Металлургия вторичных драгоценных металлов

Доля вторичного металлосодержащего сырья в мировом производстве металлов быстро и неуклонно растет. Приоритетным направлением представляется переработка сырья, содержащего драгоценные металлы. Содержание драгоценных металлов во вторичном сырье значительно превышает содержание его в руде. Однако важно и то, что себестоимость производства драгоценных металлов из вторичного сырья на порядок ниже, чем при производстве его из рудного сырья.

Широкое использование драгоценных металлов в промышленности, создание новых материалов и технологий способствуют качественному и количественному изменению состава вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы.

1. Классификация отходов, содержащих драгоценные металлы

Большое количество видов отходов и, как следствие, разнообразие технологий их переработки, как вторичного сырья, диктуют необходимость четкой их классификации.

Лом и отходы, содержащие драгоценные металлы и их сплавы (ДМ и С) подразделяются по наименованиям металлов; по физическим признакам – на классы; по химическому составу – на группы; по показателям качества на сорта.

Класс — единица классификационного деления, определяющая лом и отходы ДМ и их сплавов по физическим признакам.

Группа — единица классификационного деления, определяющая совокупность марок ДМ и сплавов, объединённых по механическим и (или) по технологическим свойствам и близких по химическому составу. Группами лома и отходов являются: марки золота, серебра, платины, МПГ, сплавы серебро-золото, серебро-палладий и т.д.

Сорт — единица классификационного деления, характеризующая лом и отходы ДМ и их сплавов по видам засорённости и крупности.

По способу использования отходы делят на текущие, оборотные, отвальные и безвозвратные потери.

Текущие отходы образуются на предприятиях в процессе производства.

Оборотные отходы используются на предприятиях, где они образуются.

Безвозвратные потери — это отходы ДМ и их сплавов, образующиеся при истирании, чистовой механической обработке, угаре металлов, несобранные отходы, а также ДМ, используемые в виде красок, лекарственных препаратов и т.п.

По физическим признакам отходы подразделяются:

• Отвальные отходы — это отходы ДМ и их сплавов, образующиеся на предприятиях в процессе производства, дальнейшая переработка которых существующими технологиями экономически не целесообразна.
• Взрывоопасные — отходы, в которых имеются взрывчатые и легковоспламеняющиеся вещества, герметически закрытые и полые предметы (изделия), конструкции, содержащие лёд, влагу и другие
• жидкости, а также лом и отходы, не прошедшие пиротехнический контроль.
• Обезвреженные — лом и отходы ДМ и их сплавов, очищенные от взрывоопасных веществ, источников радиоактивности, ядовитых и вредных веществ.
• Габаритные — отходы, габариты которых соответствуют требованиям загрузки обогатительного и металлургических оборудования.
• Негабаритные — отходы, габариты, которых не соответствуют требованиям загрузки обогатительного и металлургических оборудования.
• Легковесные — отходы с низкой объёмной плотностью (фольга, стружка и т.п.).
• Порошкообразные – отходы ДМ и их сплавов в виде порошка, образующиеся в процессе производства.

Классы в зависимости от химического состава делятся на группы. В зависимости от вида металла количество групп различно; каждая первая группа представляет собой технически чистый металл, а каждая последняя — отходы низкокачественные. Каждую группу подразделяют на сорта, характеризующие качественные признаки лома и отходов: содержание металла, степень разделки, габариты, засоренность, табл. 1.

К первому сорту относятся наиболее качественные лом и отходы, не требующие дополнительной подготовки для металлургического передела. Отходы первого сорта поставляют сортированные по маркам сплавов, а при возможности их пакетирования — в пакетах или же в пачках или стопках.

Второй сорт — отходы, состоящие из сплавов одной группы или марки, но засоренность, у которых выше, чем в первом сорте.

Третий сорт — отходы, поставляемые по группам сплавов, имеют засоренность черными или цветными металлами больше, чем во втором сорте.

Правильная классификация вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы (ВСДМ) дает ключевую информацию, на основании которой можно рационально и обоснованно подходить к выбору конкретной технологии по его переработке. Из-за многочисленности видов сырья строго решить эту задачу едва ли возможно, поэтому сосуществуют многие вариации подходов, позволяющие решать разные задачи. Например, простейшая классификация — деление ВСДМ на две группы: традиционное и нетрадиционное сырье. В некоторых случаях предлагается классифицировать ВСДМ по составу основы — металлы, пластмассы, керамика, комбинации материалов. По физическим признакам — твердые, компактные, сыпучие, жидкие; по элементному составу. По сферам производства — лом ювелирных изделий, отходы бытовые, электронной, химической промышленности. По содержанию — бедное (материалы с неметаллическими носителями, содержащие менее 1 % Au, 5 % Ag, 2 % МПГ) пли богатое — концентраты и золы.

Таблица 1 – Классификация отходов, содержащих драгоценные металлы

Металл	Класс	Группа	Сорт
Золото и его сплавы	А — лом и отходы в виде частиц размером не менее 1 мм;	I…V	1…3
	Б – лом и отходы в виде тонкого листа, гальванических покрытий, напылений, тонкой проволоки, мелких частиц размером менее 1 мм;	VI, VII I	1, 2 1, 2
	Г – прочие отходы.	II —	1…3 1…3
Серебро и его сплавы	А — лом и отходы в виде частиц размером не менее 1 мм;	I…III	1, 2
	Б – лом и отходы в виде тонкого листа, гальванических покрытий, напылений, тонкой проволоки, мелких частиц размером менее 1 мм;	I	1, 2
	Г – прочие отходы.	II —	1…3 1…3
Платина, металлы платиновой группы (МПГ) и их сплавы	А- лом и отходы в виде частиц размером не менее 1 мм;	1	1…3
	Б – лом и отходы в виде тонкого листа, гальванических покрытий, напылений, тонкой проволоки, мелких частиц размером менее 1 мм;	II…VII I…VII	1, 2 1, 2
	Г – прочие отходы.	—	1…3

Отнесение отходов к какой-либо классификационной группе требует опробования сырья, которое включает комплекс операций по отбору и подготовке пробы для определения засоренности, металлургического выхода и химического состава.

2. Опробование отходов, содержащих драгоценные металлы

Одной из основных трудностей при производстве драгоценных металлов из вторичного сырья, особенно многокомпонентного (радиоэлектротехники), является отсутствие системы сертификации. Такого вида сырье не подчиняется нормальному закону распределения, т.е. драгоценные металлы неравномерно распределены в общей массе, анализируемой партии отходов. В практической сертификации главной проблемой является процедура получения достоверной пробы и ее подготовка. Общая величина ошибки состоит из ошибок при пробоотборе, пробоподготовке и химическом анализе. Однако, зачастую ошибки пробоотборе и пробоподготоки во много раз превышают ошибку при анализе.

Одинаковые виды отходов могут образоваться на различных предприятиях и в разных количествах, причем масса отходов, поступающих с различных предприятий-поставщиков, может колебаться от нескольких граммов до нескольких тонн. Если при этом учесть необходимость строгого учета и финансовых расчетов потребителя с поставщиком за находящееся в сырье количество ДМ, то становится очевидной особенность металлургии вторичной ДМ, заключающаяся в необходимости достоверных знаний по содержанию драгоценных металлов в поставленной партии отходов. Опробование выполняют для точного определения количества ДМ в поступившем сырье, чтобы рассчитаться с поставщиком; вести строгий учет и контроль сохранности ДМ; выбрать наилучший метод их переработки.

Когда опробование не дает положительного результата при сертификации многокомпонентного сырья, не подчиняющегося нормальному распределению, то возможно два пути решения этой проблемы:

• первичная переработка сырья проводится без его сертификации. При этом партия сырья в присутствии поставщика помещается в обжиговую печь. Горючие компоненты (органика, краска, дерево, ткани и т.п.) удаляются при сгорании, а металлические и керамические компоненты гомогенизируются, после чего проводится пробоотбор;
• предварительно проводится сортировка и классификация отходов по заранее заданным физическим признакам, по классам (реле определенной серии, микросборки, микросхемы, разъемы, вакуумные приборы, транзисторы и т.п.). После сортировки по классам отбирают исходную пробу, которая должна составлять не менее 5 % от массы партии.

Все сыпучие неметаллические отходы подвергают сушке в электрических печах в течение нескольких часов для удаления влаги и органических веществ. От высушенного и охлажденного сырья отбирают пробу на механическом пробоотборнике или вручную в зависимости от массы и физического вида партии. Далее, основную пробу подвергают измельчению, перемешиванию и отбору промежуточной пробы. Промежуточную пробу также измельчают, перемешивают и от нее отбирают три лабораторные пробы — основную, контрольную и арбитражную. На анализ отправляют все основные и до 10% контрольных проб. Арбитражные пробы хранят 6 месяцев. Следует отметить, что приведенная процедура отбора проб пригодна при условии, что ДМ равномерно распределены в объеме анализируемой партии отходов, т.е. распределение подчиняется нормальному закону. Так как в большинстве случаев ДМ в ломе не подчиняется нормальному закону распределения, то в этом случае анализируемую партию необходимо перевести в однородную массу (дробление, измельчение, истирание и т.п.). Эта операция дает хорошие результаты при опробовании шлака, шлама и т.п., но совсем не пригодна при анализе на содержание ДМ в ломе, в особенности многокомпонентного, рис. 1. Приведение такого многокомпонентного лома в однородную массу даст возможность выполнить достоверный анализ данной партии лома, но практически исключает его обогащение, т.е. решение главной задачи — получение ДМ в чистом виде.

В таких случаях опробование отходов осуществляется методом приемной плавки. Опробуемый материал плавят в тигле, затем разливают расплав и отбирают головную пробу в виде слитка. С поверхности слитков удаляют шлак, который тоже проходит опробование, с получением промежуточной пробы. Промежуточную пробу, в виде стружки полученную путем сверления слитка, делят на основную, контрольную и арбитражную.

Рисунок 1 – Лом радио- и электротехнической аппаратуры

Под засоренностью понимают наличие механических примесей (включая влагу и масло) в ломе и отходах, под металлургическим выходом — выход ДМ или их сплавов в процентах при плавке шихтовых материалов. Лом может иметь приделки, т.е. детали из железа, неметаллического материала, а также цветных металлов и их сплавов. Эффективность использования вторичного сырья тесно связана с его подготовкой и переработкой, тем более что свыше 60 % заготавливаемых лома и отходов ДМ сдается как низкокачественное сырье. Для получения качественных металлов и сплавов оно должно быть

подвергнуто первичной обработке, под которой понимают операции по контролю на взрывобезопасность и радиационный контроль, а также совокупность процессов сортировки, разделки и приведения лома и отходов к соответствующей массе и размерам.

3. Подготовка отходов, содержащих драгоценные металлы, к металлургическому переделу

По своим физическим и химическим свойствам многокомпонентный электронный лом не может направляться в металлургическую плавку без предварительной механической обработки с целью выделения отдельных компонентов (или группы компонентов). Механические методы переработки основаны на использовании различных физических свойств его компонентов. Химических превращений материалов при этом не происходит. Для получения концентратов материалов обычно требуется несколько перечисток, а часто и комбинации различных методов обогащения. При этом следует отметить, что из-за специфики отходов, в большинстве случаев, применение классического обогатительного оборудования невозможно или экономически не целесообразно.

Результаты сепарации отходов на компоненты зависят от таких факторов, как:

• состав и физические свойства материалов;
• крупность и форма ценных материалов, составляющих лом и отходы, непосредственно влияющих на крупность измельчения лома;
• выбор способов переработки (по внешним свойствам, разнице в плотности, трении, магнитных и электрических свойствах, свариваемости и пр.);
• взаимопроникновение материалов (особенно металлов), что определяет возможность получения механической смеси — концентрата.

По аналогии с рудами цветных металлов многокомпонентные отходы можно разделить на 3 группы по обогатимости:

1. легко сепарируемые, из которых экономически выгодно получить ценные компоненты различными способами и с достаточно высокими уровнями концентрации и последующим извлечением ДМ (волноводы, микросхемы, транзисторы, разъемы, волноводы, покрытые золотом, палладием или серебром), рис. 2;
2. трудно сепарируемые, из которых экономически выгодно могут быть выделены ценные металлы только в комбинации механических, химических и других методов переработки (лом электронного оборудования);
3. не сепарируемые, из которых невозможно выделить ценный материал (металл, сплавы цветных металлов) любыми механическими способами. В этом случае металлы могут быть выделены химическими способами, например, растворением (выщелачиванием) металлов с последующим осаждением в виде осадков.

