Shredderüzem maradékanyagából származó vezető termék szétválasztása rézre és alumíniumra örvényáramú szeparátorral TDK DOLGOZAT

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI FÖLDTUDOMÁNYI KAR NYERSANYAGELŐKÉSZÍTÉSI ÉS KÖRNYEZETI ELJÁRÁSTECHNIKAI INTÉZET Shredderüzem maradékanyagából származó vezető termék szétválasztása rézre és alumíniumra örvényáramú szeparátorral TDK DOLGOZAT Készítette: Cseppely Vivien Környezetmérnöki MSc. Szak, Környezettechnikai Szakirány Konzulensek: Prof. Dr. habil Csőke Barnabás: egyetemi tanár Nagy Sándor: tanszéki mérnök Beadás dátuma: október. 29. Miskolc, 2012

2 Tartalomjegyzék 1. BEVEZETÉS SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS Szeparációs eljárások Száraz dúsítási eljárások Nedves dúsítási eljárások Örvényáramban történő szétválasztás alapelve Örvényáramú szeparátor típusai Autóroncs feldolgozás shredderüzemben ESZKÖZÖK BEMUTATÁSA Kalapácsos shredder Intézeti örvényáramú szeparátor VIZSGÁLATOK A minta előkészítése Az örvényáramban végzett vizsgálatok Az örvényáramú szeparálás mérési eredményei Megállapítások ÖSSZEFOGLALÁS IRODALOMJEGYZÉK ÁBRAJEGYZÉK

3 1. BEVEZETÉS A környezetvédelem egyik fontos feladata az elhasznált gépkocsik teljes újrahasznosításának megoldása. A járművek elhasználódás utáni újrahasznosítását alapvetően három tényező indokolja: A föld nyersanyag- és ásványkincs készletei végesek, kímélésük érdekében fokozottan szükség van a másodlagos anyagforrások kiaknázására, az anyagkörfolyamat zárására. A hulladéktároló helyek kapacitása korlátozott, lehetőség szerint minden újrahasznosítható hulladék reciklálásával csökkenteni kell a hulladéklerakók terhelését. A szabadban, a közvetlen környezetünkben hagyott járműroncsok az esztétikai hatáson kívül a benne rejlő veszélyes hulladékok (olajok, fékfolyadékok stb.) miatt a természetet fokozottan veszélyeztetik. A kiselejtezett gépjárművek feldolgozása sokat fejlődött az utóbbi években. Az Európai Unión belül 200, azon kívül 500-nál is több előkészítőmű, ún. bontó shredderüzem található. Az USA-ban már a 90-es években shredderüzem épült, de a becslések szerint például ma Németországban 45-50, hazánkban pedig 3 folyamatosan működő (kettő Budapesten, egy Fehérvárcsurgón) üzem létesült. A gépjárművek összetételében egyre nagyobb hányadot tesz ki a műanyag rész, amely a shredderüzemek feldolgozási folyamatában problémát jelent, mivel a maradékanyagok mennyisége nő. Az átlagos 70-es évekbeli gépkocsikban 2,9% volt a műanyagtartalom, amely egyre csak növekedett az évek során. Ez kevesebb feldolgozható fémet, több hulladékot, azaz csökkenő bevétel mellett növekvő költségeket jelent. A hulladék keletkezésének megelőzéséért, a keletkezett hulladékok hasznosításáért és ártalmatlanításáért minden gazdasági szereplőnek - beleértve a hulladékot eredményező termék gyártóit, forgalmazóit és a fogyasztókat is - viselnie kell a ráeső specifikus felelősséget a szennyező-fizet és a megosztott felelősség elveinek megfelelően. Az elhasználódott gépjárművekről a 2000/53/EK számú európai parlamenti és tanácsi irányelv rendelkezik. Az irányelv lényege, hogy a leselejtezésre kerülő személygépkocsik hulladékként való kezelését a gyártói felelősség érvényesítésével oldja meg, előírva a 3

4 lehető legnagyobb mértékű hasznosítás megvalósítását, valamint az ennek biztosítását szolgáló, már a gépkocsik tervezésénél és gyártásánál érvényesítendő intézkedéseket. A gyártó köteles a gépjárművet úgy kialakítani, valamint olyan technológia- és termékfejlesztést végrehajtani, amely az anyag- és energiafelhasználásnál a veszélyes összetevők csökkentésével jár, továbbá elősegíti a gépjármű karbantartása, javítása, valamint a hulladékká vált gépjármű bontása során keletkező alkatrészek, anyagok újrahasználatát, a hulladék hasznosítását, illetőleg környezetkímélő ártalmatlanítását. Az irányelvet a 267/2004. (IX.23) Korm. rendelettel harmonizálták. A rendelet szerint a hulladékká vált gépjárművet az átvevőnek vagy a gyártónak legalább ingyenesen át kell vennie. Kialakult egy általános technológia az elmúlt évek tapasztalatai alapján, amely szerint a kiselejtezett gépkocsikat a még használható alkatrészek (pl. motor, hajtómű, hűtő stb.) kiszerelése után kalapácsos shredderben felaprítják, majd az aprított hulladékból a mágnesezhető vastartalmú részeket elektromágnessel leválasztják, a maradékot különböző eljárásokkal (pl.: sűrűség szerinti szeparálással, örvényáramú szeparátor segítségével) komponenseire választják szét. Így az autóhulladék nagy része újra visszavezethető a termékkörforgásba, s csak egy kis hányadot kell deponálni. [5, 6, 8, 9, 11, 15, 16] A méréseim során autó shredderüzemből származó alumínium-, vörös réz-, illetve ötvözött (sárga) réz szemcsék két frakciójának szétválaszthatóságát vizsgáltam örvényáramú szeparátor segítségével, mivel az anyagok eltérő vezetőképességgel- és sűrűséggel rendelkeznek. A szemcsék alak szerinti vizsgálatánál kubikus és lemezes osztályokra szeparáltam mindkét szemcseméret esetében az anyagot az élesebb szétválaszthatóság érdekében. A vizsgálataim arra irányultak, hogy milyen beállítások mellett tudom a legtisztábban szétválasztani az anyagfrakciókat az örvényáramú szeparátorral. Fontos volt, hogy minél tisztább termékeket állítsak elő a berendezés segítségével, mivel egy szennyezőktől mentes fém frakció értéke sokkal nagyobb, mint egy kevert vagy szennyezőkkel teli frakcióé. A berendezés terelőlemezét különböző pozíciókba állítottam, miközben a dob tengelyének vonalában tartottam a lemez élét, azaz a vízszintessel bezárt szöge mindig ugyanaz volt. A rotor fordulatot, illetve a szalagsebességet azonban szisztematikusan változtattam és így mindig különböző paraméter beállítások mellett végeztem el a kísérleteimet. 4

