Shredderüzem maradékanyagából származó vezető termék szétválasztása rézre és alumíniumra dúsító légáramkészülékkel. TDK dolgozat

Átírás

1 Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Előkészítéstechnikai Intézeti Tanszék Shredderüzem maradékanyagából származó vezető termék szétválasztása rézre és alumíniumra dúsító légáramkészülékkel TDK dolgozat Készítette: Dusik Ákos Környezetmérnöki MSc szak Környezettechnikai Szakirány Konzulensek: Prof. Dr. habil Csőke Barnabás egyetemi tanár Nagy Sándor: tanszéki mérnök Beadás dátuma: október 29. Miskolc, 2012

2 Eredetiségi nyilatkozat "Alulírott Dusik Ákos, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a dolgozatot saját magam készítettem, a benne leírt vizsgálatokat ha ezt külön nem jelzem magam végeztem el, és az ismertetett eredményeket magam értem el. Adatokat, információkat csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokból használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem." Miskolc, a hallgató aláírása Konzulensi nyilatkozat "Alulírott Nagy Sándor, a Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézetének tanszéki mérnöke a TDK dolgozatot beadásra alkalmasnak ítélem." Egyéb megjegyzések, ajánlás: Miskolc, a konzulens aláírása 2

3 TARTALOM 1. BEVEZETÉS SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS SZÉTVÁLASZTÁS ALAPELVEI SZEMCSÉK MOZGÁSA KÖZEGBEN SZEMCSÉK EGYÜTTÜLEPEDÉSE OSZTÁLYOZÁSI ALAPMODELLEK SZÁRAZ ÁRAMKÉSZÜLÉKEK ELLENÁRAMÚ LÉGOSZTÁLYOZÓK AZ ALUMÍNIM ÉS RÉZ TULAJDONSÁGAI, FELHASZNÁLÁSA SHREDDER MARADVÁNY FELHASZNÁLT BERENDEZÉSEK INTÉZETI KALAPÁCSOS SHREDDER ELLENÁRAMÚ LÉGÁRAMKÉSZÜLÉK KÍSÉRLETI VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEI MINTA ELŐKÉSZÍTÉSE, JELLEMZÉSE MINTAANYAG BESZERZÉSE MINTA ELŐKÉSZÍTÉSE A MINTA SZEMCSEMÉRET ELOSZLÁSA SZÉTVÁLASZTÁSI KÍSÉRLETEK VIZSGÁLATOK AZ 5 12mm-ES FRAKCIÓKKAL VIZSGÁLATOK A 12 20mm-ES FRAKCIÓKKAL VIZSGÁLATOK A 20 25mm-ES FRAKCIÓVAL VIZSGÁLATOK A > 25mm-ES FRAKCIÓVAL SZÉTVÁLASZTÁSI KÍSÉRLETEK KEVERT SZEMCSÉK ESETÉN ISMÉTELT FELADÁSSAL SZÉTVÁLASZTÁS EREDMÉNYE AZ 5 12mm-ES KEVERÉKEKBEN SZÉTVÁLASZTÁS EREDMÉNYE A 12 20mm-ES KEVERÉKEKBEN ÖSSZEFOGLALÁS KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS SZAKIRODALMAK ÁBRAJEGYZÉK

4 1. BEVEZETÉS A gépjárművek számának növekedése következtében megnőtt a száma az elhasznált járműveknek is. Az ilyen, életciklusuk végére ért autóroncsok potenciális veszélyt jelentenek a környezet számára. Az elhasznált járművek környezeti veszélyessége, valamit a primer nyersanyagok árának növekedése is egyértelműen abba az irányba mutatnak, hogy az autóroncsokat másodlagos nyersanyagforrásként, és bizonyos részeiben veszélyes hulladékként kezelni kell. A Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatójaként a 2011/2012 tanév tavaszi szemeszterében, és az ezt követő nyári gyakorlaton sikerült megismerkednem ezen típusú hulladékok feldolgozásával, valamit a maradékanyagok további szeparálásával, kezelésével. A roncsautók kezelésére számos technológia épült ki (1.ábra) az elmúlt évtizedekben. Általánosságban elmondható, hogy a veszélyes folyadékok eltávolítását és egy kézi előbontást követően a hulladékot shredderezésnek vetik alá. Az aprítás célja az alkotók feltárása, a fémfrakció leválaszthatóságának biztosítása. Az aprított hulladék egy teljes technológia soron halad át, ahol leválasztják a komponensek jelentős részét, de még ezt követően is keletkezik maradékanyag, ún. shredder maradvány. Ez főként műanyagból, gumiból, textilből, üvegből és csekély mennyiségű maradék fémből áll. A következő ábra egy lehetséges shredderüzem elrendezést mutat be: 1. ábra: autó shredderüzem lehetséges elrendezése (Granata, 2006) 4

5 A maradék fém, és a hasznosítható műanyag frakciók további kinyerésére épült egy újabb technológia az Alcufer Kft. fehérvárcsurgói shredderüzemében. Ez az új üzem a RECYTECH projekt (NTP-TECH_08_A4) során kidolgozott technológián alapul, kifejezetten az ottani shredderüzem maradékanyagának feldolgozására. A maradékanyagban található réz és alumínium szemcsék általában egy helyen lépnek ki a technológiából ún. vezető termékként. A vezető termék ennek köszönhetően egy kevert anyagot jelent, mind anyagi összetételét, mind szemcseméretét és alakját tekintve. A fémhulladékok további feldolgozása, valamint gazdasági szempontból is fontos, hogy tiszta, egykomponensű fémtermékeket állítsanak elő. Ilyen fémtermékek előállítása száraz úton is lehetséges légáramkészülékek segítségével. A következő egyszerűsített ábra a shredderüzemből kilépő anyagáramokat, ill. a maradékanyag további útját szemlélteti: Autó shredder üzem Könnyűtermék (shreddermaradvány) Ciklonpor Vas Vezető termék Al / Cu Új feldolgozómű a shreddermaradványra Műanyag, Gumi Durva termék, Vezető termék Al / Cu 2. ábra: shredderüzem egyszerűsített anyagáramai Vizsgálataim elsősorban arra irányultak, hogy a vezető termék alumínium és réz frakciókra történő bontása hogyan valósítható meg száraz, félüzemi körülmények között, ellenáramú légáramkészülékben. A vizsgálataimat modellanyagokkal végeztem, mivel ilyen fémtermékek még nem voltak elérhetők, ugyanis a maradványanyag feldolgozására szolgáló üzem még nem működött. Ahhoz, hogy a vezető termék viselkedését szimulálni tudjam a légáramkészülékben, szükséges volt a shreddermaradványból vett mintaanyagot az új üzem technológiájának megfelelően feldolgoznom. A shredderüzemben vett mintákat 5

6 előkészítettem szétválasztásra (aprítás), és az előkészített mintára végeztem különböző eljárás-technikai elemzéseket (szemcseméret-elemzés, alakvizsgálat, fémösszetétel). Méréseim során vizsgáltam, hogy a vezető termékben található réz és alumíniumszemcsék sűrűségkülönbsége lehetővé teszi-e a légáramban történő szeparálást, ill. ehhez milyen légsebességek szükségesek. Továbbá szisztematikus szétválasztási kísérleteket végeztem szemcseméret- és alakosztályonként, ill. az anyag-fajtánkénti feladás, és a berendezés üzemi paraméterei által előállt változásokat is vizsgáltam. A szétválasztott frakciókat szétválogattam, lemértem tömegüket, és a kiértékeltem az eredményeket. A kiértékelt adatok alapján következtetések vonhatók le ezen típusú hulladékok viselkedésére és szétválaszthatóságára ellenáramú légáramkészülékben. 6