а)                                                                                                                       б)

в)

а) лом РЭА – волноводы; б) лом — торпедный аккумулятор (Ǿ- 530 мм); в) ракетный лом.

Рисунок 2 – Легко сепарируемые элементы (изделия)

В качестве технологических показателей различных схем разделения используют основные технологические показатели обогащения: извлечение металла в концентрат, содержание металла в концентрате, выход концентрата и степень концентрации. Рассмотрим краткие сведения об основных способах обогащения и оборудовании, в котором они осуществляются.

Фрагментирование, дробление и измельчение.

Эффективность работы различных устройств обогащения тем выше, чем на более мелкие фрагменты раздроблено исходное сырье. Однако следует отметить, что процесс дробления наиболее энергетически затратный из всех операций процессов обогащения. Поэтому в обогатительной практике действует правило: не дроби лишнего. При переизмельчении сырья не только расходуется дополнительно энергия, и растут эксплуатационные затраты, но и возникают значительные трудности при обогащении мелких фракций.

Основная масса лома и отходов подвергается разделке специальными агрегатами (механизмами) – фрагментаторами, т.е. оборудование для разделения лома или отходов как целого на части (фрагменты), рис. 3.

Рисунок 3 – Элементы фрагментатора (роторы)

Применение того или иного способа фрагментирования определяется физико-химическими характеристиками перерабатываемых отходов и наиболее часто осуществляется при помощи резки: огневой, ножничной, пилами, а также специальными разрывными устройствами.

Резка отходов огневыми методами сопровождается большими потерями металла, имеет низкую производительность и относится к работам повышенной опасности. Она применяется, в основном, для фрагментирования крупногабаритных отходов (теплообменники, силовые блоки и т.п.) при таких объёмах переработки, когда применение других методов экономически нецелесообразно.

В зависимости от применяемой аппаратуры огневая резка делится на следующие виды: кислородно-керосиновая, кислородно-газовая, электродуговая, плазменная.

Кислородно-керосиновая резка осуществляется с использованием жидкого горючего – керосина и кислорода. Основные элементы аппаратуры для кислородно-керосиновой резки: резак, баллон с жидким горючим, баллон для кислорода, гибкие шланги, редуктор и манометр.

При газовой резке используют специальные аппараты, в которых в качестве горючего используют смесь газа (природный газ, пропан-бутан, метан и др.) с кислородом.

Производительность электродуговой резки металла в 3…5 раз выше газовой резки, однако, потери металла из-за окисления резко возрастают. Получили распространение следующие виды электродуговой резки металлов: дуговая резка металлическим или угольным (графитовым) электродом, кислородно — (воздушно) дуговая резка и резка с использованием инертного газа. При кислородно — (воздушно) дуговой резке металл расплавляют электрической дугой и одновременно выдувают жидкий металл сжатым воздухом. Для ускорения процесса расплавления и окисления (сгорания) металла при дуговой резке применяют кислород, который одновременно интенсивно окисляет и удаляет расплавленный металл из зоны резки. При дуговой резке металлическим электродом разрезаемый металл в месте реза расплавляется электрической дугой при максимальном токе. Металлическим электродом можно резать цветные металлы с использованием источников постоянного и переменного тока. При использовании угольного (графитового) электрода применяют источники постоянного тока.

Одной из разновидностей огневой резки является резка с использованием низкотемпературной плазмы. Плазма — ионизированный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность). Для получения низкотемпературной плазмы применяются высокочастотные и дуговые плазматроны — плазменные генераторы. В высокочастотных плазматронах (мощность до 1 МВт) плазмообразующее вещество нагревается в разрядной камере (обычно вихревыми токами). В дуговых плазматронах (мощность от 100 Вт до 10 МВт) плазмообразующее вещество нагревается, проходя через сжатую электрическую дугу с высокой концентрацией энергии.

В современной технике используют две схемы плазмообразования: дуга прямого действия, возбуждаемая на разрезаемом металле, который является одним из электродов; дуга косвенного (независимого) действия, возбуждаемая между электродами независимо от обрабатываемого материала, рис. 4.

а)                                                                                              б)

Рисунок 4 – Схема работы плазматрона с дугой прямого — а) косвенного б) (независимого) действия

Для более полного использования энергии дугового разряда целесообразно применять плазменную дугу, которая отличается высокой стабильностью и может достигать большой длины. Плазменную дугу наиболее целесообразно применять при резке отходов, имеющих сплошное сечение без полостей и промежутков. При наличии воздушных зазоров процесс резания нестабилен, что приводит к значительному расходу катодных вставок плазматрона.

В настоящее время используются плазматроны с так называемыми пленочными катодами, которые реализуют схему плазменной дуги со стабилизацией. Пленочные катоды гильзового типа имеют вставку из металла, который под действием высоких температур образует на поверхности тонкую тугоплавкую пленку оксидов или нитридов. Эта пленка защищает материал катода от испарения и дальнейшего окисления. Способностью образовывать пленку на катоде обладают такие металлы как цирконий и гафний.

Механическая резка отходов осуществляется на ножницах с параллельными и наклонными ножами (гильотинные, аллигаторные ножницы, пресс-ножницы и т.п.). Механическая резка сокращает габаритные размеры отходов для увеличения их насыпной массы. Это позволяет повысить нагрузку на транспортные средства, сократить время загрузки металлургических печей, т.е. сокращение времени плавления отходов и, как следствие, повышение производительности труда. Резка отходов ножницами позволяет уменьшить степень сокращения при операциях дробления, что увеличивает производительность оборудования дробления и его эффективность.

Аллигаторные ножницы. Для резки отходов применяют аллигаторные ножницы с автоматическим режимом работы.

В аллигаторных ножницах материал для резания помещают в пространство между неподвижным и подвижным ножами, рис. 5.

Рисунок 5 – Аллигаторные ножницы фирмы «Хеншель», Германия

Подвижный нож приводится в движение гидроцилиндром или электродвигателем через редуктор и муфту, которая предохраняет механизм от поломок. Кроме того, в ступице большой шестерни вмонтирована муфта включения, управление которой производится ножной педалью. Для удержания подвижного ножа в верхнем положении конструкцией ножниц предусмотрен тормоз периодического действия. Разработаны пневматические ручные аллигаторные ножницы, рис. 6.

а)                                                                                                      б)

а) – демонтаж штепсельных разъемов (ШР); б) – готовый продукт после разделки ШР аллигаторными ножницами.

Рисунок 6 – Ручные аллигаторные ножницы пневматические (Россия)

 

Гильотинные ножницы. Различают два типа гильотинных ножниц: без предварительного прессования отходов (рис. 7) и с устройством предварительного прессования – пресс-ножницы.

1 – бункер, 2 – загрузочный желоб, 3 – гидравлический толкатель, 4 – камера предварительного сжатия, 5 – гидравлический прижим, 6 – верхний нож, 7 — нижний нож.

Рисунок 7 – Гидравлические ножницы Н-2338 (гильотинные)

Однако такого типа оборудование в настоящее время интенсивно вытесняется в отечественной и зарубежной практике фрагментирования отходов ножницами с предварительной подпрессовкой и с автоматической подачей отходов в зону реза. Это резко увеличивает производительность труда, дает стабильные гарантированные размеры фрагментированных отходов и исключает ручной труд.

Пресс-ножницы широко применяются для фрагментирования различных видов негабаритных отходов: высечки, емкостей, теплообменников и т.п., рис. 8.

Рисунок 8 – Гильотинные пресс-ножницы фирмы «Линдеманн», Германия

Гильотинные пресс-ножницы состоят из загрузочной камеры прямоугольного сечения, гидроцилиндров, маслостанции, электрических шкафов и пульта управления. Внутри камеры двумя гидроцилиндрами перемешается механизм поперечной подпрессовки, совершающий качательные движения в горизонтальной плоскости и механизм подачи подпрессованных отходов под нож.

Роторные ножницы являются разновидностью фрагментаторов ножевого типа. Фрагментирование отходов цветных металлов осуществляется между двумя (тремя) вращающимися роторами, состоящими из роторов, на которые установлены диски специальной формы, рис. 9.

Известны также фрагментаторы с двумя вращающимися навстречу друг другу роторами с дисковыми ножами, между которыми установлен неподвижный вал с дисками. Роторные ножницы работают с малыми оборотами (до 60 мин^-1), что сокращает до минимума шум, выделение пыли, опасность получения травм от вылетающих из

агрегата кусков разрезаемого материала, необходимость строительства дорогостоящих фундаментов. Особенностью работы роторных ножниц является применение приводов, способных работать на «упор», например, гидравлических.

а)                                                                                                                  б)

а) – фрагментатор в сборе (верхняя крышка снята); б) – фрагментатор с двумя роторами и одним неподвижным валом.

Рисунок 9 – Роторные фрагментаторы

При таком режиме процесс резания прекращается при достижении предварительно заданных предельных усилий. Работа на «упор» является необходимым условием для защиты роторных ножниц от поломок при попадании в них недробимых предметов.

Резка пилами. Для приведения в габаритное состояние отходов в виде блоков, стоек и толстостенных изделий, переработка которых неэффективна на ножницах из-за их малого количества и больших габаритов, применяют резку пилами. В зависимости от вида режущего инструмента различают пилы дисковые, ножовочные и ленточные. Дисковые пилы бывают двух типов: с подвижным диском (салазковые и маятниковые) и стационарно установленным диском (рис. 10).

У салазковых пил привод диска расположен на подвижной раме с направляющими салазками. Жесткость направляющих станины и самих салазок исключает боковое биение диска, что является особенностью работы этих пил.

а – салазковые, б – маятниковые, в – стационарные.

Рисунок 10 – Схемы резания отходов дисковыми пилами

У маятниковых дисковых пил привод диска расположен на раме-маятнике, которая совершает качательные движения. В салазковых и маятниковых пилах отходы неподвижно крепятся на столе, а вращающийся диск пилы подается на разрезаемые отходы.

На пилах со стационарно установленным диском при резке отходов их подают на вращающийся диск пилы.

Ленточные пилы (рис. 11) широко применяются при переработки печатных плат, для отделения разъемов на платах, содержащих золото, серебро или палладий.

Для отделения элементов навесного монтажа с печатных плат широко применяется пневматический инструмент – пневмофрезы и пнемозубила, рис. 12

1-печатная плата с навесными элементами и разъемом с ДМ; 2-лента пилы; 3-регулятор амплитуды пилы

Рисунок 11 — Ленточная пила для отрезания разъемов с печатных плат

а)                                                                                                               б)

в)

а), б) — рабочее место для «сбривания» навесных элементов с платы; в) — процесс «сбривания» с платы навесных элементов

Рисунок 12 — Технологический процесс «сбривания» навесных элементов с использованием пневмозубила

3.1 Дробление и измельчение

Процессы сортировки требуют обязательного разрыва связей между компонентами отходов с целью получения механической смеси, которую можно затем разделить (сепарировать) известными способами на металлы, сплавы, неметаллы или какие-либо их комбинации по заранее заданной программе. В технологических операциях переработки лома и отходов цветных металлов разрыв связей осуществляется дроблением или (и) измельчением.

Для дробления отходов цветных металлов используют следующие типы дробилок:

• щековые;
• молотковые, с различными типами роторов и формой молотков;
• ножевые;
• мельницы;
• специальные.

Принципы разрушения лома и отходов аналогичны, как и при разрушении руды — раздавливание, раскалывание, излом, срезание, истирание, удар.

Однако в механизмах для дробления лома и отходов имеются довольно много отличий от механизмов для рудного сырья.

Интенсивность и эффективность многих технологических процессов возрастает с уменьшением размеров перерабатываемого материала. Процессы сортировки требуют обязательного измельчения отходов, которые разрушают механические соединения элементов (деталей). При дроблении получают механическую смесь, которую можно сепарировать известными способами на металлы, сплавы, неметаллы или какие-либо их комбинации, используя различные физические свойства дробленого материала (магнитные, слабомагнитные, немагнитные, материалы различной плотности, электропроводные, неэлектропроводные и др.).

