Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet MÁGNESESFÉM-LEVÁLASZTÁSI TECHNOLÓGIA TERVEZÉSE HULLADÉKÉGETŐMŰ SALAKANYAGÁRA TDK Dolgozat Készítette: Paszternák Ádám Környezettechnika szakirány Konzulensek: Prof. Dr. habil Csőke Barnabás, egyetemi tanár Nagy Sándor, tanszéki mérnök 2011.11.04. Miskolc, 2011.
Eredetiségi nyilatkozat Eredetiségi nyilatkozat "Alulírott Paszternák Ádám, 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, 2011. november 4.... a hallgató aláírása A konzulens nyilatkozata 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, 2011. november 4.... a konzulens aláírása
TARTALOMJEGYZÉK 1. BEVEZETÉS 1 2. SZAKIRODALMI ÖSSZEFOGLALÓ 2 2.1. Fémleválasztás salakból 2 2.2. Fémleválasztó berendezések 2 2.2.1. Mágneses leválasztók 2 2.2.2. Száraz mágneses szeparátorok 3 2.2.3. Nedves mágneses szeparátorok 5 2.3. Aprítóberendezések 6 2.3.1. Az aprítás fizikája 6 2.3.2. Röpítő törő 6 2.3.3. Kalapácsos törő 8 2.3.4. Hengeres törő 9 2.3.5. Tüskés hengeres törő 10 3. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 10 4. KUTATÓMUNKÁHOZ KAPCSOLÓDÓ ÜZEMI MÉRÉS 13 5. KÍSÉRLET FELSŐSZALAGOS MÁGNESES SZEPARÁTORRAL 19 6. SALAKBA OLVADT VAS RÉSZARÁNYÁNAK MEGHATÁROZÁSA SŰRŰSÉGELEMZÉSSEL 26 7. ÖSSZEFOGLALÁS 29 8. IRODALOMJEGYZÉK 31
1. BEVEZETÉS Dolgozatommal célom, hogy bemutassam a termikus hulladékkezelés melléktermékének újrahasznosítási módjait, berendezéseit, és az általam végzett laborkísérleteket. Magyarországon évente mintegy 40-50 ezer tonna hulladék abroncs keletkezik. Ezen felül további 80 ezer tonna korábban felhalmozódott gumi vár megsemmisítésre. A gumiabroncs a természetben nem bomlik le, tehát ártalmatlanítást igényel. A gumihulladékok hasznosítási eljárásai közé tartozik az elhasznált autógumi abroncsok újrafutózása, ezáltal megnövelve a gumi élettartamát. További hasznosítási mód az őrletének felhasználása, amely szinte korlátlan lehetőségeket kínál az útépítés, a sportpályák és játszóterek burkolata, illetve az építőipar területén is. Továbbá hasznosítható energianyerés céljából is, erre kialakított égető üzemekben. Az égetés során melléktermékként salak és hamu keletkezik. Utóbbit veszélyes hulladékként kell kezelni, a salak viszont újrahasznosítható fémkinyerés céljából, ugyanis fémtartalma nem elhanyagolható. A salak kohászati alapanyag, azaz vasérc agglomerátum gyártására is alkalmas, viszont jelentős mennyiségű szabad vashoz juthatunk hozzá mágneses szeparátorok alkalmazásával. Mivel a salak erősen koptató hatású, a kopásállóság és az egyszerű karbantartás nem elhanyagolható a berendezés különösképpen a fémek feltárásához szükséges aprítóberendezés megválasztásánál. Vizsgálataim során elvégeztem a salakminta eljárástechnikai elemzését, vizsgáltam a különböző szemcseméret frakciók vastartalmát, a vas feltártságát. A Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet felsőszalagos mágneses szeparátorával végeztem kísérleteket az aprított (feltárt) salak fémmentesítésére. Meghatároztam az optimális szalagmagasságot, és szalagsebességeket. Vizsgáltam a termékek tömeg és fémkihozatalát, a termékek sűrűségelemzése által. 1