7 2. SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS Ebben a fejezetben a légáramban történő szétválasztást tekintem át. Ismertetem a szétválasztás fizikai alapelveit, valamint a száraz áramkészülékek néhány típusát, azok működését. Továbbá taglalom az alumínium és a réz tulajdonságait, azok jelentőségét, valamit a shreddermaradvány helyzetéről teszek említést. Ezen fejezet elkészítéséhez egyaránt felhasználok hazai és külföldi szakirodalmakat SZÉTVÁLASZTÁS ALAPELVEI Az eljárástechnikában számos módon megvalósulhat a szemcsék osztályozása. Az elválasztás alapja általában valami fizikai-tulajdonságbeli eltérés. A szitálásnál főként a szemcsék eltérő méretét használjuk ki, és ez alapján osztályozzuk az anyagot. Az áramkészülékekben a szétválasztás alapja, hogy a különböző méretű és közel azonos sűrűségű, vagy a hasonló méretű és eltérő sűrűségű szemcsék az áramkészülék által generált gravitációs vagy/és centrifugális erőtérben másképp mozognak. Az áramkészülékekben a szétválasztás vagy folyadékban, vagy gáz közegben (levegőben) történik, valamint a közeg lehet álló, vagy mozgatott (Schultz, 1990). Áramkészülékek esetében olyan gépészeti berendezésekről beszélünk, ahol az anyag durva és finom termékre ill. kis sűrűségű és nagy sűrűségű termékekre válik szét az eltérő süllyedési végsebességnek és az eltérő mozgás-pályájuknak köszönhetően (Schultz, 1990). Ezekben a berendezésekben nagy jelentősége van a szemcsék méretének, sűrűségüknek és alakjuknak, ami az elválasztás alapját is jelentheti. A szitálásnál a szemcsék sűrűsége nem befolyásolja jelentősen a szétválasztást, valamit a szemcsealak is másodlagos. Az áramkészülékekben ezek a tulajdonságok előtérbe kerülnek (Schultz, 1990) SZEMCSÉK MOZGÁSA KÖZEGBEN Ha egy szemcsét egy elegendően nagy térfogatú közegben elengedünk, akkor a közeg sűrűségétől függően az erőtér irányába elkezd mozogni, és mindaddig gyorsul, míg a fellépő erők között be nem áll az egyensúly. Mikor a szemcse sebessége már állandó, és a gyorsulás gyakorlatilag zérus, akkor elérte az ún. süllyedési végsebességét. Ez egy elméleti 7

8 végsebességet jelent, ugyanis a szemcsék végtelen idő után érnék el a valódi végsebességüket, viszont a valóságban a kis szemcseméretű anyagok nagyon rövid idő alatt rendkívüli mértékben megközelítik ezt a sebességet. A süllyedési végsebesség tehát az adott szemcsére jellemző tulajdonság, az a legnagyobb sebesség, amire adott közegben, zavartalan esése során szert tehet (Schultz, 1990). Mivel a süllyedési végsebesség több tényezőtől függ, ezért pontos kiszámítása nagyon bonyolult, mindmáig csak olyan gömbre sikerült pontosan kiszámítani, aminek sima a felülete és nyugvó közegben mozog, minden más esetben közelítő faktorokat (alakfaktor, stb.) rendelnek az adott szemcsékhez, és ezen faktorokkal kiegészült képletek segítségével közelítik az értékét. 3. ábra: szemcsemozgás gravitációs erőtérben, nyugvó közegben (Csőke, 2011) Egyes áramkészülékekben nem a nehézségi erőtérben, hanem a c=rω 2 =v 2 /R gyorsulású centrifugális erő hatására történik a szétválasztás. A centrifugális erőtérben jóval nagyobb ülepedési végsebességek érhetők el (c/g = Rω 2 /g ill. v 2 /Rg-szer nagyobb süllyedési végsebességek), mely kis szemcsék leválasztása esetén előnyt jelent, valamint így módon kisebb tartózkodási idő elegendő és kisebb készülékek alkalmazhatók (a teljesítmény megnő) (Tarján, 1978). 4. ábra: szemcsemozgás centrifugális erőtérben, nyugvó közegben (Csőke, 2011) 8

9 SZEMCSÉK EGYÜTTÜLEPEDÉSE Azok a szemcsék ülepíthetők együtt, melyeknek ugyanazon közegben és erőtérben egyezik a süllyedési végsebességük. Az együttülepedés szerinti osztályozásnál ez több módon is megvalósulhat (Tarján, 1978). Az egyszerű áramkészülékekben általában két osztály áll elő. A süllyedési végsebesség alapján, ami az elválasztási szemcseméretnek felel meg, az anyag egy ettől kisebb és nagyobb sebességű részre bontható. Azonos sűrűségű szemcsék (ƍ 1 =ƍ 2 ) feladása esetén ez a két sebességosztály megfelel két szemcseméret-osztálynak (Schultz, 1990). Azonos szemcseméret-tartományba (x 1 =x 2 ) eső szemcsék esetén az együttülepedés szerinti osztályozás fajsúly szerinti szétválasztáshoz vezet (Tarján, 1978). Abban az esetben, ha olyan anyagot adunk fel, melynek szemcséi különböző sűrűségűek, akkor azonos szemcsealak esetén a nagyobb sűrűségű anyag kisebb szemcséi együtt fognak mozogni a kisebb sűrűségű anyag nagyobb méretű szemcséivel, ennek köszönhetően több elválasztási szemcseméretet kapunk. Ezekből a szemcseméretekből számítható ki az ún. együttülepedési hányados, mely lamináris áramlási viszonyok esetén levegőben: x 1 /x 2 = (ƍ 2 /ƍ 1 ) 1/2 ; turbulens áramlási viszonyok estén levegőben: x 1 /x 2 = (ƍ 2 /ƍ 1 ). A hányadosok számítási módja alapján belátható, hogy a kis szemek lamináris áramlási tartományában a szemcsesűrűség kisebb mértékben módosítja az együttülepedési hányados értékét, mint turbulens tartományban (Schultz, 1990). A hátráltatott ülepedési hányadost levegő közegre nem értelmezzük (Schultz, 1990) OSZTÁLYOZÁSI ALAPMODELLEK Nyugvó közegben az együttülepedési törvények jelentik a szétválasztás alapját. Mozgó közegben ez módosul, hiszen a térerő irányával nem párhuzamosan mozgó közegben az együttülepedő szemcsék azonos, míg a nem együttülepedő szemcsék ettől eltérő pályákat írnak le. Mozgó közegben ez az alapja a szétválasztásnak ill. az osztályozásnak (Schultz, 1990). 9

10 A kisméretű ill. a kis fajsúlyú szemcsék kis tehetetlenségükből adódóan a közeg áramvonalaival együtt mozognak, pályájuk attól általában kismértékben tér el. Osztályozásnál ez előnyt jelenthet, de előfordulnak esetek, amikor a nagyon finom szemek elválasztása a légáramtól nehezen kivitelezhető (Schultz, 1990). Ahhoz, hogy az osztályozás minél inkább megvalósuljon, törekedni kell az osztályozótérben kialakuló koncentrációk helyes megválasztására, valamint a készüléket úgy kell kialakítani, hogy a feladás egyenletes legyen. Gyakran célszerű lehet adagolóberendezések alkalmazása is. Fémszemcsék estében a tapadási hajlam nem jellemző, különösen a nagyobb szemcseméret-tartományokban. A finomabb tartományban található drótszálak és a sok kiálló élet tartalmazó szemcsék összegabalyodhatnak, így romolhat a szétválasztás. Más jellegű anyagok feladása esetén a finom szemcsék tapadási hajlamára oda kell figyelni. Levegő közegben ezt a hatást ásványos szemcsék esetében nehéz megelőzni vagy megszüntetni. 5. ábra: szeparációs zónák: (a) gravitációs ellenáramú szétválasztási zóna, (b) gravitációs keresztáramú zóna, (c) centrifugális ellenáramú zóna, (d) centrifugális keresztáramú zóna (M. Shapiro és V. Galperin, 2005, nyomán) Az áramkészülékek között a feladás és a térerő egymáshoz viszonyított helyzete alapján különböző típusokat különböztetünk meg. Ha térerőre merőlegesen síkban mozog a feladott anyag, akkor felületi áramkészülékről, ha a térerővel ellentétes irányban, akkor ellenáramú áramkészülékről beszélünk. A felületi áramkészülékek tovább csoportosíthatók lamináris és turbulens típusokra az áramlás jellegétől függően. Mivel vizsgálataim során 10