Молотковые дробилки. Разрушение отходов в молотковых дробилках происходит за счёт ударного воздействия на матер иал подвижных (молотки) и неподвижных (дробильный брус, колосники) рабочих элементов дробилки.

Молотковые дробилки широко применяются на предприятиях для дробления кусковых отходов, стружки, лома кабельных изделий и т.п. В зависимости от назначения молотковые дробилки условно можно разделить на дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления.

Дробилки крупного дробления имеют мощность привода более 400 кВт. Крупность исходного сырья достигает размеров 600×600×1200 мм, отверстия в колосниковой решетке имеют размеры более 100×100 мм. У молотковых дробилок среднего дробления мощность привода составляет 100…400 кВт. Крупность исходного сырья не превышает размеров 600×300×300 мм. Зазоры колосниковой решетки, измеренные в направлении вращения ротора обычно изменяются от 20 до 80 мм.

Молотковые дробилки мелкого дробления имеют мощность привода менее 100 кВт. Крупность исходного сырья обычно не превышает размеров 100×100×200 мм. Максимальные размеры продуктов дробления обычно менее 30 мм.

Молотковые дробилки крупного дробления (рис. 13) применяют на предприятиях, перерабатывающих габаритные отходы деформируемых и литейных сплавов.

В мировой практике при дроблении габаритных отходов для принудительной подачи лома в зону дробления используют устройства двух типов:

• валкового;
• пластинчатого (тракового).

В конструкциях дробилок используют два варианта исполнения ротора. С точки зрения прочностных характеристик, то оптимальным для дробления габаритного лома является сплошной ротор со свободно подвешенными молотками и с принудительной подачей лома в зону дробления. При этом молотки должны иметь возможность при ударе утапливаться в углубления ротора.

Применение крестообразного ротора («Хаммермилс» -США, «Беккер» -ФРГ) показало, что эксплуатация такого типа дробилок при дроблении габаритного лома наблюдается низкая эксплуатационная надежность молотков и решёток, а также запредельная вибрация агрегата в целом.

Это связано с тем, что при крестообразном роторе молотки на дробильном брусе имеют возможность “откусить” и поместить в межкрестовое пространство большие фрагменты лома, которые ротором увлекаются вниз, а затем центробежной силой выталкивается на периферию к решётке, например, рис. 14.

а) — дробилка в рабочем положении; б) — дробилка в ремонтном положении; 1 – электропривод; 2 – турбомуфта; 3 – редуктор; 4 – карданный вал; 5 – корпус дробилки; 6 – гидровыталкиватели осей молотков; 7 – ротор дробилки с молотками.

Рисунок 13 – Молотковая дробилка крупного дробления («ДМАЛ» — дробилка молотковая алюминиевого лома)

1 – ротор, 2 – молоток-фреза, 3 – ось молотка, 4 – заслонка для удаления недробимых предметов

Рисунок 14 – Молотковая дробилка фирмы «Беккер» (Германия)

В этой ситуации создается режим расклинивания откушенного фрагмента лома между ротором и решёткой, при этом значительно возрастают нагрузки на ротор и, как следствие, рост амплитуды вибрации. Это связано с тем, что энергия на разрушение «большого» куска лома соизмерима или больше энергии, запасенной не только в молотке, а и в роторе в целом. При этом наблюдается повышенный износ молотков и решёток.

С учетом изучения конструкций отечественных и зарубежных дробильных агрегатов и 30-летнего опыта эксплуатации дробилок на различных видах отходов в ДонИЦМ (г. Донецк, Украина) разработали дробильную установку «АДЗА 1750×1600» (рис. 15). Производительность дробилки составляет 6…10 т/час при дроблении отходов, деформируемых и литейных алюминиевых сплавов. Диаметр ротора равен 1750 мм, длина рабочей части ротора – 1630 мм.

а)

б)

а) — схема работы установки; б) — дробильная установка, сборка 

1 – подающие валки, 2 – дробильный брус, 3 – молоток, 4- нижняя решётка, 5 – зона разгрузки, 6- шторка для удаления недробимых материалов, 7 – верхняя решётка, 8 – корпус, 9 – камера витания

Рисунок 15 – Дробильная установка «АДЗА-1750×1600»

Дробление отходов цветных металлов происходит следующим образом. Исходное сырье загружают пластинчатым конвейером в приемный наклонный желоб, из которого оно подающим устройством захватывается, уплотняется в вертикальном положении и с регламентированной скоростью принудительно подается в дробилку. В зависимости от тока нагрузки привода ротора дробилки скорость подачи сырья регулируется. Подаваемое сырье разрушается («откусывается»») ударами молотков и увлекается к нижней разгрузочной решетке.

Молотковая дробилка крупного дробления фирмы «Хаммермилс» по своему назначению и принципу разрушения отходов аналогична дробилке «Бекер», но имеет некоторые конструктивные отличия (рис. 16).

 

1 – подающий жёлоб, 2 – прижимное подающее траковое устройство, 3 – ротор, 4 – дробильный брус

Рисунок 16 – Молотковая дробилка «Хаммермилс», США

Подающее устройство состоит из наклонного желоба, под которым расположен пластинчатый конвейер. С помощью конвейера лом подается в зону дробления со скоростью в функции нагрузки на привод ротора дробилки. Ротор дробилки имеет вид крестовины.

Дробильный брус в форме гребенчатой балки опирается концами на корпус дробилки. Ротор дробилки приводится во вращение электродвигателем мощностью 1120 кВт. Окружная скорость молотков равна 73,4 м/сек. Производительность дробилки составляет 10…15 т/час при дроблении деформируемых (меньшее число) и литейных алюминиевых сплавов.

Сырье загружается пластинчатым конвейером. Аналогично дробилке «Беккер» ротор имеет крестообразную форму, но молотки имеют форму колец с зубьями, внутренний диаметр колец молотков примерно в пять раз больше диаметра оси, на которой они находятся. В дробилках вышеописанных конструкций диаметр отверстий молотков на 3…5 мм больше диаметра осей, т.е. превышает диаметр оси не более чем на 10 %. Устройство для удаления недробимых предметов выполнено аналогично дробилке «Беккер». Ротор дробилки приводится в движение через гидромуфту электродвигателем мощностью 1000 кВт. Окружная скорость молотков составляет 78,1 м/с. Производительность дробилки составляет 8…12 т/час при дроблении отходов деформируемых и литейных сплавов.

Молотковые дробилки среднего дробления применяются при дроблении стружки, легковесных отходов цветных металлов, бытового лома, радиаторов двигателей внутреннего сгорания, трубчатых конструкций, намоточных устройств, электрических машин малой мощности, лома и отходов кабельных изделий, элементов радиоаппаратуры и т.п.

Молотковая дробилка среднего дробления СМД-135 состоит из сварного корпуса и крышки, ротора с шарнирно подвешенными кольцевыми молотками, колосниковой решетки, приемной камеры, шторки, ловушки для недробимых предметов (рис. 17). Дробилка СМД-135 по принципы действия аналогична дробилке «Хаммермилс», но в этой дробилке отсутствует механизм принудительной подачи исходного сырья в зоны дробления и гребенчатого дробильного бруса. Основное отличие дробления в СМД-135 от дробления в «Хаммермилс», то, что сырье в СМД-135 подается «навалом», а в «Хаммермилс» — принудительно.

Отходы цветных металлов в СМД-135 загружаются «навалом» через люк приемной камеры и ротором увлекаются к колосниковой решетке. Разрушение происходит ударами молотков, а также при ударе отходов о броневые плиты или срезанием между элементами колосниковой решетки и молотками. Недробимые предметы выбрасываются в приемную камеру, отражаются от её верхней крышки, установленной под углом к траектории движения куска, отклоняют шторку и попадают в ловушку для недробимых предметов.

Основные технические данные дробилки СМД-135: Диаметр ротора, мм 1250

Длина ротора, мм 1600

Окружная скорость молотков, м/с 33

Установленная мощность, кВт 250

Производительность при дроблении стружки, т/час 3

Габаритные размеры без привода, м 3,0×3,1×5,0

1 –корпус, 2 – ротор, 3 – молотки – фрезы, 4 – шторка для выброса недробимых предметов, 5 – решётка

Рисунок 17 – Молотковая дробилка среднего дробления СМД-135

Молотковая дробилка среднего дробления СМД-146 (рис. 18) конструктивно выполнена следующим образом.

1 – корпус, 2 – ротор, 3 – молоток, 4 – дробильный брус, 5 – решетка

Рисунок 18 – Молотковая дробилка СМД-146

Корпус дробилки служит опорой для всех узлов и представляет собой разъемную в горизонтальной плоскости сварную конструкцию. Внутри корпуса дробилки установлены футерованные плиты. Передняя стенка верхней части корпуса изогнута по кривой, приближающейся к логарифмической спирали, и вместе с футерованной плитой образует неподвижную отражательную плиту. Верхняя часть корпуса дробилки со стороны передней стенки, имея шарнирное соединение с нижней частью корпуса, легко опрокидывается и открывает доступ к ротору для смены изношенных молотков.

Корпус снабжен люками для монтажа и замены колосниковых решеток. Ротор собран из отдельных дисков, закрепленных на валу шпонкой. Между дисками на осях шарнирно в шахматном порядке подвешены молотки. Дробильный брус представляет собой балку и помещён под броневые плиты в гнездах станины. Рабочая поверхность дробильного бруса предохранена от износа футеровкой. Для регулирования величины зазора между молотками ротора и дробильным брусом последний перемещается в горизонтальном направлении. Колосниковая решетка представляет собой сварной каркас, внутри которого на боковых стенках имеются пазы. В пазы вставляют концами колосники. Между колосниками расположены дистанционные вставки, определяющие величину зазора. Каждая колосниковая решетка крепится на двух поперечных стержнях к боковым стенкам станины. Решетка имеет опорные катки для выдвижения ее из корпуса при замене колосников. Положение колосниковых решеток внутри станины регулируется. Ротор дробилки приводится во вращение через клиноременную передачу электродвигателем мощностью 132,5 кВт. Окружная скорость молотков составляет 39,25 м/с.

Отходы (бытовой и мелкокусковой лом) непрерывным потоком подаются в дробилку сверху через загрузочное окно. Ударами молотков отходы дробятся (разбиваются, комкаются) и отбрасываются на отбойную плиту, на которой дополнительно измельчаются. Дальнейшее дробление отходов осуществляется между дробильным брусом, колосниками и молотками. Разгрузка дробленого продукта из рабочей зоны дробилки происходит через щели колосниковой решетки под ротором. Производительность дробилки составляет примерно 2 т/час при дроблении отходов кабельных изделий с медными и алюминиевыми токонесущими жилами.

Молотковые дробилки фирм «Хаммермилс» (США) и «Беккер» (ФРГ) предназначены для дробления легковесных отходов из различных металлов и сплавов и состоят из корпуса, ротора с закреплёнными на нём молотками или ударными кольцами (по принципу конструкции дробилки СМД-135), специального устройства для вывода недробимых предметов. Колосниковая решетка имеет несколько исполнений, что позволяет получить необходимую крупность дроблё- ного материала. Дробилки имеют массивный маховик для увеличения инерционного момента ротора. Между двигателем и ротором устанавливают гидравлическую муфту, которая предохраняет привод при заклинивании ротора.

Роторные отбойные дробилки работают по ударной схеме разрушения отходов и применяются при переработке шлаков, отходов металлов с малым значением ударной вязкости, например, керамические и стеклянные радио- и электроэлементы, термопластмассовые компоненты и т.п.

Конструктивно роторные дробилки выполняют с горизонтальным расположением ротора, на котором установлены неподвижные била. Роторная дробилка обычно состоит из корпуса с загрузочной воронкой, опорной рамы, одного или двух вращающихся роторов, отбойных плит, решетки, механизма для регулирования зазора и приводного устройства. Например, роторная (отбойная) дробилка СМД-86 (Выксунского завода дробильно-размольного оборудования, Россия), рис. 19. Это однороторная камерная дробилка, с двумя шарнирно подвешенными под углом 20…30° и 9° отбойными плитами.