5 A cél tehát a shredderüzem maradékanyagából származó nem mágneses fémek (rézre, ill. alumíniumra) örvényáramú szeparátorral való szétválasztásának félüzemi méretű kísérleti vizsgálatokkal történő megalapozása. A dolgozat keretein belül az örvényáramú szeparátorok működési elvének és főbb típusainak bemutatására, illetve a szeparátorok szerepének részletezésére (a fémtartalmú maradékanyagok leválasztása esetében) is sor kerül. Feladat továbbá a shredderüzemből származó minta előkészítése az aprításra és az anyag eljárástechnikai elemzése (szemcseméret eloszlás, alakvizsgálat, fém összetétel). Szisztematikus szétválasztási vizsgálatok elvégzése az intézeti szeparátorral (szemcseméret-osztályonkénti feladás, gépi üzemi paramétereinek változtatása), valamint a szétválasztás értékelésének bemutatása. 2. SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS Ez a fejezet tájékoztatást ad az anyagok kezelési- és szeparációs eljárásairól, részletesen bemutatva az örvényáramú szeparálás alapelvét, illetve a berendezés típusait. Ismerteti a különböző autó shredder üzemek feldolgozási rendszerének jellemzőit Szeparációs eljárások A szeparálás egy keverékállapot változással járó folyamat, ahol a keverék komponenseit fizikai, fizikai-kémiai erők révén külön-külön termékbe nyerjük ki. Az alapfolyamata, amikor egy osztályozó vagy egy dúsító berendezéssel, vagy egy fázisszétválasztó készülékkel két vagy több terméket állítunk elő. A fizikai tulajdonságaikban eltérő szemcséknek a fluidumokban (levegőben, vízben) és különböző erőterekben való eltérő mozgásán alapul a szétválasztás. Annyi dúsítási eljárás lehetséges ahány fizikai tulajdonság létezik. Közeg szerint megkülönböztetünk száraz és nedves eljárásokat és berendezéseiket: nedves, száraz, illetve az erőtérnek megfelelően gravitációs, centrifugális, mágneses, elektromos szeparátorokat. [1, 17] Száraz dúsítási eljárások A szétválasztási eljárásokat megelőzően az anyagokat a megfelelő feltártság érdekében leaprítják. Az aprítással a szükséges szemcseméret elérése mellett az összekapcsolódott részek elválása is megtörténik, így a különböző fizikai tulajdonságok alapján 5

6 szétválaszthatók az egyes szerkezeti anyagok. Fémtartalmú hulladékok esetében például a sűrűség, mágneses és elektromos tulajdonságok szerint alkalmaznak dúsítási eljárásokat: Száraz gravitációs dúsítás (sűrűség szerint) A légáramban való sűrűség szerinti elválasztás alapja a szemcsék eltérő süllyedési végsebessége. 1. táblázat: A sűrűség szerinti száraz szétválasztás [1] Sűrűség szerinti szeparálás berendezései/eljárásai Áramkészülék (ellenáramú vagy keresztáramú légáram) Légszér (aero - csatornával) Légülepítőgép Aeroszuszpenzió Működési elv A működési elve megegyezik a nedves áramkészülékekével, a különbség csak az alkalmazott közeg. A nedves áramkészülék működéséről a következő alfejezet ad tájékoztatást. A légszér egy lejtő, perforált, vibrációs asztal, amelyen egy ventilátor levegőt fúj át. Az átáramoltatott levegő hatására fluid ágy jön létre, amelyben a nagy sűrűségű szemek leülepednek és a lejtőn felfelé távoznak. A kis sűrűségű fluidizált szemek a lejtő irányába, lefelé folynak az asztalról. A légszéreket gyakran alkalmazzák elektronikai hulladékok és autóroncsok előkészítésében. Az aero - csatorna egy enyhén dőlt és lefelé szűkülő csatorna, ahol a levegő bevezetése alulról történik. A keletkező fluid ágy felső rétegében dúsulnak a könnyebb szemcsék, a nagyobbak a csatorna alján. A légülepítőgépben történő szétválasztásának a működési elve ugyanaz, mint a nedves ülepítésnek, a különbség, szintén a közeg. A berendezés működésének lényege a következő alfejezetben látható. A berendezés tulajdonképpen egy perforált csatornatartály, amelyben a szétválasztás nehézközegben történik. A közeg ebben az esetben levegő és nehéz finom szemcsékből álló szuszpenzió. A közeg szemcséit a bevezetett levegő fluidizált állapotban tartja. Az adott sűrűségű nehézközegben a szétválasztás során a különböző sűrűségű szemek kiülepítéssel vagy úsztatással válnak el egymástól. A közeg sűrűségénél kisebb sűrűségű szemek a fluid ágy tetejére úsznak, a nagyobbak pedig a tartály aljára ülepednek. Mindkét termék elvezetése a közeggel együtt történik, amelytől szitálással választják el őket. Az alkalmazási terület: aprított kábelhulladék, autóroncs töret. 6

7 Mágneses szeparálás Alapja az anyagok mágneses tulajdonságbeli eltérése. Ez alapján leválasztani a ferro - és paramágneses anyagokat lehet. A tér erőssége és a szeparátor kialakítása szerint csoportosíthatjuk berendezéseit. Ez a leghatékonyabb módszere a vasleválasztásnak. A hulladékfeldolgozásban leggyakrabban használt berendezések a dobszeparátor és a felsőszalagos mágneses szeparátor. Elektromos szeparálás Az anyagok eltérő elektromos tulajdonságait használja ki, elsősorban a vezető és nemvezető anyagokat választja el egymástól. Az elektromos szeparálás fontos szerepet tölt be a fémtartalmú hulladékok szétválasztásában. A durvább szemcséket örvényáramú szeparátorokkal, a finomabbakat elektrosztatikus berendezésekkel választhatjuk el egymástól 2. táblázat: Elektromos szeparálás eljárásai [1,17] Elektromos szeparálás eljárásai Koronaelektródás elektrosztatikus dobszeparálás Dörzsölési elektromos feltöltődés alapján történő szeparálás Örvényáramú szeparálás Működési elv A szétválasztás jellemzője a felületi vezetőképesség. A szétválasztás alapelve az eltérő koronafeltöltődés és eltérő töltésvesztés. A fellépő eltérő elektrosztatikus erők révén a vezető szemcsék a dobbal érintkezve áttöltődnek és a felülettől eldobódnak, a szigetelő szemcsék megtartván töltésüket a dobhoz tapadnak, amely magával szállítja őket. A jól vezető és teljesen szigetelő tulajdonságú anyagok a hatóerők arányától függően fognak elhelyezkedni, így kapunk három terméket. Működési elve az érintkezési elektromosság jelenségén alapszik. Két különböző fajta anyag érintkezésekor ugyanis érintkezési potenciál keletkezik, amelynek következtében az egyik anyagról a másikra elektronok lépnek át, így az egyik anyag negatív, a másik pozitív töltéshez jut. A szétválasztás jellemzője a dielektromos állandó. Szigetelők esetében az a szemcse kap pozitív töltést, amelynek esetében nagyobb ez az érték. Az örvény árammal való szétválasztás az elektromos vezetőképesség szerint történik. A berendezésre feladott anyagban levő különböző vezető és nemvezető szemcsék külön választása történik egymástól. Ennek a berendezésnek a működését, kialakítását és típusait részletesen bemutatom a következő fejezetekben [2.2., 2.3.]. 7