11 ellenáramú légáramkészüléket használtam, ezért a továbbiakban az ellenáramú szétválasztást részletezem. Ellenáramú szétválasztás: Az ellenáramú áramkészülékekben az áramló közeg az erőtér irányával ellentétesen mozog v sz sebességgel. A feladás a készülékek középmagasságában történik, itt kerül be az anyag a szétválasztótérbe. A feladott anyag, ami nedves áramkészüléknél zagy ill. szuszpenzió, száraz áramkészüléknél aeroszol szemcséinek abszolút sebessége a következőképp áll elő: v a = v o v sz, v a : abszolút sebessége a szemcsének, v o : süllyedési végsebessége az adott szemcsének, v sz : a közeg szállítósebessége (Schultz, 1990). ahol: A pozitív abszolút sebességű szemek az erőtér irányában fognak távozni az osztályozótérből, tehát kiülepednek, kihullnak. A negatív abszolút sebességű szemek az erőtérrel ellentéte irányba fognak mozogni, őket a közeg fölfelé kiviszi az osztályozótérből. Azoknak a szemcséknek melyeknek 0, vagy ahhoz közeli az abszolút sebességük, azok az elválasztási szemcseméret vagy szemcsesűrűség tartományában vannak. Ezek a szemek gyakorlatilag lebegnek az osztályozótérben, ill. a kissé eltérő sebességűek nagyon lassan mozognak. Előfordulhat, hogy az osztályozótérben az ilyen szemek koncentrációja megnő megfelelő mennyiségű anyag feladása esetén. Ezt mindenképp célszerű elkerülni, mert az elválasztás élessége erősen romolhat, ha sok a lebegő szemcse. Az áramkészülékekben ezt úgy kerülik el, hogy rövid osztályozótereket alkalmaznak, ill. az e fölötti kihordó szakasz szűkül, így nő az áramlási sebesség, ennek köszönhetően pedig a könnyűtermék gyorsabban távozik (Tarján, 1978) SZÁRAZ ÁRAMKÉSZÜLÉKEK A száraz áramkészülékeket főként ásványos anyagok és hulladékok osztályozására használják, ahol fontos szempont az anyag szárazon tartása a további felhasználás érdekében, valamint szeretnék elkerülni a vízfelhasználást és iszapképződést ill. a 11

12 technológia fagyveszélynek van kitéve. (pl. cementgyártás, elektronikai és fémhulladékok száraz szétválasztása) (Tarján 1978). A száraz osztályozó áramkészülékeket alapvetően a következő csoportokba sorolhatjuk: a közeg mozgása szerint lehetnek: zárt és nyitott folyamatúak, a feladás és a közeg egymáshoz viszonyított iránya szerint: vízszintes és ellenáramú, vízszintes (merőleges) áramlású osztályozók: keresztáramú légszeparátor, cikk-cakk légosztályozó, szórótányéros légosztályozó (ennek speciális kialakítású változata a Heyd osztályozó), ellenáramú osztályozók: ellenáramú szeparátor, gyorsosztályozók, fluidizált ágyas ellenáramú szeparátorok a fennálló erőtér alapján pedig: gravitációs és centrifugális berendezések, gravitációs osztályozók: Ez alapján a csoportosítás alapján ide tartoznak az előző kategóriában felsorolt merőleges és ellenáramú osztályozók. centrifugális légosztályozók: centrifugális cikk-cakk légosztályozó, ellenáramú centrifugális légszeparátorok (Alpine légosztályozó), porciklon mozgó alkatrésszel rendelkező, ill. nem rendelkező berendezések (ezek több másik kategóriába is besorolhatók) (Schultz, 1990). Mivel dolgozatom főként az ellenáramú légáramkészülék alkalmazási lehetőségeit taglalja, ezért a következő fejezetben ezeket a típusú berendezéseket részletezem ELLENÁRAMÚ LÉGOSZTÁLYOZÓK Az ellenáramú berendezések egy vagy több függőleges osztályozótérből állnak. A feladás oldalról kerül be az osztályozótérbe, ahol függőleges a légáram. Eredetileg ezek a berendezések is finomabb szemcseméretű anyagok szétválasztására lettek kifejlesztve. Általában 0,3 és 0,6mm közötti szemcseméret-tartományban, és viszonylag kis, 0,5 kg/m 3 es porterhelés mellett választanak szét jól. Gyakran alkalmazott ellenáramú berendezések az ún. gyorsosztályozók. Finom szén 0,3-0,5 mm-nél történő portalanítására tervezték őket. A berendezésbe alulról lép be a levegő, melynek áramlását szitalappal teszik örvénymentesé. A bunker, ami itt felül van elhelyezve, a hozzá kapcsolódó sima henger az egyenletes adagolást, míg az alattuk lévő bordás henger az anyag fátyolszerű 12

13 szétszóródását biztosítja. A finomabb szemcseméretű anyag a feladás pályájából kilép, azt a légáram magával ragadja, majd a szétválasztóteret elhagyva, általában porciklonnal választják le a légáramból. A nagyobb szemcsék belépve a légáramba leesnek a készülék falára, és lecsúsznak, majd a légárammal szemben lehullnak az osztályozótérből. Az osztályozótér nagy kopásnak van kitéve a légáramban mozgó szemek, valamint a falon lecsúszó nehéztermék által, ezért általában kopásálló anyaggal bélelik ki. 6. ábra: ellenáramú légáramkészülék (Csőke, 2009) és fluidizált ágyas légszeparátorok vázlata, (a) egyszakaszú, (b) kétszakaszú, (c) és (d) folyamatos üzemű (M. Shapiro és V. Galperin, 2005, nyomán) A készülék érzékeny a feladott anyag nedvességtartalmára, ha szenet adnak fel, akkor általában törekednek a 6% alatti felületi nedvességre. Az osztályozás élességnek növelése érdekében a feladott anyagot gyakran kényszerpályára terelik, így az fellazul. Erre a feladatra a légáramba beépített szitalapokat használnak. A szitán a levegő függőlegesen, az anyag szintesen vagy kis hajlásszögben halad át. Ennek köszönhetően az anyag szinte fluidizálódik és mozgékony tömeggé válik, ami szétterül (Csőke, 1995). Kialakítástól függően megkülönböztetünk mozgószitás légosztályozókat, valamint álló szita beépítése esetén, ahol a légáram pulzál, állószitás légosztályozóról beszélünk. A szitalapok beépítése esetén az éles elválasztás feltétele az anyag egyenletes szétterítése a szitafelületen, ezért a beépített szitalapokat erre méretezik, valamint lüktető légáram esetén az áramlástani feltételeket is így választják meg (Schultz, 1990). A hagyományosnak mondható ellenáramú légáramkészülékek gyakran alkalmazott berendezések a hulladék-előkészítésben. Jól alkalmazhatók elektronikai hulladékok 13