1 – корпус, 2 – отбойная плита, 3 – амортизаторы, 4 – ротор

Рисунок 19 — Роторная (отбойная) дробилка СМД-86

Профиль отбойных плит выполнен по логарифмической спирали так, что при минимальной щели угол падения основного потока отходов на первую плиту составляет 15°, и куски попадают на приёмный лоток, чем обеспечивается многократный возврат их для повторных ударов и достижения высокой степени сокращения. При увеличении ширины выходной щели снижается степень сокращения. Этот эффект усиливается тем, что поток отраженных кусков попадает на ротор ближе к выходной щели, в результате уменьшаются повторные удары. Благодаря этому увеличивается диапазон регулирования степени измельчения. Вторая отражательная плита имеет также профиль логарифмической спирали, но угол падения на неё отходов составляет 10° и отраженные куски направляются на ротор с максимальным их проникновением в рабочую зону.

Нижние концы отражательных плит имеют сменную футеровку и клиновые крепления на штырях, а также снабжены пружинами и возвратно-регулировочными устройствами с резиновыми амортизаторами. Пружина возвращает плиту в исходное положение при ее отбрасывании под действием ударов и сокращает время и величину раскрытия выходной щели.

Дробилка приводится в движение через клиноременную передачу электродвигателем мощностью 110 кВт. Окружная скорость изменяется сменой ведомых шкивов с конической посадкой на валу. С дробилкой поставляются дополнительные шкивы, что обеспечивает получение окружных скоростей ротора в диапазоне 20…35 м/с.

Различные отходы после дробления, измельчения приобретают определенную крупность и форму зёрен. Дальнейшее обогащение может осуществляться грохочением и сепарацией гравитационными, магнитными или другими методами.

Ножевые дробилки подразделяют на одновалковые и многовалковые, которые работают по принципу реза, наступающего при деформации сдвига. На ножевых дробилках разрушают отходы кабельных изделий, намоточные элементы, платы, радиолампы, лампы накаливания и другие виды отходов цветных металлов с большой ударной вязкостью.

Конструктивно дробилки состоят из следующих элементов: корпус, колосниковая решетка, вал с ножами, крышка, неподвижные ножи (рис. 20).

а) – одновалковые, б) – двухвалковая; 1, 4 – корпус, 2 – решётка, 3 – вал с подвижными ножами, 5 – нож неподвижный

Рисунок 20 – Ножевая дробилка

На рис. 21 представлен ротор ножевой дробилки серии ИПР (измельчитель пластмассы роторный) для дробления материала с большой ударной вязкостью, в т.ч. печатных плат после удаления с них навесных элементов методом «сбривания».

1 – шкив для ременной передачи от электропривода; 2 – место крепления ножевой пластины; 3 – ножевая пластина; 4 – ротор дробилки.

Рисунок 21 – Ротор ножевой дробилки серии модели ИПР

Конусно-инерционные дробилки (КИД) (рис. 22) применяются для измельчения («раскрытия») отходов цветных металлов с целью дальнейшего разделения механической смеси, состоящей из стекла, пластмассы и других материалов с низкой ударной вязкостью (хрупкостью) и металлических составляющих, которые имеют, как правило, большое значение ударной вязкости. При этом характер разрушения этих материалов различен: хрупкие материалы измельчаются в пылевидную фракцию, а цветной металл почти не разрушается, но деформируется.

1 – корпус, 2 – чаша, 3 – конус, 4 – дебаланс, 5 – привод

Рисунок 22 – Конусно-инерционная дробилка типа КИД

Рабочим органом конусно-инерционной дробилки является подвижный дробящий конус, помещенный эксцентрично внутри подвижного конуса (чаши). Раздавливание, развальцовывание, излом и истирание находящихся в рабочем пространстве кусков материала осуществляется в результате движения внутреннего конуса. Процесс дробления происходит непрерывно при последовательном перемещении зоны дробления по окружности конусов. Дроблёный материал под действием собственной тяжести разгружается через выходную щель.

Номинальный размер наибольших кусков материала, которые могут быть загружены в дробилку, определяется радиальной шириной приёмного отверстия. Крупность дроблёного продукта и производительность дробилки данного типоразмера зависят от ширины выходной щели.

Основное отличие КИД от известных конусных дробилок состоит в том, что приводом дробящего конуса вместо эксцентрикового механизма используется вибровозбудитель дебалансного типа. Механизм привода кинематически не замкнут. Он позволяет дробящему конусу окатываться по неподвижной чаше даже при наличии некоторой эллиптичности футеровки.

Дробилка виброизолирована от фундамента системой мягких амортизаторов. Корпус дробилки играет роль «наковальни», по которой наносит удары дробящий подвижный конус. Электродвигатель через специальную приводную систему сообщает дебаланс круговое движение. Под действием центробежной силы инерции дебаланса дробящий конус прижимается к чаше неподвижного конуса и окатывается по ней. При таком движении конуса, совершающего колебания по типу конического маятника, также генерируется центробежная сила инерции, и равнодействующая обеих центробежных сил является силой дробления, раздавливающей материал, загружаемый в камеру дробления. В процессе дробления непосредственному контакту (приближению) конуса к чаше препятствует сопротивление слоя материала. Это сопротивление уравновешивает дробящую силу, которая зависит от конечной крупности материала.

Меняя величину центробежной (дробящей) силы, можно в известных пределах регулировать крупность продукта дробления. Таким образом, в дробилках КИД крупность продуктов дробления, в отличие от конусных дробилок, не определяется выходной щелью. В этих дробилках под номинальной выходной щелью понимается суммарный (с двух диаметрально противоположных сторон) зазор между футеровками конуса и чаши до пуска дробилки в ход. Он влияет в основном только на производительность дробилки. Ниже приводятся технические характеристики дробилок типа КИД двух типовых размеров:

Характеристики	КИД-300	КИД-900
Диаметр дробящего конуса, мм	300	900
Максимальная крупность загружаемого материала, мм	20	70
Максимальная крупность готового продукта, мм	2,0	6,0
Производительность (гранит), т/час	1,5	65
Электродвигатель привода дробилки мощность, кВт	10	160
Масса дробилок, т	2	20
Габаритные размеры, мм:
длина	1300	3210
ширина	800	1890
высота	1450	2210

Применение барабанных мельниц (голтовочных барабанов) связано с необходимостью очистки поверхности цветных металлов от флюсов, оксидов, землистого засора и т.п. (например, при переработке шлаков). В барабане мель ницы находятся измельчающие (очищающие) тела – стальные шары или стержни. Отсюда еще одно название этих мельниц – шаровые или стержневые.

Мельница представляет собой обычно цилиндрический барабан, в который загружают дробимый материал и тела измельчения (шары или стержни), рис. 23.

Рисунок 23 – Шаровые мельницы –производственный участок измельчения (Мексика, «Gold Corporation»)

Классификация (грохочение) по крупности. Грохочение (рассев по фракциям) проводят в аппаратах – грохотах, в которых измельченное сырье проходит через одно или несколько просеивающих поверхностей (решеток, сит), при этом получают подрешетный и надрешетный продукты.

3.2 Магнитная сепарация

Магнитная сепарация представляет собой процесс разделения частиц материала в магнитном поле, основанный на использовании различий в магнитных свойствах этих частиц. Методы магнитной сепарации могут быть использованы для выделения из многокомпонентных отходов железистых, марганцевых, медно-никелевых и вольфрамовых частиц. Сепарируемый материал обычно измельчается до крупности от 50 (100) до 0,1мм. Процесс может осуществляться в жидкой и газообразной средах. Часто магнитную сепарацию осуществляют последовательно в слабом и сильном магнитном поле. В слабом магнитном поле 80…120 кА/м (1000…1500 Э) выделяют черные металлы в свободном виде крупностью до 100 мм и более и цветные металлы с приделками железа. Сильное магнитное поле используется для извлечения из материала железосодержащих бронз и латуней, а также немагнитных материалов с приделками железа. Эффективность процесса определяется содержанием в бронзе и латуни железа и марганца, количество которых обеспечивает появление парамагнитных свойств.

Сильномагнитные (ферримагнитные) материалы обогащают в магнитных сепараторах с открытыми многополюсными системами, расположенными в плоскости или по цилиндрической поверхности (барабаны, шкивы). Слабомагнитные материалы обогащают в сепараторах с замкнутыми магнитными системами.

Следует отметить, что для обогащения мелких отходов цветных металлов (менее 30 мм), имеющих тенденцию к сцеплению друг с другом (стружка, дробленые проводники и т.п.), наиболее целесообразно использование барабанных сепараторов с чередованием полюсов по образующей и периметру барабана.

При движении материала относительно многополюсной системы барабанного сепаратора происходит переориентация магнитных частиц с частотой f, Гц:

f = V 2S, (1)

где V – скорость перемещения барабана или ленты относительно полюсов магнитной системы, м/с;

S – шаг полюсов, м.

Следовательно, многополюсная магнитная система создает бегущее магнитное поле с частотой, определяемой формулой (1). Переориентация, или магнитное перемешивание магнитного материала на поверхности барабана, способствует удалению из объёма материала немагнитных частиц.

Так, при обезжелезивании стружки в магнитных сепараторах марки 4ПБС-63/200 в одну стадию содержание алюминия в магнитном продукте составляет до 28 %, при сепарации в две стадии — до 16 %, а содержание железа в стружке — 0,6 и 0,4 %, соответственно. Частота вращения барабана сепаратора составляет 0,35…0,7 с^–1, шаг полюсов магнитной системы 150…200 мм, и частота магнитного поля 4…8 Гц. При таких параметрах происходит только переориентация и частичный разрыв наиболее длинных прядей (флоккул). Однако этого недостаточно для полного удаления немагнитных частиц, запутавшихся между флоккулами магнитного материала.

При обезжелезивании кусковых материалов не наблюдается образования магнитных прядей, присущих материалу типа стружки.

Кроме того, магнитное перемешивание материала в сепараторе способствует преждевременному отрыву магнитных частиц и попаданию их в немагнитный продукт. Поэтому обезжелезивание кусковых материалов целесообразно осуществлять на магнитных сепараторах без чередования полярности полюсов.

Для удаления магнитных материалов из дробленых отходов цветных металлов (радиоаппаратуры, автомобильного и самолетного лома и т.п.) применяют шкивные электромагнитные сепараторы (железоотделители) марки Ш. Сепаратор монтируют в приводной барабан ленточного конвейера, в который вмонтирована многоили двухполюсная электромагнитная система, полярность которой чередуется по образующей барабана. Обмотки шкива питаются от источника постоянного тока.

Секции электромагнитной системы неподвижно закреплены на валу, который через редуктор вращает двигатель. Эффективность работы электромагнитного шкива зависит от массы, геометрии и магнитной восприимчивости извлекаемых магнитных материалов, а также плотности транспортируемого материала и скорости движения ленты конвейера. Выпускаются три типоразмера (табл. 2) сепараторов для различной ширины ленты конвейера при оптимальной скорости 0,8…2 м/с. Минимальная масса извлекаемого куска 0,05 кг.

Таблица 2 – Техническая характеристика шкивных электромагнитных сепараторов

Тип сепаратора	Ш65-63В	Ш100-80В	Ш140-100В
Напряжённость магнитного поля на расстоянии 10мм от поверхности полюса, не менее, кА/м: на краю полюса со стороны зазора в середине зазора	115 105	160 105	170 75
Частота вращения максимальная, с–1	1	0,8	0,8
Напряжение питания постоянного тока, В	110	110	220
Потребляемая мощность, кВт	2,0	4,0	7,0
Толщина слоя материала на ленте конвейера, мм	170	250	200
Масса, т	0,9	2,7	4,2

Другой разновидностью сепараторов являются железоотделители подвесные саморазгружающиеся марки ПС (рис. 24).

1 – рама, 2 – промежуточные барабаны, 3 – электромагнитная система, 4 – транспортная лента, 5 – привод, 6 – приводной барабан, 7 – натяжной барабан, 8 – натяжной винт.

Рисунок 24 – Сепаратор электромагнитный подвесной саморазгружающийся марки ПС

Сепараторы марки ПС предназначены для извлечения и удаления ферромагнитных предметов из сыпучих немагнитных материалов, в том числе из лома и отходов цветных металлов. Сепаратор марки ПС состоит из следующих основных узлов: рамы, электромагнитной системы, приводного и натяжного барабанов, ленты, привода. Электромагнитная система состоит из намагничивающих обмоток (катушек) с сердечниками и полюсными наконечниками, через которые магнитный поток подводится к рабочему зазору. Полюсные наконечники являются одним из полюсов электромагнитной системы и образуют одну из поверхностей рабочего зазора сепаратора. Полюсные наконечники соединяются с сердечником непосредственно, или через промежуточные элементы магнитопровода, называемые ярмом. Намагничивающие катушки наматываются медным или алюминиевым проводом в изоляции. Для повышения влагостойкости и воздействия пыли обмотка пропитывается специальными составами и защищаются от механических повреждений металлическим экраном. Питание обмотки электромагнита осуществляется от источника постоянного тока напряжением 110 В (220 В).