8 Nedves dúsítási eljárások A nedves dúsítási eljárásokat a hulladék előkészítése során elsősorban az értékes fémeket tartalmazó elhasznált eszközök előkészítésénél alkalmazzák, mint például az autóroncsok, az elektronikai hulladékok és az építési hulladékok. A legjobb minőségű végterméket ezekkel az eljárásokkal lehet elérni, azonban ezeknél mindig keletkezik szennyvíz, amelynek kezeléséről gondoskodni kell. A nedves dúsítás történhet sűrűség szerint vagy mágnesesen többféle készülékben különböző eljárásokkal. 3. táblázat: Nedves sűrűség szerinti szeparálás eljárásai [2,17] Sűrűség szerinti szeparálás eljárásai Nehézközeges szétválasztás Dúsítás ülepítő géppel Szétválasztás nedves szérrel Működés elv A nehézszuszpenziós berendezés egy tartályból és egy kihordó szerkezetből áll. A berendezésbe egy előírt sűrűségű szuszpenziót vezetnek, amely 200 μm - nél kisebb szemcseméretű kvarchomok, barit, ferroszilícium vagy magnetit és víz keverékéből áll. Ezt a közeget alkalmazzák a fémtartalmú hulladékok szétválasztására. A szétválasztás alapelve, hogy a közegnél nagyobb sűrűségű anyagok a tartály aljára süllyednek, míg a közeg sűrűségtől kisebbek annak felszínére úsznak fel. Az eljárás berendezései lehetnek gravitációs nehézszuszpenziós szeparátorok, centrifugális nehézközeges szeparátorok, nehézközeges ciklonok vagy örvénycsövek. A feladott anyag sűrűsége szerint fog rendeződni azáltal, hogy szakaszosan fellazítják, majd hagyják visszaülepedni a berendezés szitájára. A fellazítás kétféleképpen történhet: álló közegben a szita mozgatásával vagy a közegáramoltatásával, vagyis a berendezés kialakítása szerint lehet állószitás vagy mozgószitás. A közegáramoltatás az állószitás ülepítő gépek esetében megvalósítható dugattyú, membrán vagy sűrített levegő alkalmazásával. Ezzel az eljárással nagy kapacitás és éles szétválasztás érhető el. Gyakran alkalmazzák építési hulladékok előkészítésénél vagy autóroncsok feldolgozásánál. A finomabb, 8-10 mm-nél kisebb szemcseméretű anyagok szétválasztásra általában a széreket alkalmazzák. A szér egy enyhén dőlt és hosszirányban mozgatott lapból áll. Erre a szétválasztandó anyag feladása a felső sarokban történik, miközben a szérlapon vékony vízáram folyik le a dőlés irányában. A szétválasztás a sűrűség alapján történik: a szérlapon átfolyó víz hatására fellazul az anyagágy és így a szemcsék a tömegerők révén a szérlap hosszirányában, valamint a víz szállítóerejének köszönhetően a berendezés dőlésirányába mozognak. A lökésirányában a nagyobb sűrűségű szemek, a dőlésirányba pedig a nagyobb méretű szemek sebessége lesz a nagyobb. 8

9 Szétválasztás nedves áramkészülékkel A szétválasztás a különböző nagyságú, alakú és sűrűségű szemek a közegben való eltérő süllyedési sebessége alapján történik. Az áramkészülékben mozgásban van a közeg és magával viszi a tőle kisebb sebességgel ülepedő szemeket. Ezzel egyidejűleg a nagyobb sebességgel ülepedő szemek is kihordódnak a készülékből a közegáramlással ellentétes, vagy arra merőleges irányban. Eszerint megkülönböztetünk ellenáramú és keresztáramú készülékeket. Ellenáramú készülékekben a közegáramlási sebességével megegyező süllyedési sebességű szemcsék lebegnek. A közegáramlási sebességétől kisebb sebességűeket a közegáramlás felfelé szállítja, a nagyobb süllyedési sebességű szemcsék pedig a közegáramlással szemben, lefelé süllyednek. A szétválasztás szemcsemérete 1-0,05 mm. 4. táblázat: A nedves mágneses dúsítás berendezései, eljárásai [2, 17] Nedves mágneses dúsítás berendezései/eljárásai Nedves dob típusú szeparátor Nedves szalagszeparátor Nedves indukált hengeres szeparátor Nedves gyűrűs szeparátor Magneto-hidrosztatikus eljárás Működési elv Gyengemezős típusú berendezés melynek, mind állandó mágneses, mind elektromágneses kialakítása ismert. Lehetnek egyenáramúak, ellenáramúak vagy akár félig-ellenáramúak. Az egyenáramú nedves szeparátorok az ellenáramúval szemben kevesebb víztartalommal és nagyobb kihozatallal tisztább koncentrátumot állít elő. Az ellenáramú szeparátornak azonban előnye a gyors koncentrátum-kihordás. A kettő kialakításának előnyeit egyesíti a félig-ellenáramú szeparátor. A zagyfeladás egy többszakaszos tartályba történik, melybe egy végtelen szalag merül, amely több, fokozatosan gyengülő erősségű mágneses pólus előtt halad el. Az erősmezős típusú szeparátorok közé tartozik. Egy barázdált rotor forog egy függőleges tengely körül az elektromágneses pólusok között. A feladott zagy az elektromágneses pólusok és a rotor között folyik le, végig a barázdákon. Erős elektromágneses pólusok között egy körben forgó, gyűrű alakú perforált lemezből készült tartályban ferromágneses anyagok, például lágyvas golyók vannak. A feladott iszap mágneses szemcséi ezekhez tapadnak, a nem mágneses szemcsék kifolynak a tartályból. A mágneses koncentrátum a pólusok között tovább forgó tartályból mosható ki. A magneto-hidrosztatikus jelenséget tapasztalhatunk, amikor egy paramágneses testet olyan közegbe helyezünk, amelynek mágneses szuszceptibilitása nagyobb, mint a szemcséé. Ekkor e testet a mágnes eltaszítja. A mágneses térben a folyadékok felhajtó erejéhez hasonló jelenséget tapasztalunk, a szemcsék függőleges irányba felfelé mozdulnak el. Az MHS mágneses erőt a nehézségi erő egyenlíti ki, s mivel a mágneses tér inhomogén, a különböző sűrűségű szemcsék különböző 9

10 magasságban foglalják el egyensúlyi helyzetüket, ahonnan elvezethetők. A mágnesezhető közeg lehet mágnesezhető fémsók (pl. vas-, nikkel-klorid) oldata, vagy nanoméretű magnetit részecskékből képzett stabil szuszpenzió Örvényáramban történő szétválasztás alapelve Az örvény árammal való szétválasztás lényege, hogy az elektromos vezetőképesség szerint történik a berendezésre feladott anyagban levő különböző vezető és nemvezető szemcsék külön választása egymástól. Ha egy vezetőt mágneses erőtérben mozgatunk, akkor a benne lévő mozgásképes töltések megmozdulnak, ezzel áramot indukálnak benne, amely a vezetőn belül záródik. Ezt nevezzük örvényáramnak. A mozgó töltések a rájuk ható Lorentz-erőnek köszönhetően eltérülnek eredeti mozgásirányuktól. Az örvényáram hatására fellép egy mágneses tér, mely Lenz törvénye szerint az őt létrehozó eredeti mágneses teret csökkenteni törekszik. Mindezek hatására a vezetődarabok az eredeti mágneses tér és a mozgatás irányára merőlegesen elmozdulnak, elhajítódnak. Az imént említett tényezők a nemvezető anyagokra nincsenek befolyással. Az iparban az örvényáramú szétválasztás leggyakrabban alkalmazott berendezései a horizontális kialakítású dobtípusú szeparátorok. Ezek a gépek valójában egy szállítószalagból és annak végénél egy gyorsan forgó permanens mágneses részből állnak. Ez a forgó mágneses rotor egy sokkal lassabban forgó nem fémből készült dobba van helyezve, a szalagot egy másik dob mozgatja (1. ábra). A szalagra feladott kevert anyagban lévő vezető szemcsékben a dob felett áthaladva, a dobban lévő forgó mágnesek hatására örvényáram indukálódik. Az örvényáram egy saját mágneses mezőt alakít ki az egyes vezető szemcsék körül, melynek a polaritása megegyezik a forgó mágneses rotoréval. Ezek együttes hatására a vezető részecskék ellökődnek a dobtól, melyeknek a röppályája a taszítás miatt nagyobb lesz, mint a nemvezető szemcsék esetében. A szeparálási folyamat során, ha a feladott anyag tartalmaz mágnesezhető részecskéket, megfigyelhető mágneses termék leválasztódása is. Ha ezek a szemcsék mágneses erőtérbe érnek, akkor a vonzás hatására egyszerűen rátapadnak a szalagra és haladnak tovább, majd az erőtérből való kilépés után a gravitációs erő hatására leválnak, így létrehozva egy mágneses terméket.[17] 10