14 sűrűség szerinti szétválasztására vagy építési hulladékok azonos szemcseméretű részében a beton és tégla szeparálására. Autó shredder hulladékok esetében az azonos méretű műanyag és fém hulladékok szétválasztására is alkalmazható (Csőke és társai, 1995). Az ellenáramú légszeparátoroknál az eltávolítandó finomrész döntő jelentőségű, erre méretezik a berendezéseket. A méretezésnél fontos paraméter a levegő által maximálisan hordozható anyagmennyiség ismerete, mely függ a kritikus szemcsék számától, a szemcsék felületi nedvességétől, a levegő páratartalmától és a közeg hőmérsékletétől is függ. A maximálisan hordozható anyagmennyiség ismeretében kell megválasztani a percenkénti minimális levegőmennyiséget, valamint az osztályozótér hidraulikus sugarát, ami a keresztmetszet és a kerület hányadosa. A tényleges levegőmennyiséget kicsivel nagyobbra szokták beállítani, hogy az anyag minőségi és mennyiségi ingadozása ne okozzon problémát a szétválasztás során (Tarján, 1978) AZ ALUMÍNIM ÉS RÉZ TULAJDONSÁGAI, FELHASZNÁLÁSA Az alumínium és a réz világszerte a második és harmadik leggyakrabban előállított fém a vas (acél) után. A réz a legrégebbi fémek közé tartozik, amit az emberiség valaha is felhasznált, ehhez képest az alumínium felhasználása egy nagyon rövid történettel rendelkezik. A réz tulajdonságainak köszönhetőn olyan helyeken kerül felhasználásra, ahol viszonylag hosszabb életciklussal kell számolni az alumíniumhoz képest (alumínium italos palackok). Ma már több metallurgiai eljárás is rendelkezésre áll hogy mindkét fémet újra fel lehessen használni. A kohászati eljárások mindkét fém estén kiforrottak, valamint a két iparág sokat tanult egymástól az idő folyamán. A primer ércek feldolgozásához képest itt jelentős költségcsökkenéseket lehet elérni (B. Friedrich, C. Krautlein, 2004). A szekunder fémek egyik jelentős forrása az autóshredder üzemek által visszanyert fémhulladék. A két fém leggyakrabban együtt mozog a technológiában, ahol kézi válogatással a nagyobb darabokat különválogatják ill. a vezető termékeket leválasztják. 14

15 7. ábra: autóshredderüzem maradékanyagában található aprított alumínium, vörös és sárgaréz szemcsék (Saját fotók) Az autóshredder üzemek maradékanyagában is található csekély mennyiségű aprított réz és alumínium, amit megfelelő technológia alkalmazásával érdemes visszanyerni. Ahhoz, hogy az alumínium és réz különválasztásához technológiát tudjunk kialakítani, a két fém tulajdonságbeli eltéréseire hagyatkozunk. A két fém közötti legfontosabb fizikai tulajdonágbeli eltéréseket mutatja a következő táblázat: 1. táblázat: alumínium és réz legfontosabb fizikai sajátságai (B. Friedrich, C. Krautlein, 2004) tulajdonság alumínium (nagy tisztaságú) réz (nagy tisztaságú) sűrűség 2698kgm kgm -3 olvadáspont 660 o C 1084 o C nyúlási modulus 70,3 GPa 128 GPa nyírószilárdság MPa MPa Elektromos vezetőképesség 40MS 64,5MS Hővezető képesség 237Wm -1 K Wm -1 K -1 Elektromos vezetők./sűrűség 14,8*10-3 MSm 3 kg -1 7,2*10-3 MSm 3 kg -1 Hővezető k./sűrűség 87,8*10-3 Wm -1 K -1 m 3 kg *10-3 Wm -1 K -1 m 3 kg -1 A fő hasonlóság a két fém között a kimagasló hő és elektromos vezetőképesség. Habár a réz 50%-al jobb vezető, mint az alumínium, a vezető/sűrűség arány az alumínium kedvező sajátossága. Ez különösen fontos jelentőségű olyan helyeken, ahol könnyű anyagot kell alkalmazni jó hőcserélő képességgel, mint például az autó hőcserélője ill. hűtője. A magasabb hőmérsékletű, és állandó hőhatás esetén a réz jobb választás lehet (B. Friedrich, C. Krautlein, 2004). Az alumínium és a réz felhasználása: Az alumínium felhasználása napjainkban növekvő trendet mutat, amihez társul egy nagyon magas minőségi követelmény is. Ilyen magas minőségű alumíniumból készülnek az alumínium italos dobozok, az alumínium fóliák, lapok valamint a CD-anyagában is megjelenik. A többrétegű csomagolóanyagok esetében megjelenő alumínium rétegvastagsága napjainkban <300 μm. Az alapanyag felhasználás több mint 60% 15

16 csomagolási célokra irányul. Ennek a legnagyobb része alumínium fólia, melyet ételcsomagolásra, italos dobozokra, és többrétegű csomagolóanyagok (tetra-pack) előállítására használnak fel. Sok esetben a kisebb, mint 10 μm-es lyuk a fóliákon már hibás terméket eredményez (B. Friedrich, C. Krautlein, 2004). 8. ábra: high-tech felhasználásai az alumíniumnak és a réznek (B. Friedrich, C. Krautlein, 2004). Az alumínium felhasználása az autóiparban is jelentős mértékben növekszik. Napjainkban a motorblokkok ötvözeteinek alapját is egyre gyakrabban az alumínium képezi. A karosszéria elemeiben is egyre több az alumínium a súlycsökkentés érdekében. Egyre gyakrabban hallani alumínium vázszerkezetekről, melyek nagy merevségük ellenére jóval könnyebbek acél társaiknál. Az autó felfüggesztésének elemeiben is egyre gyakrabban találunk alumínium tagokat. A réz fő felhasználási területe az elektromos berendezések vezető részé. A mindennapi háztartási berendezések nagy részében réz vezetékek találhatók, valamit rézből készülnek az elektromos árammal kapcsolatos alkatrészeik. Itt is magas minőségű alapanyagokra van szükség a jó vezetőképesség érdekében, akár extrém hőmérsékletek esetében is (B. Friedrich, C. Krautlein, 2004). Jelentős a réz felhasználása a mikroelektronika iparágaiban, valamint a nyomtatott áramkörök esetében. Az autóiparban főként az autó elektromos részeihez kapcsolódó berendezések készülnek rézből. A motortérben található, különböző folyadékokat szállító vezetékek egy része is réz. Egy családi autóban az elektronikus és az elektromos árammal működtetett kiegészítőknek köszönhetően a réz huzalok hossza manapság körülbelül egy kilométer, míg ötven évvel ezelőtt átlagosan 45 métert tett ki. Az elektromos és hibrid hajtások fejlődésével a rézfelhasználás további növekedése várható. Egy átlagos autó napjainkban 20-25kg fém rezet és rézötvözetet tartalmaz. 16