Сепараторы марки ПС (табл.4.3) выпускаются в двух вариантах: для установки над лентой транспортирующего конвейера перпендикулярно его продольной оси (рис. 25) и под углом над барабаном транспортирующего конвейера, при этом продольные оси конвейера и сепаратора совпадают (рис. 26).

Таблица 3 – Техническая характеристика подвесных электромагнитных сепараторов типа ПС

Тип сепараторов	ПС-120	ПС-160
Глубина зоны извлечения, мм	350/250 *)	400/500
Масса извлекаемых ферромагнитных предметов, кг	0,1/25	0,1/25
Ширина ленты конвейера, м	1,0…1,2	1,4…1,6
Скорость передвижения транспортируемого материала, м/с	2,5/4,5	2,5/4,5
Напряжение постоянного тока, В	110; 220	110; 220
Мощность привода, кВт	3,0	5,5
Потребляемая мощность сепаратора, кВт	4,0	6,0
Габаритные размеры, м	3,5×1,85×1,15	4,0×2,35×1,15
Масса, т	5,7	9,55

*) В числителе – значения параметров для сепаратора установленного над лентой конвейера, в знаменателе – над разгрузочным барабаном.

Рисунок 25 – Схема установки сепаратора (железоотделителя) – I с разгрузкой в сторону от конвейера – II

Наиболее предпочтительным является установка сепаратора над барабаном в зоне разгрузки материала, так как материал в данном случае находится в разрыхлённом состоянии, как бы псевдоожижен. Весьма эффективной с точки зрения экономии электроэнергии и возможности работы в форсированном режиме является схема работы сепаратора в импульсном режиме совместно с металлоискателем.

1– сепаратора; 2 – конвейер с материалом; 3 – течка для немагнитного материала; 4 –течка для ферромагнитного материала

Рисунок 26 – Схема установки сепаратора (железоотделителя) над барабаном конвейера

При этом над лентой конвейера до сепаратора устанавливается датчик металлоискателя, который с упреждением фиксирует наличие в транспортируемом материале ферромагнитных включений и подаёт сигнал на устройство включения сепаратора ПС в форсированном режиме в течение наперёд заданного отрезка времени. После истечения этого отрезка времени сепаратор снова переводится в режим ожидания, при котором напряжение на его обмотках составляет 10…15 % от рабочего.

Применяются в качестве сепараторов электромагнитные подвесные железоотделители марки П (табл.4.4), которые устанавливаются над ленточным конвейером или над разгрузочным барабаном, рис. 27. Железоотделитель марки П состоит из П-образного ярма из магнитомягкой стали, двух катушек и полюсных наконечников.

I – магнитная система, II – конвейер

Рисунок 27 – Схема установки сепаратора (железоотделителя) марки П

Питание обмоток сепаратора (железоотделителя) осуществляется от комплектно поставляемого сепаратора. Особенно неблагоприятные условия работы для последующего технологического оборудования возникают при случайном отключении питания сепаратора. При этом все ранее извлечённые из технологического процесса ферромагнитные материалы вновь попадают в процесс, что создаёт аварийную ситуацию источника постоянного тока с напряжением 110В. Одним из серьёзных недостатков сепараторов типа П является разгрузка магнитных материалов на транспортирующий конвейер, которая осуществляется периодическим за счет отключения напряжения питания.

Таблица 4 – Техническая характеристика сепаратора типа П

Тип сепаратора	П-100	П-160
Напряжённость магнитного поля на расстоянии 10мм от поверхности полюса, кА/м: на краю полюса со стороны зазора; в середине зазора	265 160	250 160
Толщина слоя материала на ленте конвейера при установке, мм	150…180	180…200
Скорость движения ленты конвейера при установке, м/сек	2,5…4,5	2,5…4,5
Напряжение постоянного тока, В	110	110
Потребляемая мощность, кВт	2,5	3,5
Габаритные размеры, м	0,85×0,53×0,65	1,2×0,55×0
Масса, т	0,9	1,68

Для обезжелезивания отходов сыпучих материалов, разработаны барабанные сепараторы серии ПБСЦ. Сепаратор (рис. 28, табл. 5) состоит: из питающего бункера; вибропитателя; неподвижной магнитной системы с чередующейся полярностью полюсов по периметру; приёмного бункера; приводного барабана, изготовленного из немагнитной стали. Полюса магнитной системы изготовлены из сплава ЮНДК-24 и установлены с шагом 50мм.

1 – бункер, 2 – питатель, 3 – вибратор, 4 – барабан, 5 – магнитная система, 6 – удаление пыли, 7 – магнитная фракция, 8 – немагнитная фракция

Рисунок 28 – Сепаратор барабанный марки ПБСЦ

Для улучшения отрыва прядей магнитной фракции, которые образуются в зоне окончания действия магнитного поля, расстояние между магнитами и обечайкой барабана увеличивается сверху вниз. Это позволило улучшить условия разгрузки магнитной фракции и сократить унос цветного металла в магнитный продукт. Институтом цветных металлов (ДонИЦМ, г. Донецк) разработаны (2006 г.) шкивные магнитные сепараторы с использованием высокоэнергетических магнитов из сплава Nd-Fe-B. Напряжённость на поверхности барабана составляет до 450…500 кА/м.

Таблица 5 – Техническая характеристика магнитных барабанных сепараторов марки ПБСЦ

Параметры сепаратора	Марка сепаратора
	ПБСЦ-63/50	ПБСЦ-63/100
Напряжённость магнитного поля на поверхности барабана, кА/м	115…125	115…125
Диаметр рабочей части барабана, мм	630	630
Длина барабана, мм	500	1000
Частота вращения, с–1	0,9…0,5	2
Шаг полюсов системы, мм	50	50
Направление чередования полюсов	По образующей барабана
Установленная мощность, кВт	1,5	3,5
Габаритные размеры, м	1,7×1,2×1,1	1,75×1,47×2,07
Масса сепаратора, т	0,6	0,85

Институтами ДонИЦМ (г. Донецк) и Гипромашуглеобогащение (г. Луганск) разработан сепаратор электромагнитный типа СЭ-3 (рис. 29, табл.6) для разделения на группы марок отходов слабомагнитных сплавов.

1 – бункер, 2 – питатель, 3 – грохот, 4 – конвейер, 5 – узел удаления железа, 6 – узел удаления слабомагнитных материалов, 7 – немагнитный материал

Рисунок 29 – Сепаратор для выделения слабомагнитных материалов

Сепаратор применяют для разделения слабомагнитных и немагнитных отходов цветных металлов крупностью менее 20 мм.

Таблица 6 – Техническая характеристика электромагнитного сепаратора СЭ-3

Параметры сепаратора	Марка сепаратора
	СЭ-3	СЭ-3А
Напряжённость магнитного поля на поверхности барабана, кА/м	130…450	130…450
Максимальное значение силы магнитного поля в зоне сепарации, ×1013 А/м3	7,2	7,2
Производительность, кг/с	0,83	1,0
Потребляемая мощность, кВт	5,0	5,0
Габаритные размеры, м	1,8×1,2×1,5	2,5×1,5×1,2
Масса сепаратора, т	1,73	1,6

Дальнейшее совершенствование сепаратора СЭ-3 – разработка сепаратора СЭ-4, который отличается от предыдущей модели совмещением в одном сепараторе операций обезжелезивания и разделения стружки по группам марок сплавов, а также формой разгрузочной кюветы. В отличие от кюветы сепаратора СЭ-3, которая совершает возвратно-поступательные качания относительно магнитного зазора, в сепараторе СЭ-4 кювета имеет кольцеобразную форму, с непрерывкой разгрузкой магнитного и слабомагнитного материала. Сепаратор СЭ-4 (рис. 30) предназначен для разделения механической смеси отходов сплавов на сплавы или группы сплавов.

Одной из разновидностей магнитной сепарации считается определение наличия ферромагнитных материалов в сырье с помощью датчиков.

1 – электромагнит, 2 – конвейер, 3 – короб с немагнитной фракцией, 4 – кювета для удаления слабомагнитной фракции, 5 – короб со слабомагнитной фракцией.

Рисунок 30 – Установка СЭ-4 для выделения отходов магнитной и слабомагнитной фракций

Дальнейшей разработкой являются датчики, обнаруживающие в сырье цветные металлы.

3.3 Электродинамическая сепарация (ЭДС)

ЭДС заключается в силовом взаимодействии переменного магнитного поля с вихревыми токами, индуцируемыми в электропроводном теле. Основная характеристика, по которой осуществляется разделение сырья при ЭДС — электропроводность частиц сепарируемого материала, обусловливающая различие их силового взаимодействия с магнитным полем.

По конструкции электродинамические сепараторы подразделяют на четыре вида:

1. с вращающимся магнитным полем,
2. с бегущим магнитным полем,
3. с неоднородным переменным магнитным полем,
4. сепараторы, в которых сила взаимодействия возникает при перемещении немагнитных, электропроводных частиц относительно магнитного поля постоянных магнитов чередующейся полярности. Наиболее широкое применение нашли ЭДС с бегущим магнитным поле.

Электродинамическая сепарация (ЭДС) основывается на силовом взаимодействии переменного электромагнитного поля с твёрдыми электропроводными телами, которые имеют различные значения электропроводности. Электромагнитные силы, действующие на тело, в общем виде, определяются распределением электромагнитного поля во внешней и внутренней областях тела, описываемым в линейной электродинамике уравнениями Максвелла.

Индукцию магнитного поля в ЭДС определяют, используя уравнение Максвелла, по формуле

B = B₀ cos(ωt — az), (2)

где В – индукция магнитного поля, Тл;

В₀ – амплитудное значение индукции магнитного поля, В;

ω — круговая частота, Гц;

z – координата распространения волны, м;

t – время, с;

а – полюсное деление индуктора.

Причем, при теоретическом рассмотрении плоский индуктор, служащий для создания этого поля, представляют неограниченной плоскостью, совпадающей с плоскостью у-z системы координат х, у, z, по которой протекает поверхностный ток плотностью А,

A = A₀ sin(ωt — az), (3)

где А₀ – амплитудное значение поверхностной плотности тока, имеющего только одну (у) координату — идеальный индуктор.

В настоящее время в технике применяются двухсторонние и цилиндрические индукторы. Двухсторонние индукторы представляют собой комбинацию двух плоских индукторов, а цилиндрические – цилиндр, по поверхности которого течёт ток.

Хорошо изучены электродинамические процессы в системах: проводящее полупространство в поле плоского идеального индуктора; полоса конечной длины и ширины в поле двухстороннего индуктора; цилиндр конечных размеров и шар в поле цилиндрического индуктора.

Аналитическое решение может быть найдено лишь для ограниченного типа задач, таких как трёхмерная задача осевой симметрии для проводящего шара в поле кругового витка, и двухмерная задача для бесконечно длинного проводящего цилиндра в поперечном поле. Приведение трёхмерных реальных задач, не имеющих аналитического решения, к двухмерным позволяет оценить порядок сил и характеристику силового взаимодействия.

Если принять условие, что поле мало изменяется в пределах объёма тела, то электродинамическая сила F определяется из выражения

(4)

где W — электромагнитная энергия тела; Р_m — магнитный момент тела;

В⁰ — индукция внешнего поля.

Вследствие линейности уравнений электромагнитного поля

(5)

где V – объём тела;

α_ik – коэффициент поляризуемости тела;

μ₀ – магнитная проницаемость вакуума.

Следовательно, окончательное выражение для определения силы примет вид

(6)

где P = (1/μ₀)B_i⁰B_k⁰ — магнитное давление;

α_ik — действительная часть коэффициента поляризуемости тела.

Таким образом, выражение (6) позволяет, зная распределение магнитного поля, найти электромагнитную силу, действующую на помещённое в него электропроводное тело.