11 1. ábra: Az örvényáramú szeparátor működési elve [17] A mágneses mező erőssége, a szalag és a mágneses dob forgási sebessége, a mágneses pólusok száma, illetve a fémdarabkák alakja, mérete, elektromos vezetőképessége is befolyásoló szerepet játszik abban, hogy milyen messzire dobódnak el az egyes vezető részecskék. A következő összefüggés a szétválasztási folyamatot befolyásoló tényezőre (F d mágneses elhajlási erőre) vonatkozik, ahol m a részecske tömege, σ az elektromos vezetőképessége, ρ a sűrűsége, S az alaki jellemző, B a mágnes intenzitás, z a mágnesek távolsága, Q egy minőség faktor és v a részecskék sebessége a mágnesekhez képest. [14] 2. ábra: Az örvényáramú szeparálásra vonatkozó összefüggés [14] Örvényáramú szeparálás folyamatában az egyes szemcsék mozgásának görbéjéért, azaz az eltaszítódás mértékéért a szemcsékre ható különböző erők is felelősek. A mágneses taszító erő mellett jelen vannak az ezt ellensúlyozó erők, mint például a gravitációs és a centrifugális erők, illetve egyéb mechanikai erők (súrlódási erő; szemcsék közötti ütközési erő). A szemcseméret is befolyással van a szemcsék mozgásának görbéjére. A kisebb méretű vezető szemcsék esetében kisebb lesz a taszító erő. Ha ez a szemcseméret kisebb, mint a kritikus szemcseméret (a taszító erő és az ellensúlyozó erők egyensúlyban vannak), akkor az ilyen szemcseméretű vezetők nem választódnak külön a nemfémes anyagoktól, mivel a rájuk ható taszító erő nem elég nagy és így azok nem lökődnek a szétválasztáshoz 11

12 szükséges távolságra. Emiatt célszerű szétválasztani a feladási anyagot szemcseméret szerint és azokat külön frakciónként feladni. Egyes szeparátorok esetében a mágneses rendszer kialakítása lényegesen nem változtatható. Azonban szabályozható a mágneses rotor és a külső dob sebessége, illetve a feladás mértéke és a már említett szemcsemérete. [17] 2.3. Örvényáramú szeparátor típusai Az örvényáramú szétválasztó berendezéseket csoportosíthatjuk aszerint, hogy miként valósítják meg a mágneses teret, illetve annak időbeli és térbeli változását. A fémekben sokféleképpen indukálható örvényáram, ebből a szempontból négy típust különböztetünk meg: Egy elektromos berendezés által mozog a mágneses mező a mintán keresztül. Ez az elektromos berendezés lehet pl. egy lineáris motor. Ideiglenesen változtatva a mágneses mező intenzitását a mintában. Rögzített állandó mágnesek használatával, a mintát keresztülmozgatva a mágneses mezőn. (Pl. lapszeparátor) A mágneses mező mozog keresztül a mintán, úgy hogy a mágnes van mozgatva. Egy másik csoportosítási lehetőség a kialakítás szerinti megkülönböztetés, vagyis a berendezés lehet álló- (statikus) vagy mozgó (dinamikus) típusú. 5. táblázat: Az örvényáramú szeparátor típusai [17, 18] Szeparátor típus Lapszeparátor Tárcsás örvényáramú szeparátor (SDECS) Működési elv A legegyszerűbb szerkezetű örvényáramú szeparátor egy statikus típus, amely egy hosszú emelkedőből áll. Az emelkedő egy váltakozó polaritással elrendezett permanens mágneses tömbökkel, lapokkal részben befedett lágyacél lap, amely általában 45 o -os szögben döntött. Ezt a berendezést az 5 mm-nél kisebb szemcseméretű, vezető nemvas fémek és a nemvezető anyagok, illetve az erősen vezető és gyengébben vezető fémek egymástól való szétválasztására tervezték. A szeparátor fő alkotóeleme az egyetlen lágyvasból készült, kör alakú lemez, amely a vízszintes síkhoz képest meg van döntve, és amely a közvetlenül egy elektromos motor tengelyéhez van rögzítve. A működési elv ebben az esetben is a mágneses mező által a vezetőkben indukált örvényáram. 12

13 Vertikális örvényáramú dobszeparátorok (VDECS) Horizontális kialakítású rotoros dobszeparátorok (HDECS) Ferde kialakítású örvényáramú dobszeparátor (ADECS) Két lépcsős örvényáramú szeparátor (TSECS) A gyakorlatban legtöbbet a dobtípusú szeparátorokat alkalmazzák. Ennél a berendezésnél a szétválasztandó anyag ferdén kerül feladásra meghatározott sebességgel. A dobot körülvevő műanyag lemeznek ütköznek a feladott szemcsék, amelyből a szigetelő részecskék visszapattannak, aztán leesnek. A vezető fémszemcsékre az összeütközések és a változó mágneses mező által bennük keltett örvényáram hat. Az iparban ez a legelterjedtebb típusa az örvényáramú szétválasztó berendezéseknek. A mágneses rotor egy gyorsan forgó henger, mely úgy épül fel, hogy a mágnesek váltakozó É-D pólussal vannak egymás mellé helyezve. Az örvényáramú szétválasztást minden esetben mágneses szeparálás előzi meg, megakadályozva azt, hogy a nagyobb fémdarabkák roncsolják azt. Egy tanulmány szerint [19] a forgásiránynak a jelentősége abban van, hogy az 5 mm-nél kisebb szemcseméretű fémrészecskék (alumínium és réz) leválasztásakor abban az esetben, ha a mágneses dob az óramutató járásával ellentétesen forog, ezek több mint 80 %-a hosszabb pályagörbén haladva a távolabbi gyűjtőládákba esik, és így nem keveredik a nemfémes anyagokkal. A kis szemcseméretű anyagok örvényáramú leválasztásának horizontális dobbal rendelkező típusa. Ebben a berendezésben a forgó rotor a szállítószalag felső része alatt található közvetlenül, valamint a rotor ferdén van elhelyezve, vagyis a szalag haladási irányával szöget zár be. A mágnesek hosszúsága a ferde kialakításnak köszönhetően jóval rövidebb, mint a hagyományos kialakítású vízszintes dobbal rendelkező szeparátorok esetében. A dob ferde elhelyezésének következtében a mágneses mező a szalag szélességének csak a felén hat, ahol egyébként a szemcsék szétválasztódnak. A szalag másik, szabad felére ugranak az elpattanó vezető szemcsék, onnan pedig a szalag végénél lévő gyűjtődobozba esnek. [17] Fémek szeparálása esetében megoldást jelenthet egy új típusú berendezés, amely egy állandó mágnessel felszerelt, két lépcsős örvényáramú szeparátor (TSECS). A kialakítása nagyobb hatékonyságot mutat a kisebb, mint 5 mm-es, vezető- és nem vezető részecskék szeparálásában, illetve az erősen- és gyengén vezető nemvas fémek szétválasztásában is külön-külön. Ebben a berendezésben az erősen vezető részecskék első lépésben eldobódnak a szeparátortól, majd egy második lépcsőben alávetik egy új szeparációs folyamatnak a leválasztott anyagot, így elérve egy eredményes szétválasztást. A legnagyobb előnye ennek a típusú szeparátornak az, hogy két egymást követő lépcsőben szeparálják az anyagot, ezáltal növelik a szétválasztás hatékonyságát. Hátránya viszont ennek a kialakításnak, hogy az erősen- és gyengén vezető részecskék szétszeparálása 13