17 2.4. SHREDDER MARADVÁNY Az Európai Unióban 8-9 millió tonna tömegű roncsjármű kerül ki a forgalomból. Ezeknek a roncsoknak az átadását átvevőhelynek, bontósnak vagy hulladékkelezőnek törvény teszi kötelezővé a tagállamokban, valamint a közterületeken talált autóroncsok esetén is bejelentési kötelezettségünk van az illetékes hatóságnak. Mind az EU-ban, mind világszerte elmondható, hogy ezeket a hulladékokat autó shredder üzemekben dolgozzák fel. Ilyen üzem található Magyarországon is az ALCUFER Kft. fehérvárcsúrgói telephelyén, mely az ilyen típusú hulladékok anyagában történő újrahasznosítására törekszik. Jelenleg az elhasznált gépjárművek, autóroncsok 75% (összes súlyra vonatkoztatva) van anyagában újrahasznosítva az EU tagállamaiban. A technológiák maradékanyaga, az ún. autó shredder maradvány 25-30%-ot jelent erre a felhasznált mennyiségre vonatkoztatva. Ez a maradék főként műanyagból, szövetből, fémekből, üvegből, autógumikból és egyéb gumikból áll valamint ásványos részek (kövek) is találhatók benne (G. Granata és társai, 2006 és P. Lukács, 2009). 9. ábra: shredder maradvány ( Köszönhetően ennek a magas fokú heterogenitásnak, ezen típusú hulladékok a legtöbb tagállamban a speciális hulladék ill. a veszélyes hulladékok kategóriába vannak besorolva az adott összetételtől függően. Mindazonáltal ilyen hulladéklerakó kategóriába kellene őket elhelyezni, ami mindenképp elkerülendő (G. Granata és társai, 2006). A 2000-ben kiadott EU- direktívák alapján 2015 januárjára a következő állapotoknak kellene megvalósulni: 17

18 Az életciklusának végére ért járművek (end of life vehicle; ELV) alkatrészeinek minimum 95%-át eredeti célra újra kellene használni, vagy visszanyerni anyagában. Az életciklusának végére ért járművek minimum 85%-át vissza kéne nyerni és újrahasznosítani anyagában (G. Granata és társai, 2006, P. Lukács és F. Ronkay 2009). Az anyagok közvetlen visszanyerése itt a szárazra hozást jelenti, mely a gumiabroncsok, hűtőfolyadékok, fék és motorolajok, üzemanyag visszanyeréséből áll, valamint az akkumulátorok és elemek eltávolításából. További visszanyerést jelent a shrederezett és válogatott fémek visszanyerése, ami 75%-ot jelent, és a fémkohászat számára megjelenik másodnyersanyagként. A shredder maradvány is még rengeteg hasznosítható anyagot tartalmaz. Az utóbbi időben erre a típusú anyaghalmazra is technológiák épülnek. Sok esetben a maradék fém kinyerése gazdaságos lehet, valamint bizonyos sűrűségű műanyagfrakciók viszonylag tiszta leválasztása is megvalósulhat. Mivel nagy fűtőértékű hulladékról van szó, ezért cementgyári beadagolásra és szintézisgáz előállítására is alkalmas az anyag (G. Granata és társai, 2006). 3. FELHASZNÁLT BERENDEZÉSEK Méréseimet a Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet laborjaiban végeztem. A vizsgálatokhoz szükséges volt előkészítenem a mintaanyagot, mely magában foglalja az aprítást. Az aprításhoz az intézetben található kalapácsos shreddert használtam, melyet a következőkben ismertetni fogok. A méréseimhez egy ellenáramú légáramkészüléket használtam, amit szintén bemutatok ebben a fejezetben INTÉZETI KALAPÁCSOS SHREDDER A fémhulladék aprításához egy AGJ UKM 40/20-as típusú félüzemi kalapácsos shreddert használtam. A berendezés a jászberényi aprítógépgyárban készült. Eredetileg ez 18

19 a típus kalapácsos malom volt, de az intézetben átalakításra került sor. Az átalakítások során ülőket építettek be a berendezésbe, így az ütési, ütközési igénybevételek mellett a nyíró igénybevétel is jelentős a berendezésben. 10. ábra: kalapácsos malom páncélzatába beépített ülők (Csőke B., 2009); félüzemi kalapácsos shredder; porleválasztással és adagolóval ellátott intézeti berendezés (Nagy S.,2010) A berendezésbe bekerülő anyag először ütközik a nagy kerületi sebességgel forgó kalapácsokkal, majd a törőtér páncélzata és a kalapácsok közötti ütési üközési igénybevételek hatnak rá. A berendezésbe körbehaladó anyag az ülők mentén erős nyíró igénybevételnek van kitéve, ahol mindaddig aprózódik, míg az alsó szitarácson a méretcsökkenésből adódóan elhagyják a szemcsék a törőt. A törőház belseje mindenhol cserélhető páncélzattal van ellátva, melyet igénybevételtől függően időnként cserélni szükséges. A berendezés rotorja kalapácstartó tárcsákból áll, melyek a furataikon áthaladó közös csapokkal rögzítik a kalapácsokat. A rotor meghajtása közvetve, ékszíjtárcsák közvetítésével, elektromotorral történik. Az alsó szitalap cserélhető, ezáltal megválasztható az aprítási szemcseméret (AGJ aprítógépgyárak). A berendezésre óránként feladható anyag mennyisége kis és közepes keménységű anyagok esetén átlagosan 0,5t, bizonyos esetekben még ettől is több lehet. A tömör fémhulladék aprítása során ettől lényegesen kisebb anyagáramokat mértünk, mely 70kg/h körül alakult feladástól függően. Maga a rotor 400mm hosszúságú és 200mm átmérőjű, mely 50Hz-es hálózattal működtetett motor esetén 35,71m/s kerületi sebességgel forog. A meghajtó elektromotor egy 15kW-os, 1440 f/perc (50Hz) teljesítményű egység. A berendezés teljes tömege motorral közelítőleg 850 kg (AGJ aprítógépgyárak). 19

20 Átlagos légsebesség [m/s] 3.2. ELLENÁRAMÚ LÉGÁRAMKÉSZÜLÉK A légáramkészülékhez kapcsolt ventillátort frekvenciaváltó beiktatásával szabályoztam. Meghatároztam az adott frekvenciaértékekhez (n) tartozó átlagos légsebességeket (v á ), a kapott értékekre egyenest illesztettem, melynek egyenlete: v á = 0, n + 0, A szétválasztási kísérletek során 30, 35, 40, 45 és 50 Hz frekvenciát alkalmaztam a ventilátor forgatásához. A légsebességek megállapításához Prandtl-csövet használtam, ami egy digitális légnyomásmérőhöz kapcsolódik. A különböző frekvenciákhoz a következő légsebességek társulnak: frekvencia [Hz] légsebesség [m/s] 30hz hz hz hz hz Keresztmetszet: elszívócsõ átmérõjére szûkítve; Ventillátor védelem: ritka fémháló; Frekvencia [Hz] 11. ábra: szétválasztó térben előálló légsebességek a ventillátoron beállított frekvenciák függvényében 12. ábra: ellenáramú légáramkészülék szétválasztótere és közegáramlást biztosító ventilátor motorral (Saját fotók) A légsebességek pontos meghatározása előtt több próbamérést is készítettem, melyek alapján nyilvánvalóvá vált, hogy a berendezésben nem áll elő 40 m/s légsebesség, 20

21 ami a számításaim során az alumínium szemek süllyedési végsebességével (turbulens tartományban 10mm-es gömb szemcsére 25,75m/s, 30mm-es gömb szemcsére 44,6m/s) egyezik meg. Ahhoz, hogy az előbbiekben ismertetett légsebességek előálljanak a megfelelő frekvenciáknál, átalakításokat végeztem a berendezésen. Az egyik ilyen átalakítás volt a ventilátor védőrácsának eltávolítása, amit egy jóval kisebb légellenállású, ritka fémhálóra cseréltem, így 2-3m/s-al nőtt a légsebesség a különböző frekvencia-tartományokban. Az elválasztótérbe a légsebesség növelése érdekében szűkítéseket helyeztem el, melyek az elszívócső keresztmetszetére (80mm) szűkítik a berendezés kivezetésénél a hasznos keresztmetszetet. Az elválasztótér felülete a feladás kersztmetszetében 91cm 2 re szűkült. Az elválasztótér fölött, közvetlenül a kivezetésnél az elszívás egy könyökkel csatlakozott, ami hátrányosan befolyásolta az elválaszótérben kialakuló áramlástani viszonyokat. Ez azt jelenti, hogy a légsebesség nem volt egyforma a berendezésben, hanem az áramlás egy S pályát írt le, a könyökben áthaladó levegő miatt. Ezt a hatást sikerült megszüntetni úgy, hogy az elszívócsövet az elválasztótérrel párhuzamosan meghosszabbítottam, így a hosszú egyenes csőszakaszban kiegyenlítődött a légsebesség, a levegő áramlását befolyásoló könyök pedig jóval távolabb került a szétválasztótértől. A légsebességek meghatározását az elválasztótér plexi falán készített furatokon keresztül végeztem, a különböző pontokban kapott értékeket pedig átlagoltam. 13. ábra: a teljes berendezés adagolóval (Saját fotók) 21