В зависимости от условий взаимодействия и характера электромагнитного поля выделяют четыре класса ЭД сепараторов:

• с вращающимся магнитным полем;
• с бегущим магнитным полем линейного асинхронного двигателя;
• с неоднородным переменным магнитным полем;
• устройства, в которых сила взаимодействия возникает при перемещении электропроводных частиц относительно неоднородного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами.

Электродинамическая сепарация отличается от гравитационных способов разделения в жидкостях, так как не требует отмывки продуктов сепарации от рабочей жидкости. Особенностью процесса является и то, что электродинамическая сила воздействует на более электропроводную фракцию разделяемого материала. Это позволяет с более высокой эффективностью извлекать цветные металлы при небольшом содержании их в низкоили неэлектропроводных отходах.

Одним из видов ЭДС с вращающимся магнитным полем являются однороторные сепараторы, рис. 31. Вращающееся магнитное поле сепаратора создается многополюсным ротором с независимым приводом вращения. Магнитное поле ротора возбуждается обмоткой, питаемой постоянным током. Ротор находится внутри барабана из нержавеющей стали, служащего для транспортирования разделяемого материала в зоне действия вращающего магнитного поля. Частота вращения ротора 17 с^–1. Барабан вращается под влиянием электродинамических сил взаимодействия с полем ротора. Частота вращения поддерживается на уровне 0,11 с^–1 специальным демпфирующим устройством. Разделяемый материал равномерно подается на барабан сепаратора, откуда электропроводные частицы отбрасываются полем ротора в дальний приёмный бункер, а неэлектропроводные частицы свободно скатываются с барабана в ближний бункер.

1 – многополюсный ротор, 2 – барабан, 3 – привод, 4 – неэлектропроводный материал, 5 – электропроводный материал

Рисунок 31 – Однороторный электродинамический сепаратор

Сепаратор ленточного типа (рис. 32) представляет комплекс механизмов, включающий ленточный транспортер, приводной барабан которого выполняет роль сепаратора. Вращающееся магнитное поле создается обмоткой трехфазного переменного тока, помещенной в пазы ротора. Частота вращения магнитного поля определяется частотой питающего тока и может значительно превышать частоту вращения ротора. Нижний предел крупности сырья, подвергаемого ЭДС, определяется величиной и градиентом магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора и для сепараторов подобной конструкции составляет примерно 20 мм.

1 – ленточный конвейер, 2 – барабанный трехфазный ротор, 3 – неэлектропроводный материал, 4 – электропроводный материал, 5 – привод

Рисунок 32 – Электродинамический сепаратор ленточного типа

Разработаны также электродинамические двухроторные дисковые сепараторы с повышенной магнитной индукцией в рабочей зоне, в которой можно разделять сырьё меньшей крупности. В двухроторных сепараторах магнитное поле создается двумя синхронно вращающимися роторами, один из которых установлен над конвейерной лентой, а второй – под ней параллельно первому. Недостаток этих сепараторов – неоднородность магнитного поля, образующегося между двумя цилиндрическими поверхностями роторов, для уменьшения которой, а также для увеличения зоны с высокоинтенсивным полем необходимы роторы больших размеров.

Дисковые сепараторы, в которых вращающееся магнитное поле создается между двумя синхронно и соосно вращающимися магнитными дисками, обладают лучшими характеристиками. В них достигается более высокая однородность силовых характеристик поля в рабочей зоне сепаратора, а также увеличиваются размеры этой зоны.

Сепараторы с магнитными дисками различаются способом транспортирования разделяемого материала через зону интенсивного магнитного поля. Так, в одном варианте сепаратора материал транспортируется конвейерной лентой, расположенной между вращающимися магнитными дисками. Электропроводные частицы сепарируемого материала под действием электромагнитного поля сбрасываются с конвейерной ленты, а неэлектропроводные – остаются на ней. В другом варианте для облегчения перемещения электропроводных частиц на конвейерную ленту накладывают вибрацию, в третьем – для перемещения исходного сырья между магнитными дисками используют свободное падение частиц в поле гравитации. При этом на извлечение электропроводных частиц из общего потока сепарируемого материала затрачивается меньше энергии, чем в сепараторах с конвейерной лентой, в которых силы трения, возникающие при перемещении материала по ленте, противодействуют процессу разделения.

В аппаратах для извлечения цветных металлов из дробленого автомобильного лома материал разделяется под воздействием бегущего магнитного поля, создаваемого линейным индуктором, установленным под конвейерной лентой. В электропроводных частицах наводятся вихревые токи, которые, взаимодействуя с полем индуктора, приводят их в движение и сталкивают с конвейерной ленты в отдельный бункер. За один цикл разделения извлекается ~ 90 % алюминия, меди и цинка. Производительность сепаратора — до 10 т/час.

Электродинамические сепараторы применяют для извлечения цветных металлов из бытовых отходов. Основная деталь сепаратора (рис. 33) – прямоугольная наклонная платформа (станина) размером 2,4×0,9 м, на поверхности которой смонтированы полюсы постоянных магнитов с чередующейся полярностью.

1 – платформа, 2 – постоянные магниты; I – неэлектропроводный материал, II – электропроводный материал

Рисунок 33 – Электродинамический сепаратор на постоянных магнитах для разделения (немагнитных) неметаллических (I) и металлических (II) частиц

Магниты наклонены к оси платформы под углом 45° и покрыты сверху тонким листом немагнитного материала. Сырье подают по желобу на платформу, по которой оно скользит вниз. На неметаллические частицы магнитное поле не действует, и они скользят вниз по платформе. В металлических частицах, движущихся через магнитное поле, индуцируются вихревые токи, при взаимодействии которых с магнитным полем возникает электродинамическая сила, отклоняющая металлические частицы от естественной гравитационной траектории. Величина отклонения зависит от электропроводимости, плотности, размера и формы частицы.

Разработаны также сепараторы более совершенной конструкции, в которых несколько магнитных платформ, расположенных одна над другой в виде этажерки. Материал подают в пространство между платформами. Сепаратор отличается высокой производительностью и большой эффективностью разделения, так как электропроводные частицы при перемещении между двумя наклонными платформами испытывают действие магнитного поля обеих платформ.

Разработаны устройства для извлечения цветных металлов из бытовых отходов путем воздействия на электропроводные частицы неоднородным в пространстве высокочастотным магнитным полем. Основной элемент сепаратора – спиральный электромагнит, питаемый переменным током повышенной частоты, вокруг которого образуется магнитное поле. В электропроводных частицах, помещенных в поле, возбуждаются вихревые токи. В результате возникает электродинамическая сила, которая выталкивает электропроводную частицу в область более слабого поля. Сепарируемый материал направляют с помощью ленточного конвейера и специального устройства в зону наиболее интенсивного поля. Электропроводные частицы отклоняются полем от естественной вертикальной траектории и попадают в отдельный бункер. В сепараторе такой конструкции можно с высокой эффективностью извлекать алюминий из бытовых отходов.

Институтом ДонИЦМ совместно с опытным конструкторским бюро линейных электродвигателей (ОКБ ЛЭД) разработаны технология и конструктивные решения ЭДС с использованием сепараторов с бегущим магнитным полем, питаемых токами промышленной частоты. Для различных видов отходов были разработаны три типоразмера сепараторов: для алюминиевого дробленого лома, для алюминиевой стружки и кабельного лома.

Совместно с ВНИИТВЧ (Научно-Исследовательский Институт Токов Высокой Частоты, Россия) разработан высокочастотный (переменное неоднородное магнитное поле) одновитковый сепаратор, питаемый токами частотой 6…10 кГц.

ДонИЦМ выполнена серия исследований по сепарации дробленого лома на сепараторах с бегущим магнитным полем с наложением вибрации, а также на сепараторах, питаемых токами высокой частоты (6…8 кГц). Сепараторы с бегущим магнитным полем позволяют сепарировать дробленые отходы крупностью более 40 мм. При наложении вибрации достигается псевдоожижение сепарируемого слоя и диапазон крупности сепарируемого материала снижается до 10 мм. Одновитковые высокочастотные сепараторы при частоте питающего тока 8 кГц позволяют сепарировать отходы крупностью более 2 мм. При повышении частоты питающего тока до 400…500 кГц и переходе на работу в импульсном режиме – крупность сепарируемого материала может быть снижена до 0,5 мм.

Особенностью высокочастотных сепараторов является недопустимость в сырье магнитных включений. Магнитные электропроводные материалы при прохождении индуктора «прилипают» на транспортирующем органе (ленте) и быстро нагреваются вплоть до расплавления, вызывая прогар ленты и другие нежелательные явления.

В качестве активного элемента в ЭДС промышленной частоты применяют индукторы типа КЛЭ, имеющие следующие характеристики:

характеристики	Тип 1	Тип 2
Напряжение питания, В	3×380	3×380
Фазный ток, А	278	325
Число пар полюсов	16	8
Число пазов на полюс	3	1,5
Зубцовый шаг, мм	16,3	16,3
Активная зона, мм:
ширина	350	350
длина	1030	1100
Масса, кг	600	650
Габаритные размеры, м	1,66×0,9×0,5	1,66×0,95×0,5

Разделение сырья, содержащего цветные металлы, методом электродинамической сепарации тем эффективнее, чем больше различие в электропроводности разделяемых материалов. Высокая эффективность разделения может быть достигнута для систем: алюминий-свинец, медь-свинец, металл-неметалл.

3.4 Магнитогидродинамическая (МГД)

Электромагнитный гравитационный процесс обогащения, в котором разделение частиц по плотности (с учетом магнитной восприимчивости) осуществляется магнитными методами. Разделение материалов в МГД сепараторах осуществляется в ферромагнитной жидкости.

3.5 Электрическая сепарация

Электрическая сепарация представляет собой процесс разделения частиц материалов в электрическом поле, основанный на различии их электрических свойств. Лучше всего обогащать этим способом материал крупностью 0,1…2 мм. Разделение осуществляется по таким характеристикам, как электропроводность и диэлектрическая проницаемость. Проводится процесс в воздушной среде.

3.6 Пневматическая сепарация

Пневматический метод сепарации широко используется при разделения отходов цветных металлов. При создании оборудования для аэродинамического разделения продуктов используются гравитационные, центробежные и инерционные методы. Пневматическая (воздушная) сепарация находит применение для разделения однородного продукта по крупности, для разделения продукта, состоящего из нескольких компонентов по плотности.

Метод пневматической сепарации основан на различии в скоростях падения частиц различного сечения и плотности в воздушной среде. Падение может быть свободным или стесненным.

Свободным называется падение одиночного тела в воздушной среде, когда размеры поперечного сечения агрегата, в котором происходит падение, велики по сравнению с размерами падающего тела. Если сечение канала агрегата соизмеримо с размерами падающего тела или в канале находятся другие тела различной формы и плотности, то такое падение называется стесненным.

Зигзагообразный пневматический сепаратор (рис. 34) применяется для удаления из дроблёного продукта неметаллических примесей: бумаги, краски, текстиля, дерева и других лёгковесных отходов.

1 – исходный материал, 2, 4 – шиберная заслонка, 3 – загрузчик роторный, 5 – тяжёлая фракция, 6 – лёгкая фракция

Рисунок 34 – Зигзагообразный пневматический сепаратор

Дроблёный материал из приёмного бункера через шиберную заслонку 2 роторным загрузчиком 3 подается в рабочую зону сепаратора. Навстречу потоку дроблёного материала подается воздух, который захватывает легкие компоненты материала и через патрубок 6 направляется на очистку в циклоны и фильтры.

Для регулирования режима сепарации предусмотрен шибер 4 для подсасывания воздуха с целью снижения скорости потока воздуха. Тяжёлая фракция накапливается на нижнем шибере 5 и периодически разгружают в короб 6. Конструктивные параметры зигзагообразного сепаратора; число колен, сечение, высота секции колена, сечение свободного пролёта определяются характеристиками сепарируемого материала. Поперечно-поточный пневмосепаратор (рис. 35) работает следующим образом.