14 bonyolultabb lehet és így a kevert terméknek egy újabb szétválasztási folyamaton kell keresztül mennie, ami csökkentheti a hatékonyságot hasonlóan, mint a HDECS esetében. [18] 2.4. Autóroncs feldolgozás shredderüzemben Az EU területén működő, nagyméretű és szerkezeti anyagait tekintve összetett műszaki termékek (roncsautók, nagyobb háztartási gépek) automatizált feldolgozását végző (200 darab) shredderüzem évente 8-9 millió tonna hasznosításra nem kerülő mellékterméket hoz létre és juttat legnagyobb részben lerakókba. Az ebben rejlő szervesanyag mennyisége közel százalék, azaz évenként 4-4,5 millió tonnára tehető. Ennek mértékét növeli még az elektronikai hulladék-feldolgozókból származó, éves szinten 1-2 millió tonna nagyságrendű, szintén csak korlátozottan hasznosított hulladék. A tendenciák erősen emelkedő mennyiséget mutatnak, mivel az állampolgárok jóléte és a technológiák fejlődése gyorsítja a termékek forgási ciklusát. [13] Az elhasználódott eszközök újrahasznosításának feltétele, hogy a felépítő anyagaik (fémek fajtánként, műanyagok fajtánként, papír, textil, üveg stb.) fajtatisztán egymástól elkülönítve álljanak rendelkezésre a feldolgozásra, felhasználásra. Az egyes komponensek - azaz az eszközöket felépítő anyagok, az un. mérnöki szerkezeti anyagok szétválasztása három módon lehetséges: 1 - szelektív bontás, anyagfajtákra való szétszerelés, 2 - aprítás után történő szelektív gépi szétválasztás, 3 - kombinált eljárás, bontás és gépi szétválasztás egyidejű vagy egymást követő alkalmazása. Az előkészítés technológiája az alábbi főbb folyamatokat foglalja magába: szétválasztást megelőző aprítás (kalapácsos shredderrel < mm-re) mágneses szeparálás, méret szerinti osztályozás (dobszitával), száraz vagy nedves eljárással 3 sűrűségfrakció < 2 kg/dm 3 : műanyag, gumi, fa, kátrány; 2-3 kg/dm 3 : üveg,alumínium; > 3 kg/dm 3 : nehézfémek előállítása, 14

15 a középső sűrűség-frakcióból elektromos úton történő (örvényáramú, vagy elektrosztatikus) alumínium-kinyerés. [12] A shredder üzemi folyamatok közül ismeretesek a hulladék száraz (pl. LINDEMANN-féle technológia), illetve nedves előkészítési technológiái. Budapesten két shredder üzem működik, melyek az Ereco (francia-angol) és Müller- Guttenbrunn (osztrák-német) által üzemeltetett. Az előbbi egy t/év kapacitású üzem, a Mü-Gu pedig t/év. Utóbbinál megemlítendő, hogy a gépjárműveken kívül elektronikai hulladékot és fémhulladékot is feldolgoz. Mindkét telepre jellemző, hogy bevezették a gépjárművek szárazzá tételére szolgáló technológiát. Ez azt jelenti, hogy aprítás előtt leválasztják a roncsokból a környezetre káros folyadékot (pl. üzemanyag, fékfolyadék stb.) zárt rendszerben, majd ezután vezetik a roncsokat a shredderbe. Fehérvárcsurgón az Alcufer Zrt. shredderüzeme t/év kapacitással működik. Az aprítóberendezés képes a roncsautót motorral és váltóberendezéssel együtt leaprítani, így megelőzi annak előzetes kiszerelését, ami nagy előnyt jelent. Az anyagkihozatala 70% mágnesezhető vas- és acélhulladék, 6-8% vegyes színesfém, 20-24% shredderezési könnyűfrakció (vegyes műanyag, gumi, textil stb.). Az üzem további fejlesztéseket tűzött ki célul, amelyeket már megvalósítottak. Ilyen cél volt például a könnyű frakciók nagyobb arányú feldolgozása, és a lerakókra kerülő anyag mennyiségének minimalizálása. Az újonnan épült Fehérvárcsurgói üzem a jövő szempontjából komolyabb fejlődések elérésére képes, mint a régebb óta működő budapesti üzemek. [16] 3. ESZKÖZÖK BEMUTATÁSA Ebben a fejezetben szeretném bemutatni a mérések során alkalmazott berendezéseket, amelyek a kalapácsos shredder, valamint az intézeti örvényáramú szeparátor. A kalapácsos törőt a shredder üzem maradékanyagából származó reprezentatív minta aprítására használtam, míg a labor méretű örvényáramú szeparátort a már aprított anyag két szemcseméret frakciójának szétválasztási kísérleteinél alkalmaztam Kalapácsos shredder A kalapácstörők lágy és törékeny vagy szívós, de nem koptató és szálas anyagok aprítására egyaránt alkalmasak. Töretük szemcsemérete igen széles tartományt fog át: durvatörésre, finomaprításra, sőt száraz őrlésre is használhatók. A kalapácstörő egy 15

16 acéllemezházban helyezkedik el, ahol egy gyorsan forgó rotor található. A rotoron csuklós ütőszerszámok (kalapácsok, verőgyűrűk) helyezkednek el. Ezek az ütőszerszámok a centrifugális erő hatására radiálisan elmozdulnak, az őrlőtérbe bevezetett anyagok ezek által aprózódnak. A relatív vékony falú acél és nem vas fémes hulladékok aprításához nyírókalapácstörőket (Hammer-Shredder) alkalmaznak. E törőkben fontos szerepet tölt be a feladás-garatnál kialakított üllő: a feladott hulladékfém az üllőn nyírással-vágással aprózódik. A törőben a kalapácsok m/s kerületi sebessége mellett nagyon komplex terhelési viszony lép fel, amelyek különböznek az ásványi anyagok aprításakor fellépő körülményektől: a szemcsés ásványi anyagok aprítása ütésszerű nyomó-, és ütőterhelés által jön létre, mialatt a hulladék fémek ütésszerű húzó-, nyíró-, vágó-, hajlító- és csavaró terhelés hatására aprózódnak. E komplex terhelés különösen hulladékfémeket felépítő komponensek nagyfokú feltárásának elérését eredményez. Különösen alkalmas szilárd települési hulladék, elhasznált autógumi, akkumulátor, elektrotechnikai és elektronikai eszközök, fahulladékok aprítására. A könnyű fémek és a nem vas hulladékfémek aprításához az eddigiekben bevezetett kalapácstörőket a rotor elhelyezkedése és az aprított hulladékfémek kihordása szerint lehet csoportosítani az alábbiak szerint: Kalapácstörő horizontális rotorral kalapácstörő alsó kihordó szitaráccsal, kalapácstörő felső kihordó szitaráccsal, kalapácstörő alsó- és felső kihordó szitaráccsal. Kalapácstörő vertikális rotorral. [3, 16] Az intézetben található berendezés egy UKM 40/25 típusú kalapácsos törőből átalakított kalapácsos shredder, amelyet egy beépített üllő rész különböztet meg az alaptípustól. A jellemző paramétereket a 6. táblázatban láthatjuk. 6. táblázat: A kalapácsos shredder műszaki jellemzői [14,17] UKM típus UKM 40/25 Teljesítmény [t/h] 0,5-5 Feladható darabméret max. [mm] 80 Végtermék [mm] 0-30 Helyszükséglet Hosszúság [mm] Szélesség [mm] Magasság [mm]