22 4. KÍSÉRLETI VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEI Ebben a fejezetben a mintaanyaggal elvégzett szétválasztási kísérleteket ismertetem. Kitérek a mintavételre, valamint a minta előkészítésére, elemzésére. Ezt követően a légáramkészülékkel végzett szisztematikus méréseimet ismertetem. Az eredményeket különböző táblázatokban összefoglalom, valamint ábrákkal szemléltetem MINTA ELŐKÉSZÍTÉSE, JELLEMZÉSE MINTAANYAG BESZERZÉSE A réz-alumínium mintát az ALCUFER Kft. fehérvárcsurgói telepéről származnak. A mintavétel során a felhalmozott könnyűtermék halmazból kézzel válogattunk ki 135 kg mennyiségű, túlnyomó részt < 50 mm szemcseméretű vezető frakciót. A mintavétel során tehát csak a réz és alumínium szemcséket válogattuk ki a shreddermaradványból, melyek feldolgozás után az új feldolgozómű vezető termékét reprezentálják MINTA ELŐKÉSZÍTÉSE A mintát ezt követően feldolgozásnak vetettük alá, ahol a teljes halmazból kb. 80 kg kisebb szemcseméretű anyagot kiválogattunk, majd az intézeti kalapácsos shredderrel aprítottuk. A shreddermaradványból vett mintában előfordultak mm-es alumínium lemezek, valamint 30-40mm-es tömör rézszemcsék, ezért egy viszonylag nagyobb szitalapot választottunk, amely ovális kialakítású volt, és hossza 50mm, szélessége pedig 30mm volt a réseknek. A motor hajtásához frekvenciaváltót használtunk mely 45Hz-en táplálta az elektromotort, tehát a mi esetünkben 32,14m/s kerületi sebességgel történt az aprítás. Így előállt egy olyan mintaanyag, mely gyakorlatilag a fehérvárcsurgói üzem új feldolgozómű vezető fémtermékével megegyezik. A mintát szabványos módszerrel (Jones- 22

23 szemcseméret eloszlás: F(x) [%] kisebbítő) negyedeltük, két negyed mintát letároltunk, fél mintát szitaelemzésnek vetettünk alá (5 mm, 12 mm, 20 mm és 25 mm). A szemcseméret frakciókat szétosztottuk a különböző vizsgálatokra (légszér/légáramkészülék ill. örvényáramú szeparátor). Tehát a teljes minta ½- részét használtuk fel a különböző vizsgálatokhoz A MINTA SZEMCSEMÉRET ELOSZLÁSA Az aprított anyagot azért bontottam szemcseméret osztályokra, mert feltételeztem, hogy az azonos anyagú, szemcseméretű és alakú szemek ugyanúgy mozognak légáramban. Az azonos méretosztályba tartozó szemcséket ezután tovább szitáltam résszitákkal, így alak szerint kubikus és lemezes részekre is szétválasztottam az anyagot. Az alak szerinti szitálásra azért volt szükség, mert valószínűsítettem, hogy az azonos alakú szemcsék ugyanúgy viselkednek a légáramban, így a szétválasztás főként sűrűség szerint fog történni. A könnyűtermék szemcseméret vizsgálatát szintén az előkészített fél mintára végeztem el. A további szétválasztási vizsgálatoknál a x<5mm, 20-25mm és x>25mm-es frakciók estében szintén ezzel a fél mintával dolgoztam. Az 5-12mm-es és 12-20mm-es frakció esetében a teljes anyag ½- részét tovább negyedeltük, és ezen minták ¾ részét használtam fel. x szemcseméret [mm] aprított fémhulladék m tömeg [g] [%] m tömeghányad F(x) eloszlás [%] < ,93 9, ,48 36, ,12 81, ,4 93,93 > , aprított fémhulladék szemcseméret-eloszlása x50=14mm x80=19,5mm szemcseméret: x [mm] 14. ábra: aprított fémhulladék (1/2rész) szemcseméret eloszlása 23

24 4.2. SZÉTVÁLASZTÁSI KÍSÉRLETEK A mérések első részében feladásra kerültek a szemcseméret és szemcsealak szempontjából szétválasztott frakciók. Szemcseméret szempontjából megkülönböztettem 4db szemcseméret-osztályt: 5-12mm, 12-20mm, 20-25mm, >25mm. A szemcsealak szerint az 5-12mm-es és a 12-20mm-es frakciót kubikus és lemezes (lapos) frakciókra bontottam. Az egyes frakciókat ezután kézi válogatással anyagfajtákra bontottam, így minden szemcseméret és alak osztályban voltak kvázi tiszta alumínium, vörösréz, sárgaréz és szennyezők ill. egyéb fém frakció osztályok VIZSGÁLATOK AZ 5 12mm-ES FRAKCIÓKKAL A tiszta frakciók feladásának eredményeképp megállapítható, hogy a légsebesség növelésével lényeges több alumíniumot szállít a könnyűtermékbe a közegáramlás. A kisebb légsebességeknél a kubikus és lemezes részek másképp mozognak. A kubikus frakciónál, 26,48 m/s mellett csak 35,03% kerül a könnyűtermékbe, míg a lemezes részek ugyanazon légsebességnél már 60,58%-ban a könnyűtermékben jelentkeznek. Nagyobb légsebességnél a szemcsealak már nincs ekkora befolyással, 43,99m/s légsebességnél 94,08%-os ill. 96,2%-os kihozatalok produkálhatók. 2. táblázat: Könnyű termék tömegkihozatala 5 12 mm-es, kubikus és lemezes frakciók esetén 5 12 mm Kubikus Al Feladás: 2240 g Cu (vörösréz) Feladás: 1775 g Légsebesség Tömegkihozatal Cu+Zn (sárgaréz) Feladás: 1550 g [m/s] [%] 26,48 35,03 2,54 1,16 30,86 56,21 5,19 3,93 35,24 78,21 11,01 7,61 39,61 89,93 19,73 12,22 43,99 94,08 32,2 17, mm Lemezes Al Feladás: 555 g Cu (vörösréz) Feladás: 164 g Tömegkihozatal Cu+Zn (sárgaréz) Feladás: 640 g Légsebesség [m/s] [%] 26,48 60,58 31,1 2,19 30,86 79,71 37,42 4,1 35,24 86,73 46,67 9,61 24