1 – бункер, 2 – разделительная камера, 3 – наклонные полки, 4 – сепарационные каналы, 5 – тяжёлая фракция, 6 – лёгкая фракция

Рисунок 35 – Поперечно-поточный пневмосепаратор

Материал поступает из бункера в разделительную камеру. Наклонные полки сепаратора обеспечивают пересечение потока материала с сепарационными каналами. Через них отсасывается легкая фракция разделяемых материалов, которая осаждается в циклоне, а тяжёлая фракция самотёком разгружается в специальный приемник. Основными факторами, влияющими на качество разделения в поперечно-поточных сепараторах, являются ширина щели сепарационных каналов и концентрация материала в рабочем объёме сепаратора.

К устройствам, использующим гравитационный механизм, относятся пылевые камеры, в которых частицы пыли осаждаются из медленно движущегося газового потока. Они находят применение в основном для улавливания грубых фракций с размером частиц более 500 мкм.

К устройствам, в которых используется центробежный механизм, можно отнести циклоны и центробежные скрубберы. Эффективность пылевыделения в центробежных очистителях газов зависит от диаметра аппарата: чем он меньше, тем выше эффективность.

Выделение твёрдых частиц в циклоне происходит за счёт центробежных сил, возникающих при вращении газового потока вдоль стенки аппарата. С этой целью очищенный газ вводится в корпус циклона тангенциально к его поверхности либо закручивается внутри него с помощью винтообразной крышки.

Гравитационная сепарация – процесс разделения частиц по плотности, крупности и форме, основанный на различии характера и скорости движения частиц в среде под действием сил тяжести и сопротивления. Гравитационной сепарации обычно подвергается материал крупностью не выше 10 мм.

4. Технология переработки многокомпонентных отходов

Технология комплексной переработки многокомпонентного лома, наиболее полно можно рассмотреть на примере переработки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), который предусматривает, рис. 36:

• измельчения лома и сепарации дробленого лома на компоненты;
• получение чистых металлов электролитическими методами.

Рисунок 36 – Технологическая схема переработки радиоэлектронного лома

Другой особенностью технологии является широкое использование методов сепарации в жидких средах и некоторых других методов, характерных для обогащения.

ДонИЦМ (Украина) специализируется на технологиях переработки различных видов отходов, содержащих ДМ: печатные платы, электронно-вакуумные приборы, элементы СВЧ техники, специальная аппаратура и ее элементы (рис. 37).

Рисунок 37 – Блоки, узлы и элементы лома радио- и электротехнических изделий

Переработка печатных плат и их ценность как вторичного сырья определяются значительным содержанием в них меди, оловянносвинцового припоя и драгоценных металлов, в основном серебра, золота и палладия.

Предварительно с лома печатных плат удаляют навесные элементы (сбривание, рис. 38), затем платы дробят в ножевой дробилке ИПР-450 и конусной инерционной дробилке КИД-300.

Рисунок 38 – Процесс удаления навесных элементов с печатной платы

По плотности материал платы с большой степенью достоверности делится на две фракции: смесь металлов и неметаллов (+1,25 мм) и неметаллы (–1,25 мм). Разделение такой механической смеси может быть осуществлено на грохоте. В свою очередь из фракции неметаллов при дополнительной сепарации на гравитационном сепараторе может быть выделена металлическая фракция и тем самым достигнута высокая степень концентрации получаемых материалов.

Оставшаяся часть (80,26 %) материала +1,25 мм может быть подвергнута повторному дроблению до крупности –1,25 мм с последующим выделением из него металлов и неметаллов.

Для защиты от коррозии корпусов интегральных микросхем и полупроводниковых приборов используют золото, серебро, палладий. Серебряные покрытия широко применяют для повышения электропроводности токоведущих деталей СВЧ приборов.

Драгоценные металлы широко используются в специальных припоях.

Сопротивления, изготовленные методом толстопленочной печати с использованием платиновых металлов, что позволяет иметь малые шумы и небольшой температурный коэффициент сопротивления. Такие сопротивления лежат в основе современных электронных устройств.

Электрические контакты чаще всего изготавливают из серебряных сплавов, а в наиболее ответственных случаях – из сплавов золота, иридия и платины. В ломе реле, элементах термостатов и холодильных устройств, приборах автоматики, радио- и электротехники содержатся драгоценные металлы.

Драгоценные металлы используются при изготовлении проволоки диаметром 0,02…0,12 мм для потенциометров, что позволяет обеспечить стабильное удельное электросопротивление, малый температурный коэффициент сопротивления, хорошую адгезию при пайке.

Широкое применение находят платинородиевые термопары, термопары из иридиевых сплавов, термометры сопротивления из платины высокой чистоты. Эти устройства обеспечивают прецизионные измерения температур в широком диапазоне.

В качестве чувствительных элементов тензодатчиков используется проволока из сплавов палладия и платины.

Самые мощные электромагниты изготовляют из сплавов платины и кобальта.

Пружины, подвески, торсионы, растяжки изготавливают из сплавов платина-серебро, платина-никель, золото, платина-иридий.

Способы переработки электронного лома.

Известны четыре основных способа переработки электронного лома:

1. механический;
2. гидрометаллургический;
3. механический в сочетании с гидрометаллургической переработкой концентрата;
4. обжиг с последующей плавкой огарка.

При этом известны технологии переработки, как смешанного лома, так и его отдельных узлов (печатных плат) и элементов (полупроводниковых приборов).

На практике, как правило, используют технологию для переработки смешанного лома. Наиболее широкую известность получили технологии и фирмы стран Европы — Германии, Франции, Швеции, Швейцарии и др.

Анализ данных по технологиям фирм показывает, что рентабельность всех технологий обеспечивается за счет получения дорогостоящих чистых цветных и драгоценных металлов.

Для обеспечения стабильности поступления сырья рекомендуется на одном предприятии перерабатывать смешанный промышленный, бытовой, электронный и электротехнический лом.

Отдельные узлы и элементы радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры содержат драгоценные металлы в количестве, обеспечивающем высокую рентабельность переработки этих узлов и элементов с целью извлечения драгоценных металлов. В большинстве случаев технологии получения драгоценных металлов сводятся к

механическим методам получения чистых металлов во втором этапе. Технологический процесс, включает в себя механическое вскрытие, обогащение электронного лома, содержащего драгоценные металлы, пиро- и гидрометаллургическую переработку.

Обогащение предусматривает многостадийное дробление и сепарацию полученных продуктов с помощью пневматических, магнитных и электрических методов. Драгоценные металлы из обогащенного дробленого лома получают электролитическими методами. Производительность по переработке электронного лома — до 1,5 т/час. Однако известны и другие методы получения драгоценных металлов, например, плавкой обогащенного лома. Фирма «Schneck» разработала технологию и оборудование для извлечения цветных и благородных металлов из узлов устаревших компьютеров: панелей, печатных плат, соединительных элементов и т.п.

Лом предварительно измельчают в двухвалковой дробилке и с помощью системы транспортно-погрузочных устройств подают на магнитный сепаратор для выделения железа. Затем обезжелезненный материал направляют в барабан со шнеком для охлаждения жидким азотом с целью увеличения хрупкости материала и снижения энергетических затрат на измельчение в ударно-молотковой дробилке. Дробленый материал подают на воздушный сепаратор.

Линия рассчитана на переработку 250 кг/час лома. Установленная мощность 200 кВт, расход азота 0,5…1,522 м³ на 1кг лома.

Материал в шнековом барабане с помощью азота охлаждается до минус 190 °С и затем в молотковой дробилке измельчается до фракции 0 –3 мм, что позволяет разделить смеси на цветные металлы и пластмассу. Технология американских фирм включает в себя двухстадийное дробление лома в молотковой дробилке, воздушную сепарацию, магнитную сепарацию в слабом магнитном поле (выделение железа), а в сильном магнитном поле (выделение латуни, бронзы), грохочение, сепарацию вихревыми токами (ЭДС) и магнитогидростатическую сепарацию (МГС).

Процесс переработки электронного лома на установке PRV аппаратурно состоит из следующих переделов: молотковая дробилка – первая стадия дробления, воздушный классификатор типа «Bauer», магнитный сепаратор «Eriez», грохот, валковая дробилка «Exolon», виброгрохот, промежуточный магнитный сепаратор и электродинамический сепаратор, рис. 39.

Рисунок 39 – Технологическая схема переработки электронного лома по технологии фирмы «Vа1mеt» (Франция)

В процессе механической переработки электронного лома на линии РRV получают следующие фракции: фракцию на основе черных металлов, алюминиевую смешанную металлическую фракцию, концентраты с высоким и низким содержанием драгоценных металлов, легкую и проволочную фракции.

По технологии фирмы «Vа1mеt» (Франция) перерабатывают различного рода электронный и электротехнический лом, и включает три стадии:

• резку лома автоматическими пресс-ножницами, измельчение и разделение на три фракции (черные металлы, цветные и драгоценные металлы, неметаллы);
• разделение цветных и драгоценных металлов;
• рафинирование драгоценных металлов, меди, олова и свинца. Технологическая схема механической переработки лома предусматривает отделение электронных плат и элементов от механических узлов и стальных деталей.

Разборка лома осуществляется вручную с использованием пневматических и пневмоэлектрических устройств и приспособлений. Технологические операции по измельчению печатных плат осуществляют с помощью модернизированного стандартного оборудования, используемого для нарезки и измельчения кабелей и проводов.

Дробленый лом РЭА подвергают обжигу с получением огарка, который в дальнейшем направляют на пирометаллургический передел. С помощью газокислородной горелки в окислительном режиме получают черновую медь, которую разливают в аноды массой 220 кг. Содержание драгоценных металлов ≈ 3 %, а остальное медь.

В результате электролиза получают катодную медь и аффинированные драгоценные металлы после рафинирования хлорным методом (процесс Миллера). Данная технология внедрена на ГП «Днепро-ВДМ», г. Днепр, Украина.

Отличительной чертой технологии фирмы «Valmet» является: дифференцированная разборка с использованием ручного инструмента; концентрат после разборки (печатные платы, разъемы и т.п.) подвергают дроблению; обжигу; окислительной плавке в роторной печи (кислородная горелка); получению черновой меди с содержанием меди 97…98 %, остальное драгоценные металлы. Дальнейшая переработка черновой меди (катоды 220 кг) проводят по классической схеме — электролизом.

Используемое для гидрометаллургического процесса оборудование представляет собой несколько типов химических реакторов с внутренним покрытием из пластмасс, нержавеющей или «остеклованной» сталью, что обеспечивает защиту корпуса реактора от химических реакций при температуре 60…80 °С.

Фирма «Inter Recycling» (США) разработала и изготовила экспериментальную установку по дроблению и сепарации компьютерного лома. Утилизируемые компьютеры предварительно разбирают вручную (с применением электрических инструментов). Отделяют корпус, другие пластмассовые детали, монитор, печатные платы.

Печатные платы с навесными элементами дробят в роторном измельчителе, затем дробленый продукт проходит магнитную, воздушную и другие виды сепарации. Из лома выделяются медь, никель, алюминий. Вместе с медью выделяются драгоценные металлы: золото, платина, палладий. Пилотная установка компактна, высокомеханизирована, проста в управлении. Производительность установки составляет 5 т лома в смену.

Фирма также организовала производство по переработке электронного и другого лома общего назначения, содержащего драгоценные металлы.

Предприятие для переработки такого лома представляет собой трехэтажное здание общей площадью около 10 тыс. м². На первом этаже размещено дробильное оборудование, магнитные сепараторы, плавильные печи, в том числе подъемно-транспортные механизмы. На втором этаже размещено оборудование для гидрометаллургии. На третьем этаже – оборудование для аспирации процессов, научноисследовательские службы, административно-управленческий аппарат. На предприятии работает всего 20 человек. Программой фирмы предусмотрено ежегодно перерабатывать порядка 40 тыс. т лома, в том числе: 3 тыс. т компьютерного и электронного лома, 1 тыс. т гальванических элементов питания, 2 тыс. т катализаторов, 5 тыс. т прецизионных сплавов, 20 тыс. т шламов гальванического производства и др.

Следует отметить, что электронный лом, перерабатываемой фирмой «Inter Recycling», по составу существенно отличается от отечественного радиоэлектронного лома. Так, в 1 т «западного» компьютерного лома содержится более 700 г золота, а в 1 т лома отечественных телевизоров и другой РЭА содержится около 30 г золота и более 300 г серебра.

Фирма «Текоnу Sanso» (Япония) специализируется на технологии переработки малогабаритных двигателей, компьютеров, радиоэлектронного лома и пр., большое внимание уделяет процессу дробления, как определяющему эффективность и качество технологии.