17 Forgórész Átmérő [mm] Φ400 Hosszúság [mm] 220 Fordulatszám [f/p] 1035 Kerületi sebesség [m/s] 32 Géptömeg motorral [kg] Intézeti örvényáramú szeparátor A mérés során az Intézetben található örvényáramú szeparátorral (ERIEZ Rew X, szalagszélesség: 305 mm) dolgoztam. Ez egy hagyományos vízszintes kialakítású, dobtípusú szeparátor, ami egy nem mágneses anyagból készült, külső dobban forgó permanens mágneses rotorból és a hajtó-, illetve futószalagokból áll. A berendezés tartozékai közé tartoznak a tartályok, amelyekbe a szétválasztott anyagok kerülnek, illetve az elválasztó vagy terelő egység. A tartályok a szeparátor vázához rögzített, a rotort hajtó motorral egy síkban található acéllemezen helyezkednek el, melynek szélessége azonos a berendezés szélességével. A terelő a szeparátor vázához rögzített rozsdamentes acélból készült lemez, amelynek csavarokkal állítható a rotortól való távolsága, illetve a magassága a megfelelő szétválasztás eléréséhez. A terelő védőborítása (plexi) műanyagból készült, amely a gépre csatolható. Működés közben mindig rajta kell lennie a szeparátoron, mivel ennek ütköznek az örvényáram hatására eldobódó anyagok, így nyújt védelmet az általuk okozott sérülésektől. Egy 2,2 kw-os motor hajtja a szeparátor rotorját annak törzséhez rögzítve, ami ez által maximálisan 2500 fordulat megtételére képes percenként, de ez a beépített frekvenciaváltó segítségével fordulat/perc tartományban folyamatosan változtatható. A rotor szélessége megegyezik a szalagéval, amely megfelelő vastagsággal és rugalmassággal rendelkező anyagból készült, ezáltal védelmet nyújt a rotor dobjának az éles szemcsékkel szemben. A 3. ábrán látható az Intézeti laborszeparátor. 17

18 3. ábra: Az Eriez örvényáramú szeparátor [Saját kép] A szalagot egy 0,75 kw-os motor által hajtott, hátsó tárcsa mozgatja és a sebessége változtatható. Mind a szalag, mind a rotor szabályozása egy külső panelen lehetséges. A szalag és a motorok körül acéllemezből készült védőborítás található. A feladás a szalagot hajtó dob mögött található vibrációs adagoló segítségével történik. A szalag sebessége 0,55-1,15 m/s tartományban szintén folyamatosan változtatható. Mind a szalag, mind a rotor szabályozása egy külső panelen lehetséges. A szalag és a motorok körül acéllemezből készült védőborítás található. A feladás a szalagot hajtó dob mögött található vibrációs adagoló segítségével történik. (3. ábra) [10, 4] 4. VIZSGÁLATOK Ebben a fejezetben ismertetem a shredderüzem maradékanyagából származó vezető termék örvényáramú szeparátor segítségével történő szétválasztási kísérletét, valamint a mérési folyamatot, amely magába foglalja a minták előkészítését. 18

19 4.1. A mintaanyag előkészítése A kísérletekhez szükséges réz-alumínium minták az ALCUFER Kft. fehérvárcsurgói telepéről származnak. A mintavételnél a felhalmozott könnyűtermék halmazból 135 kg mennyiségű, túlnyomó részt < 50 mm szemcseméretű frakció kiválogatása kézzel történt. Ezzel a mintavételi és előkészítési módszerrel csak magát a nemvezető fémet kellett az Intézetbe szállítani. A mintából körülbelül 80 kg kisebb szemcseméretű anyag kiválogatása történt. Az intézeti kalapácsos shredderrel ez a mennyiség került leaprításra és így előállt egy olyan mintaanyag, amely tulajdonképpen a fehérvárcsurgói üzem szeparációs technológiájának nem-mágneses fémtermékével megegyezik. A következő egyszerűsített ábra (4. ábra) bemutatja, hogy az intézetbe szállított, ott megfelelően előkészített (aprított), vizsgált mintaanyag az új maradékanyag feldolgozó üzem várható termékét modellezi. Fémhulladék, roncsautó Fehérvárcsurgó Shredderüzem Fe Cu/Alu Maradék anyag Könnyű termék Ciklonpor Új maradékanyag feldolgozó üzem Fe Műanyag Maradékanyag Vezető termék Cu/Al Várható termék 4. ábra: A maradékanyag feldolgozó üzem várható termékének modellezése [Szerző saját szerkesztése] 19

20 Az alapanyag tehát rézből, alumíniumból (5-6. ábra), ötvözött rézből és egyéb szennyezőkből (például papír, műanyag, gumi, üveg) áll. 5. ábra: Alumínium mm-es kubikus minta [Saját kép] 6. ábra: Alumínium 5-12 mm-es kubikus minta [Saját kép] Az aprítás tömegárama a 7. táblázatban látható, amely adott esetben lehet nagyobb, mint ami a táblázatban szerepel, de a körülmények miatt az üzemelés így tűnt a legjobbnak. 7. táblázat: A kalapácsos shredder esetében számított tömegáram Tömegáram számítása a kalapácsos shredder esetében Adatok t= 9 min= 0,15 h m= 10,5 kg= 0,0105 t Tömegáram m= 70,00 kg/h= 1,1667 kg/min= 0,0700 t/h [Szerző saját szerkesztése] 20

21 A minta negyedelése szabványos módszerrel (Jones-kisebbítő) valósult meg. Két negyed minta letárolásra került, a maradék fél minta vizsgálata pedig szitaelemzéssel történt. Az anyag osztályozásánál 5-, 12-, 20- és 25 mm-es sziták kerültek alkalmazásra. Az alapanyag frakciókra bontásának, illetve később szemcsealak szerinti osztályozásának a célja az élesebb szétválasztás elérése volt. A kapott értékeket a 8. táblázat szemlélteti, ahol x a szitanyílás [mm], m a frakciók tömege [g, kg], Δm i a tömeghányad [%], Δx i a szitanyílás különbség [mm], F(x) az eloszlás függvény [%], f(x) a sűrűség függvény [1/mm]. 8. táblázat: A kalapácsos shredderrel aprított minta szemcseméret-eloszlása x [mm] m [kg] m i [%] x i [mm] F(x) [%] f(x) [1/mm] (40) > 25 2,245 5, ,0000 0, ,645 12, ,0021 2, ,9 45, ,5923 5, ,92 26, ,4414 3,7861 (0) < 5 3,72 9, ,9386 1, ,43 100,0000 [Szerző saját szerkesztése] Az aprított minta szemcseméret-eloszlását a következő ábrán mutatom be. (7. ábra). A ábráról leolvashatóak a függvény jellemző értékei (x 50, x 80, x max ). 21

22 7. ábra: A kalapácsos shredderrel aprított minta szemcseméret-eloszlása [Szerző saját szerkesztése] A és mm-es szemcseméret frakciók különböző vizsgálatok céljából szétosztásra kerültek. A kísérleteket örvényáramú szeparátorral végeztem, de párhuzamosan más berendezésekkel is végeztek vizsgálatokat. 22

