная масса. Добытый в карьере материал представляет собой смесь кусков различных размеров и формы. В горной массе находятся обычно различные примеси (ил, глина), содержание которых в товарном продукте недопустимо. Для того чтобы горную массу превратить в качественный материал, необходимо выполнить целый ряд технологических операций, основными из которых являются дробление и сортировка. [31].
По химическому составу породы состоят в основном из окиси кальция и окиси магния. Физико-механические свойства карбонатных пород характеризуются значительной неоднородностью. Плотность изменяется от 2,60 до 2,96 г/см
3
3
2
Технологический процесс производства щебня состоит в последовательном дроблении и сортировки. Дробильно-сортировочная установка состоит из следующих элементов: питателя пластинчатого ТК-15А-01; агрегата крупного дробления СМ-16Д; грохота сортировки; агрегата передвижного среднего дробления СМД-131А; агрегата сортировки передвижного СМД 174 [31].
Установка оснащена металлоискателем, семью конвейерами ленточными ТК. Из карьера сырье доставляется автосамосвалами КРАЗ, КАМАЗ и ссыпается в приемный бункер установки, оттуда питателем подается на дробление. Продукт дробления подается на грохот сортировки, где происходит рассев на фракции 0¸10мм, 10¸20 мм; 20¸70мм. Фракции 0¸10мм, 10¸20 транспортируются на склад. Фракция 20¸70 мм поступает на агрегат среднего дробления СМД -131 А. На этом агрегате происходит дробление на фракции 20¸40 мм, 40¸70мм. Раздробленная порода подается на агрегат сортировки СМД-174. После сортировки фракции 20¸40 мм, 40¸70мм подаются на склад [2123]. Схема производства щебня представлена на рис. 1.1. [21].
Отсевы карбонатной породы, образующиеся после грохочения, отбираются и отдаются в лабораторию на анализ на содержание пылеватых и глинистых частиц. Как правило, содержание пылеватых и глинистых частиц превышает 3% по массе, следовательно, такое сырье не пригодно для производства щебня [79, 80] и направляется в отвал. Отсевы щебня складируются в карьерах, засоряя огромные территории, в то время, как отделение щебня от глинистых позволило сократить воздействие пылевидных отходов на окружающую среду, вернув их в производство.
Анализ существующих методов разделения пылевидных отходов различных производств для вторичного использования
Анализ технологических процессов позволил определить, что в производстве щебня образуются пылевидные отходы, содержащие, наряду с исходным продуктом и посторонние включения, которые не позволяют их повторно использовать в производстве. Для снижения антропогенного воздействия на окружающую среду и сохранения минеральных ресурсов необходимо снизить количество образующихся пылевидных отходов посредством совершенствования системы их разделения.
В настоящее время для отделения твердых частиц применяются различные методы сепарации, в том числе магнитная, акустическая, электростатическая сепарация, разделение под действием гравитационных сил, центробежных сил, а также разделение по аэродинамическим свойствам пыли. В данной работе рассматриваются только сухие методы, поскольку применение мокрых методов сепарации делает невозможным или слишком сложным и дорогостоящим использование отделенных компонентов в производстве и промышленности строительных материалов.
Магнитная сепарация сыпучих материалов. Магнитные сепараторы это многоцелевые системы, предназначенные для отделения магнитных примесей от немагнитных [36]. Различают магнитные сепараторы, использующие в своей работе постоянные магниты и электромагниты.
Магнитные сепараторы для сыпучих веществ обычно устанавливаются в трубопровод, по которому транспортируется сыпучий продукт. Сепараторы такого типа предназначены для удаления из сыпучих материалов случайно попавших железосодержащих примесей, при их небольших количествах. Магнитные системы генерируют неоднородное магнитное поле, которое отделяет и удерживает магнитные примеси на поверхности магнитных труб. Магнитный сепаратор необходимо периодически очищать от накопленных магнитных примесей. Это может производиться вручную, полуавтоматически и автоматически в зависимости от типа сепаратора.
В настоящее время используются следующие основные типы сепараторов на постоянных магнитах: барабанные сепараторы, плоские магнитные сепараторы, магнитные сепараторы из системы выдвижных решеток [36].
Существует большое разнообразие конструкций магнитных сепараторов [36]. Магнитный способ сепарации достигает большой эффективности в основном за счет интенсивной магнитной коагуляции, образуя агрегаты ферромагнитных частиц. Однако, во-первых, магнитная сепарация не позволяет разделять пылевидные отходы на фракции, а во-вторых, она применима только для отделения частиц, обладающих магнитными свойствами.
Сепарация в акустическом поле. В последние годы разделение пылегазовых потоков проводят с помощью акустических полей. Акустическая коагуляция осуществляется при воздействии на запыленный газ упругих колебаний звуковой и ультразвуковой частоты. Эти колебания вызывают вибрацию пыли, в результате чего растет число их столкновений. Процесс коагуляции происходит при силе звука не менее145150 децибел и частоте 250кГц [32]. Скорость пылегазового потока не должна превышать при этом величины критической скорости, определяемой силами сцепления в данной неоднородной системе. Кроме того, концентрация дисперсной фазы должна быть в пределах 0,2230 г/м
3
Сепарация в электрическом поле. Сепарация в электрическом поле основана на том, что при поступлении пылевоздушной смеси в неоднородное электрическое поле в местах с большим напряжением образуются ионы, которые движутся в направлении осадительного электрода под воздействием сил поля [32, 84]. При движении эти ионы поглощаются частицами пыли, увеличивая их заряд. Заряженные частицы будут продолжать двигаться к осадительному электроду и оседать на нем. Учитывая, что частицы могут получать большие заряды, несмотря на малую массу, то и силы электрического поля намного больше инерционных и гравитационных. Но электрическая сепарация эффективна для частиц менее 10 мкм [32].
Конструкции и методы аэродинамического разделения сыпучих материалов на фракции. По способу перевода частиц в подвижное состояние различают механические (сита, грохоты, вибросепараторы) и аэродинамические классификаторы [7,11,12,22,27,29,31,35,4043,50-52,57,60].