Технологический процесс состоит из следующих основных этапов: сортировки, ручного демонтажа с помощью пневматического инструмента, прессования, трехстадийного низкотемпературного дробления (дробление (5 –25) мм, измельчение (0,3 –5) мм, микроизмельчение не более 50 мкм), магнитной и пневмовибросепарации. Фирма также располагает оборудованием для получения чистых материалов из концентратов первичной переработки лома (металл, пластмасса, резина) на основе процесса высокой очистки с повторным циклом. Производительность оборудования 150 кг/час.

Фирма «W. Hunter and Assiates Ltd» (США) предлагает технологический процесс восстановления драгоценных металлов из электронного лома (производительность линии 1 т/сут), который можно разделить на три основные стадии:

• предварительное отделение деталей, содержащих драгоценные металлы. Эту операцию осуществляют вручную с помощью ножниц гильотинного типа.
• сухое отделение и обогащение сырья, содержащее драгоценный металл. Эта стадия процесса полностью автоматизирована и включает серию отдельных операций, направленных на уменьшение размера частиц перерабатываемого материала до фракции менее 2 мм. Для обогащения фракции, содержащей драгоценный металл, применяют магнитную сепарацию, воздушную классификацию и вибрационный стол.

Мокрое обогащение на концентрационных столах, направленное на еще большее обогащение фракций, содержащих драгоценный металл.

После этого используют электрохимические процессы с целью восстановления золота из металлических материалов. Мокрый осадок, полученный в результате проведения указанного процесса, фильтруют, расплавляют и отливают в слитки. Эти слитки впоследствии поступают на плавильный завод, на котором осуществляется восстановление драгоценных металлов. Степень извлечения ДМ составляет 85…90 %.

Фирма «VЕВ» (Германия) осуществляет переработку печатных плат измельчением их в шаровой мельнице до крупности менее 1 мм, классификацию полученных фракций по слоям в вибропитателе и разделение металлов и неметаллов, электростатическую сепарацию.

Другая технология позволяет получать вторичные драгоценные металлы без разрушения керамических, стеклянных или других подложек микросхем.

Предлагается также раздельная регенерация печатных плат, проводников и сопротивлений. При этом платы микросхем с покрытием подвергают комбинированным процессам растворения, промывки, сушки и прокаливания, во время которых открытый металл дорожки проводника отделяют кислотами, а подложку промывают водным раствором, после чего погружают в раствор фторида аммония. Затем материал сушат и дополнительно прокаливают на воздухе. Технология может быть использована для всех многослойных схем и их элементов.

Способы извлечения золота из печатных плат с применением оловянного покрытия и без оловянного покрытия сводятся к травлению лома в растворе из смеси серной, азотной и соляной кислот. В результате травления получают концентрат, состоящий из хлопьев золота и маскировочного покрытия.

Устройство для извлечения золота и платины включает в себя резервуар, заполненный водным раствором серной кислоты и царской водки, и два перфорированных цилиндрических барабана, заполненных дроблеными отходами. Барабаны вращаются в растворе, при этом в раствор выщелачивается золото и платина. Степень извлечения металлов составляет 99 %.

Если лом представляет собой термосные колбы или сосуды Дьюара, используют водный раствор соли, дающий кислую реакцию. Серебро отделяется от стекла в виде хлопьев и удаляется затем из раствора методами сепарации.

По технологии исходное сырье, содержащее драгоценный металлы, сжигают или криогенно охлаждают, после чего его дробят и классифицируют на ситах с выделением фракции 0,2 –5,0) мм, рис. 40.

Из подрешетного продукта методом гравитационной сепарации выделяют тяжелую фракцию, содержащую благородные металлы, а надрешетный продукт подвергают магнитной сепарации. Из магнитной фракции продукта механическим способом выделяют концентрат благородных металлов. Из немагнитной фракции и тяжелой фракции, полученной при гравитационной сепарации, также получают некоторое количество благородных металлов путем их химической обработки и удаления цветных металлов и примесей.

Рисунок 40 – Технологическая схема переработки отходов с криогенным охлаждением и химической обработкой.

Для получения высококачественного концентрата с содержанием драгоценных металлов не ниже 95 % дополнительно проводят выщелачивание концентратов в неорганической кислоте.

По технологии фирмы «Galiка» (Швейцария) лом, например, телевизоров, дробят в молотковой дробилке на фракции до –100 мм. Дробильная установка проста по конструкции и может быть установлена на грузовике. Из дробленого продукта выделяется железо с помощью магнитного барабанного сепаратора, а узлы электронных схем и большие куски алюминия отбирают вручную с ленточного транспортера, поставляющего лом в плавильную печь. Плавку осуществляют во вращающейся барабанной печи.

Перед плавкой дно печи заполняют старым стеклом. В результате в процессе плавки расплавленное стекло создает защитный слой над расплавленным металлом, что препятствует испарению драгоценных металлов.

В процессе плавки содержание меди в печи должно быть определенным, так как медь хорошо коллектирует драгоценные металлы. Поэтому необходимо добавлять медьсодержащие отходы, в том числе и провода с изоляцией.

Вследствие того, что в магнитном сепараторе удаляется не все железо, оставшуюся его часть выжигают с использованием кислорода в процессе плавки. Для этого на 15 т расплавленной шихты требуется 150 кг жидкого кислорода.

В качестве горючего для печи может использоваться любое, в том числе отработанное, машинное масло и деревянные корпуса телевизоров. Газоочистка осуществляется с применением катализаторов. Отработанная тепловая энергия может использоваться повторно, например, для отопления квартир.

Выплавленный металл состоит в основном из меди с примесями драгоценных металлов. В последующем из него электролитическими методами выделяют сначала медь, затем золото, серебро, платину и палладий.

Шлаки, оставшиеся после плавки, состоят в основном из стекла. Эти шлаки после измельчения могут повторно использоваться в плавке или в стройиндустрии.

По технологии американских компаний исходное сырье может содержать лом в виде электродвигателей, генераторов, силовых щитов, реле и других электронных и электротехнических устройств, в которых кроме меди имеются алюминий, органические изоляционные материалы, железосодержащие материалы и в небольших количествах другие металлы, в том числе драгоценные.

Технология предусматривает криогенное охлаждение, несколько циклов измельчения, воздушной и магнитной сепарации. В качестве измельчителей в начальных стадиях используют молотковые дробилки, а в последующих стадиях для измельчения ковких материалов – роторные измельчители-грануляторы. Для сепарации практически всех видов получаемых продуктов (металлов и неметаллов) применяют виброгрохоты с воздушным псевдоожижением и концентрационные столы, также в режиме воздушного псевдоожижения. Технология энергоемкая из-за большой степени сокращения (в 100 и более раз) и решения сложной проблемы сепарации многокомпонентного лома.

По технологии фирмы «Lindemann», ФРГ гидравлическим грейфером лом загружают в наклонно расположенный загрузочный желоб и направляют в дробилку (Цердиратор-160). Дробленый материал виброконвейером подается на ленточный конвейер, с помощью которого направляется к воздушному сепаратору, где металлы очищаются от неметаллических материалов, после чего поток металлов поступает на барабан электромагнитного сепаратора. Здесь магнитная фракция отделяется в контейнер, а немагнитная попадает на сортировочный конвейер, где раскрытые цветные металлы сортируют вручную, после чего поток цветных металлов направляют на измельчение и ЭДС для разделения по видам металлов. Чистота получаемых металлов 85…90 %.

Проблема пылеулавливания технологической линии решена по так называемому принципу двухступенчатого отделения. Вовремя 1-й стадии отсасываемый воздух, содержащий пыль, предварительно очищается от крупной пыли и отходов в циклоне (методом центробежного отделения). Вовремя 2-й стадии часть потока предварительно очищенного воздуха проходит в мокрый скруббер – труба Вентури, рис. 41.

Технология предназначена для выделения цветных металлов из лома в гидроциклонах и включает в себя подготовительные операции дробления, магнитную сепарацию, грохочение и гидроциклонирование.

Измельченный материал крупностью менее 7 мм, из которого отделены ферромагнитные металлы, подается на батарею последовательно соединенных гидроциклонов, в которых материал разделяется по плотности с использованием только одной разделяющей среды.

Технология экологически чистая. Технологическая жидкость очищается от мелких твердых частиц в специальных концентраторах циклонного типа. При этом полученный концентрат также может рассматриваться как источник многокомпонентных отходов.

Рисунок 41 – Технологическая схема переработки электронного лома с воздушной и магнитной сепарацией

В настоящее время вторичные драгоценные металлы получают в большинстве случаев из многокомпонентного лома. Однако в связи со сложностью переработки такого лома появилась необходимость разработки новых технологий, позволяющих наряду с драгоценными металлами извлекать и другие металлы, содержащиеся в таком ломе (Sn, Pb, Си, А1, Ni, Co, Zn, легированные стали и т.д.). Извлечение и обогащение попутных металлов оказалось экономически рентабельным — в результате можно получать дополнительные доходы.

К трудно перерабатываемому многокомпонентному лому относится лом военно-технических средств, (ВТС); электронновычислительная аппаратура, электроаппаратура, различный брак и отходы электротехнической, электронной, автомобильной и машиностроительной промышленности.

Первичная обработка многокомпонентного лома обычно заключается в его фрагментировании, дроблении, измельчении, что обеспечивает разделение металлов и неметаллических компонентов с получением механической смеси. Если в составе лома имеются крупногабаритные предметы, необходимо предусмотреть эффективное оборудование для их разрезания на куски, поддающиеся дроблению. Для дробления лома часто необходимо иметь не одну, а несколько дробилок различных типов, в зависимости от физического состояния обрабатываемого лома.

Как правило, оборудование для переработки металлолома разработано на основе обогатительной техники. Однако при создании эффективной техники для переработки лома необходимо обладать знаниями о специфических свойствах лома, а также возможностью постоянного совершенствования оборудования на основе опыта его эксплуатации.

Технология комплексной переработки такого лома обычно включает в себя:

• демонтаж оборудования и предварительную сортировку элементов демонтажа, рис. 42-4.44;
• измельчение и сепарацию лома;
• получение чистых металлов и других продуктов, товаров народного потребления, а также использование полученного вторичного сырья в качестве добавки к первичному сырью.

 

Рисунок 42 – Блочный демонтаж лома радиоаппаратуры	Рисунок 43 – Поэлементный демонтаж аппаратуры

Рисунок 44 – Сортировка деталей по ДМ и физическому состоянию — покрытиям, металлам, видам напыления, видам разъемов и т.п.

Лом и отходы производства и потребления продукции радиоэлектронных и электротехнических отраслей промышленности – богатый источник цветных и драгоценных металлов. Содержание драгоценных металлов в электронном и электротехническом ломе не ниже, чем содержание этих металлов в руде. Особая ценность электронного и электротехнического лома состоит в том, что он является богатым источником драгоценных металлов, рис. 45.

Рисунок 45 – Посеребренные и позолоченные элементы РЭА после удаления компонентов, не содержащих ДМ (основа медные и алюминиевые сплавы)

Важным фактором, свидетельствующим о целесообразности переработки сложных отходов, следует считать также их вредное экологическое воздействие на окружающую среду. Сжигание отходов электронной и электротехнической аппаратуры приводит к загрязнению атмосферы дымовыми газами и вредными химическими веществами, содержащими хлористый и фтористый водород, сернистый газ, соединения свинца и цинка, фенол, этилхлоргидрат, которые являются токсичными веществами 1…3 классов опасности.

Технологии переработки электронного лома с комплексным извлечением компонентов.

Перспективными технологическими схемами переработки многокомпонентного лома являются такие технологии, в которых осуществляется первичная обработка лома механическими методами с целью получения концентратов составляющих компонентов этого лома

(черные, цветные, драгоценные металлы, пластмассы, дерево, стекло). Полученные металлические концентраты сплавляют в аноды и направляют на электролиз с селективным выделением драгоценных металлов, свинца и олова в шлам, меди — на катоде, а цинка, никеля и железа — в раствор. Дальнейшая переработка шлама позволяет получать находящиеся в нем металлы в виде металлических продуктов или солей. Отработанный электролит утилизируется путем его цементации с получением цементного осадка с высоким содержанием никеля, железа, цинкового купороса, пригодного для переработки.