23 Minta (<40 mm) m= 135 kg Nagyméretű, durva frakció m= 55 kg Kézi válogatás m= 80 kg Aprítás (kalapácsos shredderrel) m= 78 kg x max = 40 mm m= 2 kg Elszívott por Többszöri mintakisebbítés (Jones-kisebbítő) Minta ¼ része vizsgálatra m= 19,82 kg Minta ½ rész vizsgálatra m= 37,43 kg Tartalék képzése ¼ rész m= 19 kg Osztályozás kézi szitával > 25 mm mm mm 5-12 mm < 5 mm m= 2,245 kg m= 4,645 kg m= 16,9 kg m= 9,92 kg m= 3,72 kg Minta ¼ részének alak szerinti szeparálása résszitával Egyéb vizsgálatok (Minta ¾ része) Kubikus szemcsék 5-12 mm: 2,6 kg mm: 3,9 kg Lemezes szemcsék x max = Maximális szemcseméret m= Az adott termék vagy anyag tömege Vizsgálatok (Örvényáramú szeparátorral) 8. ábra: A mintaanyag előkészítésének folyamatábrája [Szerző saját szerkesztése] 23

24 Az aprított réz-alumínium minták alak szerinti szeparálását résszitával, szemcseméret frakciónként végeztem. Az 5-12 mm-es szemcsefrakciónál 4 mm-es résszitát használtam, míg a mm-es esetében 8 mm-es szitát. Az alak szerinti osztályozásnál megfigyelhető, hogy a mm-es szemcsefrakció esetén 70,14 % a kubikus szemcsék aránya a lemezes alakhoz képest, az 5-12 mm-es frakciónál pedig 79,68%. Kézzel történő szétválasztást végeztem alumínium, réz, ill. sárgaréz szemcsékre. Az anyagösszetétel a 9. táblázatban látható. 9. táblázat: Anyagösszetétel meghatározása Alak jellege Fém típusa/ Szemcseméret frakció [mm] Al Kubikus szemcsék Cu Cu (sárga) Lemezes szemcsék Egyéb Al Cu Cu (sárga) Egyéb ,53% 20,57% 27,91% 1,00% 37,41% 16,37% 45,07% 1,16% ,00% 31,03% 30,27% 1,71% 39,68% 14,60% 41,18% 4,54% [Szerző saját szerkesztése] Az előállított frakciók (pl.: 5 12 mm, kubikus, réz) viselkedésének vizsgálata az örvényáramú szeparátorban valósult meg, ahol az elhajítás mértékének-, illetve a terelőlemez pozíciójának meghatározása történt különböző rotor fordulatok és szalagsebességek esetén Az örvényáramban végzett vizsgálatok A mérések során alumínium-, vörös réz-, illetve ötvözött (sárga) réz szemcsék két frakcióját vizsgáltam (5-12 mm, illetve mm) az örvényáramú szeparátor segítségével. A szemcsék alak szerinti vizsgálatánál kubikus és lemezes osztályokra szeparáltam az anyagot mindkét szemcseméret esetében. A vizsgálataim arra irányultak, hogy milyen beállítások mellett tudom a legtisztábban szétválasztani az anyagfrakciókat az örvényáramú szeparátor segítségével. A kísérleteim kezdetén a terelőlemez (α) szögének változtatásával próbáltam a szétválasztást eredményesen véghezvinni. A tapasztalatom az volt, hogy optimálisabb, ha a 24

25 dob tengelyének vonalában tartom a lemez élét, azaz a vízszintessel bezárt szöge (α) minden pozícióban ugyanaz marad. A terelőlemez helyzetét azonban vízszintesen csúsztatva különböző pozíciókba állítottam. Minden anyagfajtánál, frakciónál és alaknál megállapítottam a terelőlemez helyzetének alsó-, illetve felső határát. Alsó határ (a), amikor az összes szemcsét leválasztja a terelőlemez és a felső határ (b), amikor éppen nem esik már át egy szemcse sem a terelőlemezen. A két határ közötti szakaszt felosztottam 5 tartományra úgy, hogy a felső határból kivontam az alsót, és a különbséget 5-tel osztottam, majd az alsó határ értékéhez hozzáadva megkaptam a tartományokat. Az alsó-, illetve felső határok értékét a következő táblázatokban láthatjuk, ahol az a: a szalag és a terelőlemez éle közötti távolság alsó határa és a b: a szalag és a terelőlemez éle közötti távolság felső határa. 10. táblázat: A terelőlemez alsó- és felső határának értéke [12-20 mm] a [mm] b [mm] [5-12 mm] a [mm] b [mm] Cu Cu Kubikus Kubikus Lemezes Lemezes Ötvözött Cu Al Ötvözött Cu Kubikus Kubikus Lemezes Lemezes Al Kubikus Kubikus Lemezes Lemezes [Szerző saját szerkesztése] Ezeket az értékeket 2500 rotor fordulatnál, illetve 1,15 m/s szalagsebességnél állapítottam meg mindkét szemcsefrakciónál, az anyag pedig alumínium, réz és ötvözött réz mindkét alak (kubikus, lemezes) esetében. Ezek szerint állítottam be a terelőlemezt a vizsgálatnál, és azt figyeltem, hogy a feladott anyagból az adott beállításnál mennyit tudok leválasztani, illetve megfigyelhető-e különleges tulajdonsága a leválasztott anyagnak vagy sem. A rotor fordulatot, illetve a szalagsebességet is szisztematikusan változtattam és így mindig különböző paraméter 25

26 beállítások mellett végeztem el a kísérleteimet. A terelőlemez beállítási lehetőségei láthatók az 9. ábrán. 9. ábra: A terelőlemez beállításának vázlata [Szerző saját szerkesztése] Az örvényáramú szeparátorra az egyes feladásokat különböző szalagsebesség és rotor fordulatszám mellett végeztem el. A 11. táblázatban láthatók a szalagsebességekhez- és a rotor fordulatokhoz tartozó frekvencia értékek, de az általam használt paraméterek vastagon kiemelve jelennek meg. 11. táblázat: Adott szalagsebességhez- és a rotor fordulathoz tartozó frekvencia érték Szalagsebesség [m/s] Frekvencia [Hz] Rotor fordulat [] Frekvencia [Hz] 0,55 23, ,7 29, ,85 35, , ,15 48, [Szerző saját szerkesztése] 26

27 4.3. Az örvényáramú szeparálás mérési eredményei A táblázatokban szereplő nyers adatok azt adják meg, hogy adott paraméterek mellett mennyi anyagot nem választott le a szeparálásnál a terelőlemez. Megfigyelhető volt a kísérletek során a hosszúkás szemcsék eredményesebb leválasztódása, a gyűrt vagy lemezes szemcsékkel szemben. Az alumíniumnál volt a legjobban megfigyelhető ez a jelenség, de a vörös réznél és az ötvözött (sárga) réznél is előfordult. I. ALUMÍNIUM SZEMCSÉK 12. táblázat: Alumínium minta tömegkihozatalai adott paraméterek mellett Paraméterek/ Pozíciók [mm] mm; KUBIKUS; Al ,15 m/s ,15 m/s % ,85 m/s I ,8 1,8 5,78 22,56 II. 98,8-130,6 8,15 6,63 18,19 III. 130,6-162,4 11,75 16,47 24,51 IV. 162,4-194,2 21,85 27,95 20,30 V. 194, ,4 16,08 4,76 VI ,0 27,09 9,68 Paraméterek/ Pozíciók [mm] mm; LEMEZES; Al ,15 m/s ,15 m/s % ,85 m/s I ,2 3,59 6,14 27,11 II. 96,2-128,4 15,38 19,18 34,02 III. 128,4-160,6 26,41 13,81 12,78 IV. 160,6-192,8 13,59 31,71 13,56 V. 192, ,62 9,72 3,58 VI ,41 19,44 8, mm; KUBIKUS; Al 5-12 mm; LEMEZES; Al Paraméterek/ Pozíciók [mm] Paraméterek/ Pozíciók [mm] ,15 m/s 1,15 m/s 0,85 m/s % I ,2 19,25 21,79 52,01 II. 78,2-115,4 34,23 35,96 29,14 III. 115,4-152,6 19,78 17,25 7,22 IV. 152,6-189,8 12,57 15,78 4,81 V. 189, ,82 1,87 1,74 VI ,35 7,35 5,08 1,15 m/s 1,15 m/s 0,85 m/s % I ,4 49,42 52,91 82,56 II. 80,4-116,8 34,30 34,30 11,63 III. 116,8-153,2 8,72 9,30 1,74 IV. 153,2-189,6 4,07 0,58 1,74 V. 189, ,49 2,91 2,33 [Szerző saját szerkesztése] 27