25 Tömegeloszlás [%] Tömegeloszlás [%] 39,61 91,12 57,49 15,77 43,99 96,2 67,26 30, mm kubikus szemcsék mm lemezes szemcsék alumínium vörösréz alumínium 80 sárgaréz 80 vörösréz sárgaréz Légsebesség [m/s] Légsebesség [m/s] 15. ábra: 5-12mm kubikus és lemezes frakciók kihozatalai a légsebesség függvényében Megállapítható, hogy a vörösréz és sárgaréz szemcsék a kisebb légsebességeken csak néhány százalékban jelennek meg a könnyűtermékben. Ez alól kivételt jelent a lemezes frakcióból leválogatott vörösréz szemcsék. A hulladékba jelentős mennyiségben kerül réz drótok formájában. Az alak és méret szerinti szétválasztás eredményeképp ezek a drótszálak az 5-12mm-es lemezes frakcióban dúsulnak. Ezek a vékony drótszálak problémát okoznak a feladás során, mert gubancolódnak, valamit az egyes szálak együtt mozognak a vékony alumínium lemezekkel, így már 26,48 m/s légsebességnél is 31,1%- ban megjelennek szennyezőként a könnyű alumínium termékben VIZSGÁLATOK A 12 20mm-ES FRAKCIÓKKAL A 12-20mm es frakcióban szembetűnő, hogy az alumínium kihozatala a kubikus frakcióban számottevően rosszabb, mint a lemezes részben 43,99 m/s-légsebességnél. A kubikus frakcióban 43,99 m/s légsebesség mellett 74,02% alumínium került a könnyűtermékbe. A réz szemcsékkel történt vizsgálatok is azt mutatták, hogy a nagy sűrűségű, nagyobb szemek kismértékben követték az áramlást. 26,48 m/s légsebességnél a kubikus réz tömegkihozatala a könnyűtermékben 1,5 % körül alakul kubikus anyag 25

26 Tömegeloszlás [%] Tömegeloszlás [%] esetében. Nagyobb légsebességnél mind a vörösréz, mind a sárgaréz aránya megnő a könnyűtermékben. 3. táblázat: Könnyű termék tömegkihozatala mm-es, kubikus és lemezes frakciók esetén mm Kubikus Al Feladás: 3965 g Cu (vörösréz) Feladás: 2000 g Légsebesség Tömegkihozatal Cu+Zn (sárgaréz) Feladás: 2500 g [m/s] [%] 26,48 14,25 1,2 0,32 30,86 27,34 3,01 0,84 35,24 48,97 6,68 4,89 39,61 69,83 16,51 7,7 43,99 74,02 29,25 12, mm Lemezes Al Feladás: 1330 g Cu (vörösréz) Feladás: 585 g Tömegkihozatal Cu+Zn (sárgaréz) Feladás: 1870 g Légsebesség [m/s] [%] 26,48 26,54 3,57 1,02 30,86 50,12 3,74 2,68 35,24 66,94 6,29 5,63 39,61 82,86 13,43 8,8 43,99 91,48 27,62 15, mm kubikus szemcsék alumínium vörösréz sárgaréz mm lapos szemcsék alumínium vörösréz sárgaréz Légsebesség [m/s] Légsebesség [m/s] 16. ábra: 12-20mm kubikus és lemezes frakciók kihozatalai a légsebesség függvényében 26

27 A 12-20mm-es lemezes frakciónál a szemcsealak befolyása még inkább előtérbe kerül. A kubikus frakcióhoz képest látható, hogy minden légsebességnél jobb kihozatal produkálható. A legnagyobb légsebességnél (43,99 m/s) az eredmények a kisebb méretfrakcióhoz hasonlóan alakultak, itt 91,48%-os kihozatalt sikerült elérni alumínium termékek feladása esetén. Mindezek mellett megállapítható, hogy a mind a vörösréz, mind a sárgaréz szemcsék hasonló arányban kerültek a könnyűtermékbe mindkét alakosztályban, sőt a lemezes vörösréz szemekből kevesebb is került a könnyűtermékbe, mint a kisebb mérettartományban. 43,99m /s légáramlás esetén ez 29,25%-os kihozatalt jelent a kubikus vörösréznél, míg a lemezes csak 27,62%-ban került a könnyűtermékbe. A sárgaréznél ugyanez már nem mondható el, ott a kubikus anyagból 12,17%, a lemezesből pedig 15,95% került a könnyűtermékbe VIZSGÁLATOK A 20 25mm-ES FRAKCIÓVAL A 20-25mm-es frakció is feldolgozásra került. Itt a teljes anyaghalmaz ½- része került szétválogatásra anyagfajták szerint. Alak szerinti szeparálás itt nem történt. Ez a frakció csak a legnagyobb légsebesség mellett (50 Hz, 43,99m/s) került feladásra: 4. táblázat: Könnyű termék tömegkihozatala mm-es frakciók esetén mm Kubikus és Lemezes Al Feladás: 1772 g Cu (vörösréz) Feladás: 319 g Légsebesség Tömegkihozatal Cu+Zn (sárgaréz) Feladás: 1741 g [m/s] [%] 43,99 73,56 39,75 10,63 A nagyobb szemcseméret miatt itt már jelentősen csökken az alumínium könnyű termékének kihozatala, viszont ennek ellenére a kihozatal nem rosszabb, mint a 12-20mm, kubikus frakció esetén, ahol 74,02%-át viszi el a légáram az anyagnak. Megállapítható, hogy ez a légsebesség már kicsi ahhoz, hogy a sárgarezet a könnyű termékbe vigye, ezért ennek 10,63%-a kerül csak ide. A vörösréz magasabb kihozatala azzal magyarázható, hogy jelentős mennyiségű összegabalyodott, vékony rézszálakat tartalmaz, melyek hol szétesnek, - így egyedi szemcseként könnyen elviszi a légáram hol pedig halmazban maradva együtt mozognak, és nehéz termékként jelennek meg. 27

28 VIZSGÁLATOK A > 25mm-ES FRAKCIÓVAL Az x>25mm-es frakciót szintén feladtam a légáramkészülékre. Ez szintén ½- részét jelentette a teljes anyaghalmaznak, ami a 20-25mm-es frakcióhoz hasonlóan nem volt alak szerint szeparálva, és csak a legnagyobb légsebesség (50 Hz, 43,99m/s) mellett történt szétválasztási kísérlet. 5. táblázat: Könnyű termék tömegkihozatala > 25 mm-es frakciók esetén > 25 mm Kubikus és Lemezes Al Feladás: 921 g Cu (vörösréz) Feladás: 274 g Légsebesség Tömegkihozatal Cu+Zn (sárgaréz) Feladás: 600 g [m/s] [%] 43,99 35,36-5 Ez a légsebesség már az alumíniumnak is csak a 35,36%-át tudta elvinni, valamint a sárgaréz kihozatala is nagyon alacsony a nagy szemcseméret miatt. A vörösréz frakció nem került feladásra, mert a nagyméretű, összegabalyodott drótok mérete meghaladta a berendezés hasznos keresztmetszetét SZÉTVÁLASZTÁSI KÍSÉRLETEK KEVERT SZEMCSÉK ESETÉN ISMÉTELT FELADÁSSAL A kevert szemcsékkel történő szétválasztási kísérletek fő célja az volt, hogy ellenőrizzük, hogy kevert anyag esetén is megkapjuk-e a és fejezetben elért kihozatalokat. A nehéztermék ismételt feladása arra irányult, hogy információink legyenek arról, hogy további tisztítással mennyi alumínium választható még le tisztán. A kevert szemcsékkel történő szétválasztási kísérletekhez összekevertem az azonos méretosztályba eső és azonos alakú alumínium, vörösréz és sárgaréz szemeket. A keverékeket mindig úgy állítottam elő, hogy a megfelelő alumínium frakció 100%-át felhasználtam, és ehhez kevertem megfelelő arányban a vörösréz és sárgaréz szemeket. Az alumínium így az üzemben található anyagnak megfelelően mindig 79%-ban volt jelen, a különböző rézötvözetek pedig 21%-ban. Azt, hogy ezen a 21% rézterméken belül hogyan oszlik meg a szemmel elkülöníthető vörösréz és sárgaréz ötvözetek aránya, a fejezetben előkészített minták alapján számoltam. Meghatároztam a mintákban található 28