28 II. RÉZ SZEMCSÉK 13. táblázat: Réz minta tömegkihozatalai adott paraméterek mellett Paraméterek/ Pozíciók [mm] mm; KUBIKUS; Cu ,15 m/s ,15 m/s % ,85 m/s I ,8 9,84 10,93 31,51 II. 78,8-106,6 15,30 25,14 30,42 III. 106,6-136,4 14,02 6,92 11,84 IV. 136,4-166,2 12,75 14,02 7,47 V. 166, ,88 28,96 6,01 VI ,21 14,03 12, mm; LEMEZES; Cu Paraméterek/ Pozíciók [mm] ,15 m/s ,15 m/s % ,85 m/s I ,2 9,74 7,73 44,33 II. 104,2-130,4 14,36 8,76 19,59 III. 130,4-156,6 4,62 39,18 24,22 IV. 156,6-182,8 38,97 13,40 6,71 V. 182, ,36 30,93 5,15 VI , Paraméterek/ Pozíciók [mm] 5-12 mm; KUBIKUS; Cu Paraméterek/ Pozíciók [mm] 5-12 mm; LEMEZES; Cu ,15 m/s 1,15 m/s 0,85 m/s % I ,2 10,87 11,79 38,44 II. 74,2-112,4 30,94 34,30 38,90 III. 112,4-150,6 29,86 33,54 15,16 IV. 150,6-188,8 15,62 13,02 4,74 V. 188, ,71 7,35 2,76 1,15 m/s 1,15 m/s 0,85 m/s % I ,8 35,14 39,19 83,78 II. 65,8-94,6 50,00 50,00 13,52 III. 94,6-123,4 9,45 9,46 1,35 IV. 123,4-152,2 4,06 1,35 1,35 V. 152,2-181,0 1, [ [Szerző saját szerkesztése] 28

29 III. ÖTVÖZÖTT RÉZ SZEMCSÉK 14. táblázat: Ötvözött réz minta tömegkihozatalai adott paraméterek mellett mm; KUBIKUS; Ötv. Cu Paraméterek/ Pozíciók [mm] 5-12 mm; KUBIKUS; Ötv. Cu Paraméterek/ Pozíciók [mm] ,15 m/s ,15 m/s ,15 m/s ,15 m/s % ,85 m/s I ,03 17,02 60,24 II ,55 16,62 18,62 III ,04 25,0 13,69 IV ,87 21,81 1,33 V ,61 7,45 6,12 VI ,90 12, ,85 m/s I ,43 2,23 13,38 II ,6 28,19 41,88 81,37 III. 69,6-91,2 43,47 39,81 2,22 IV. 91,2-112,8 25,95 14,81 2,87 V. 112,8-134,4 0,96 1,27 0,16 % mm; LEMEZES; Ötv. Cu Paraméterek/ Pozíciók [mm] ,15 m/s ,15 m/s ,85 m/s I ,74 13,83 71,40 II ,84 36,82 22,24 III ,27 37,76 4,86 IV ,66 6,17 0,38 V ,81 3,74 1,12 VI ,68 1,68 - % 5-12 mm; LEMEZES; Ötv. Cu Paraméterek/ Pozíciók [mm] ,15 m/s ,15 m/s ,85 m/s I ,18 59,55 94,55 II ,73 28,63 1,81 III ,36 10,46 3,64 IV ,91 1,36 0 V , % Az adott terelőlemez tartományba esett szemek tömeghányadát mutatja a következő ábra mindkét szemcseméret és alak esetén, 2200 fordulaton és 1,15 m/s szalagsebességnél (a többi esetben lásd. melléklet). 29

30 15. táblázat: mm frakció (rotorfordulat: 2200/perc, szalagsebesség: 1,15 m/s) 30

31 [Szerző saját szerkesztése] 16. táblázat: 5 12 mm frakció (rotorfordulat: 2200, szalagsebesség: 1,15 m/s) 31

32 [Szerző saját szerkesztése] A fémek elválaszthatóságát vizsgálom az alapanyag összetétele és a szétválasztási kísérletek tömegkihozatalai alapján. Az egyszerűbb kiértékelhetőség céljából olyan ábrázolásmódot alakítottam ki, hogy a rotortól való távolság függvényében ábrázoltam az egyes anyagfajták tömegkihozatalát. Így egyszerűen leolvasható, hogy adott távolságra az anyag milyen tömeghányada kerül megadott üzemi paraméterek mellett. Minden egyes beállításnál kiszámoltam azt, hogy ha a feladás vegyesen történne, akkor a két termékbe hogyan oszlanának el az anyagok, így meghatározva a termékek összetételét. A következő ábrán (10. ábra) a mm-es frakció (kubikus alak) szemcseméret eloszlása látható. 32

33 Az alapanyagban 79% az alumínium és 21% a réz, amelyben a vörösréz-sárgaréz eloszlása 44,44-55,56%. Az adatok alapján a mintaanyag egészére nézve a vörösréz 9,33%, a sárgaréz pedig 11,67%. A továbbiakban részletesen bemutatom a számításaim menetét minden terelőlemez pozíciónál. Ötv. Cu Cu Al 10. ábra: mm-es kubikus frakció szemcseméret eloszlása [Szerző saját szerkesztése] Az ábráról különböző terelőlemez beállításoknál leolvashatók az eloszlás értékei, amelyek a következő táblázatban látható. 33

34 17. táblázat: mm-es kubikus frakció szemcseméret eloszlásának értékei a [mm] F(x) [%] (Al) F(x) [%] (Cu) F(x) [%] (Ötv. Cu) , ,78 22,3 28, ,9 52, ,5 42,99 75, ,4 52,2 85, ,0 66,6 100, ,83 85,97 100, ,7 100, ,1 100,0 100,0 [Szerző saját szerkesztése] I. 60 mm terelőlemez beállításnál Al Cu - Ötv. Cu arány az alapanyagban: 79 a Al - 9,33 a Cu - 11,67a Cu ötv % Al - Cu Ötv. Cu tömegkihozatalai: 3 k 60mmAl -8,2 k 60mmCu -14 k 60mmCu ötv % A nem vezető termékbe kerülő anyag mennyisége: Alumínium: 3x0,79 = 2,37 Vörösréz : 8,2x0,0933= 0,77 Sárgaréz : 14x0,1167 = 1,63 4,77 m NV60mm A nem vezető termék összetétele a fenti adatokból kiszámítható: Alumínium: (2,37/4,77)x100= 49,69 % Vörösréz : (0,77/4,77)x100= 16,14 % Sárgaréz : (1,63/4,77)x100= 34,17 % 100 % II. 80 mm terelőlemez beállításnál Al Cu - Ötv. Cu arány az alapanyagban: 79 a Al - 9,33 a Cu - 11,67 a Cu ötv % Al - Cu Ötv. Cu tömegkihozatalai: 5,78 k 80mmAl -22,3 k 80mmCu -28,5 k 80mmCu ötv % 34