29 vörösréz-sárgaréz arányokat a különböző frakciókra, majd az ottani arányoknak megfelelően kevertem a rézötvözeteket az anyag 21%-ban. A kevert szétválasztási kísérletek során mindig kétszer adtam fel az anyagot, ami azt jelenti, hogy az első szétválasztásnál keletkezett nehézterméket ismételten feladtam. A szétválasztás minden esetben 40 m/s légsebesség (45,44Hz a frekvenciaváltón) mellett történt. A leválasztott könnyű és nehéz frakciót mindkét feladást követően kézi válogatással anyagfajtákra válogattam, és meghatároztam ezek tömegét, valamint az adott termékhez viszonyított arányukat SZÉTVÁLASZTÁS EREDMÉNYE AZ 5 12mm-ES KEVERÉKEKBEN A kevert szétválasztás eredményeképp megállapítható, hogy az 5-12mm-es méretosztályban az alumínium 90% felett van jelen a könnyűtermékben mind kubikus, mind pedig lemezes anyag feladása esetén. A két réztermék hasonló arányban jelenik meg szennyezőként mindkét esetben, ami 5-6% vörös és sárgarezet jelent. A nehéztermékben kubikus szemcsék esetén megjelenik némi alumínium, de a réz itt már egyértelműen nagyobb arányban van jelen. A nehéztermék második feladásával mindössze 1,73% alumíniumot lehet kinyerni a teljes feladásra vonatkoztatva úgy, hogy némi réz szennyezővel ekkor is számolni kell. 6. táblázat: 5-12mm kevert kubikus frakció tömegkihozatala 5-12mm kubikus kevert frakció (79% Al; 21% Cu és Cu+Zn) I. feladás: 40m/s légsebesség, mintatömeg: 2835g komponensek: Al alumínium Cu vörösréz Cu+Zn sárgaréz Egyéb összenőtt+szennyezők könnyűtermék: Tömegkihozatal [%] 75,64 (100) 68,37 (90,39) 3,24 (4,28) 2,59 (3,43) nehéztermék: Tömegkihozatal [%] 24,36 (100) 6,23 (25,57) 7,45 (30,58) 7,20 (29,56) 1,44 (1,90) 3,49 (14,33) II. feladás (nehéztermék): 40m/s légsebesség, mintatömeg: 681g könnyűtermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 2,81 (100) 1,73 (61,57) 0,43 (15,30) 0,43 (15,30) 0,22 (7,83) nehéztermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 21,70 (100) 3,17 (14,61) 7,05 (32,49) 6.94 (31,98) 4,53 (20,88) A lemezes anyag feladása során az alumíniummal kedvezőbb eredmények érhetők el. Az első feladás során már nem jelenik meg alumínium a nehéztermékben, és második 29

30 feladás során sem jelentkezett alumínium egyik termékben sem. A feladott alumínium tehát jól dúsul a könnyűtermékben, és ezen frakciónál nincs értelme újabb feladásnak, ha alumínium kinyerése a cél. Elmondható továbbá, hogy a sárgaréz magas arányban jelenik meg a nehéztermékben, ami 58,73%-os ill. második feladásnál már 62,84%-os összetételt jelent a nehéztermékre vonatkoztatva. 7. táblázat: 5-12mm kevert lemezes frakció tömegkihozatala 5-12mm lemezes kevert frakció (79% Al; 21% Cu és Cu+Zn) I. feladás: 40m/s légsebesség, mintatömeg: 703g komponensek: Al alumínium Cu vörösréz Cu+Zn sárgaréz Egyéb összenőtt+szennyezők könnyűtermék: Tömegkihozatal [%] 76,64 (100) 71,09 (92,76) 2,34 (3,05) 3,21 (4,19) nehéztermék: Tömegkihozatal [%] 23,36 (100) - - 1,90 (8,13) 13,72 (58,73) - - 7,74 (33,14) II. feladás (nehéztermék): 40m/s légsebesség, mintatömeg: 160g könnyűtermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 1,75 (100) - - 0,29 (16,57) 0,15 (8,57) 1,31 (74,86) nehéztermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 21,61 (100) - - 1,61 (7,45) 13,58 (62,84) 6,42 (29,71) SZÉTVÁLASZTÁS EREDMÉNYE A 12 20mm-ES KEVERÉKEKBEN Az eredmények ebben a méretosztályban is hasonlóan alakultak. A 40 m/s légsebesség ellenére a nagyobb kubikus alumínium szemeket is sikerült a légárammal leválasztani. A könnyűtermében az alumínium 93,17%-ban volt jelen. A második feladásra még további 4,78% alumíniumot sikerült leválasztanom, mely 94,84%-os tisztaságú volt. A rézötvözetek itt is 5-6%-ban vannak jelen az első feladás könnyűtermékében. 8. táblázat: 12-20mm kevert kubikus frakció tömegkihozatala 12-20mm kubikus kevert frakció (79% Al; 21% Cu és Cu+Zn) I. feladás: 40m/s légsebesség, mintatömeg: 5019g komponensek: Al alumínium Cu vörösréz Cu+Zn sárgaréz Egyéb összenőtt+szennyezők könnyűtermék: Tömegkihozatal [%] 60,30 (100) 56,18 (93,17) 1,72 (2,85) 2,40 (3,98) nehéztermék: Tömegkihozatal [%] 39,70 (100) 20,98 (52,85) 7,66 (19,29) 9,14 (23,02) - - 1,92 (4,84) 30

31 II. feladás (nehéztermék): 40m/s légsebesség, mintatömeg: 1985g könnyűtermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 5,04 (100) 4,78 (94,84) 0,20 (3,97) - - 0,06 (1,19) nehéztermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 34,36 (100) 15,48 (45,05) 7,46 (21,71) 9,14 (26,60) 2,28 (6,64) A teljes lemezes keverékből 64,29% alumíniumot sikerült elszállítani a légárammal a könnyű frakcióba, továbbá ebben a termékben 96,97%-ban volt jelen az alumínium. A nehéztermék ismételt feladásával további 2,81% alumíniumot sikerült leválasztani. Itt az összenőtt szemek aránya magasnak mondható a könnyűtermékben, de ez főként alumínium ötvözeteket (spiáter, stb.) jelent. 9. táblázat: 12-20mm kevert lemezes frakció tömegkihozatala 12-20mm lemezes kevert frakció (79% Al; 21% Cu és Cu+Zn) I. feladás: 40m/s légsebesség, mintatömeg: 1684g komponensek: Al alumínium Cu vörösréz Cu+Zn sárgaréz Egyéb összenőtt+szennyezők könnyűtermék: Tömegkihozatal [%] 66,30 (100) 64,29 (96,97) 0,88 (1,33) 1,13 (1,70) nehéztermék: Tömegkihozatal [%] 33,70 (100) 9,76 (28,96) 4,50 (13,35) 15,82 (46,94) - - 3,63 (10,77) II. feladás (nehéztermék): 40m/s légsebesség, mintatömeg: 539g könnyűtermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 4,25 (100) 2,81 (66,12) ,44 (33,88) nehéztermék: Tömegkihozatal az eredeti minta vonatkozásában (I. feladás) [%] 29,57 (100) 6,75 (22,83) 4,50 (15,22) 15,82 (53,50) 2,50 (8,45) A 12-20mm-es méretosztályban mind kubikus, mind pedig lemezes anyag esetében a feladásokat követően a nagy alumínium szemcsék magas arányban visszamaradnak a nehéztermékben. A kubikus rész első feladásnak nehéztermékében még 20,98% alumínium marad a teljes anyagra vonatkozatva. Ez a nehéztermékben 52,85%-os arányt jelent. A lemezes szemcsék feladása során mindössze 9,76%-a marad a nehéztermékben az alumíniumnak, viszont a nehéztermékre összetételében ez is 28,96%-ot jelent. 31