2. SZAKIRODALMI ÖSSZEFOGLALÓ 2.1. Fémleválasztás salakból Vas illetve nem mágneses fémleválasztást kell alkalmazni számtalan technológia salakja esetén. Ilyen például települési szilárd hulladék maradékanyaga. A vas kiválasztására többek közt a szállítószalag fölé helyezett állandó mágneses szeparátor alkalmazható. Az esetleges szalagcsere könnyen elvégezhető, ugyanakkor a rendszer üzembiztos. Hasonlóan hatékony vasfém-leválasztási eljárás lehet a mágneses dob használata. A nemvasfémek tonnánkénti ára mintegy 800 euró, tehát ennek a mennyisége sem elhanyagolható. Az anyag koptató hatása miatt a berendezés mechanikai igénybevételét a minimumra kell csökkenteni. A könnyű- és színesfémek magas ára miatt vált az örvényáramú fémleválasztó a salakfeldolgozó üzemek egyik legfontosabb berendezésévé [1]. 2.2. Fémleválasztó berendezések 2.2.1. Mágneses leválasztók Mágnesek nevezzük azokat a testeket, amelyek környezetükben mágneses mezőt hoznak létre. Az anyagokat a mágnes (ill. annak közelebbi pólusa) vonzza vagy taszítja. Előbbiek a paramágneses, utóbbiak a diamágneses anyagok. Az erővonalakat a paramágneses anyag belsejében sűríti, s az erővonalak mentén ezek konvergenciájának irányában mozdul el: olyan helyre törekszik, ahol a mező intenzitása nagyobb. A diamágneses anyag ellenben az erővonalakat a belsejében ritkítja s az erővonalak divergálásának irányában mozdul el: olyan helyre törekszik a térben, ahol a mező intenzitása kisebb. A diamágnesség igen kicsiny erőhatásokkal jár s a mágneses szeparálásra gyakorlatilag nem használható fel. A paramágnesség ellenben sokszor olyan nagy erőhatásokkal jelentkezik, hogy a különböző mértékben mágnesezhető ásványok szétválasztására gyakorlatilag is alkalmazható. [2] Tehát a vas leválasztására a leghatékonyabb módszer a mágneses szeparálás. A mágneses szeparátorok osztályozása több módon is történhet: Közeg szerint: 2
- száraz - nedves A szeparálandó anyag mágneses sajátsága szerint: - gyengemezőjű - erősmezőjű Anyag bevezetésének módja szerint: - alsó feladású - felső feladású Külső alak szerint: - szalagos - dobos - hengeres, stb. A mágneses szeparátorokat legalapvetőbben közegük alapján különböztethetjük meg, mi szerint száraz vagy nedves szeparátorok léteznek [3]. 2.2.2. Száraz mágneses szeparátorok A permanens vagy elektromágnessel működő berendezések kihordás nélküli függesztett vagy kihordással rendelkező mágneses szeparátorok lehetnek. Kialakításuk szerint szalagos vaskiválasztókról vagy vaskiválasztó dobokról beszélhetünk. A szalagos szeparátorok egyik típusa a keresztszalagos szeparátor, mely a szétválasztandó anyagáram fölé merőlegesen helyezhető. Ennek közepében állandó illetve elektromágnes biztosíthatja a mágneses teret. Gazdaságosság szempontjából az állandó mágnesek költséghatékonyabbak, mivel nem igényelnek elektromos energiát. Az anyagáramból a mágneses szemcsék felugranak a mágnesre, ahonnan a felsőszalag elszállítja az anyagáram fölül és ahol a felsőszalag nem tartózkodik a mágnes alatt a szemcse leesik a szalagról. Ezt a módszert akkor célszerű alkalmazni, ha az anyag kis mennyiségű vasat tartalmaz. A felsőszalagos szeparátorok bármilyen méretű ferromágneses anyagnak a legnagyobb hatékonysággal történő kiválasztását teszik lehetővé. A mágneses berendezés használatával az aprító-, őrlő- és egyéb feldolgozógépek megóvhatók a korai elhasználódástól, kopástól illetve a vastartalmú anyagok nemkívánatos 3
jelenléte által okozott károsodástól. A szállítószalag fölé helyezhető elektromágneses illetve állandó mágneses berendezések automatikus tisztítású kihordó szalaggal vagy kézi tisztítású levehető gumiszőnyeggel rendelkeznek [4]. 1-2. ábra. Felsőszalagos mágneses szeparátorok [5-6] A mágneses dobszeparátorok hasonló elven működnek, mint a felsőszalagos szeparátorok. A szállítószalag végénél a feszítő dobba állandó mágnest helyezünk oly módon, hogy a mágnes a dob egy szeletét töltse ki. Így a mágneses szemcsék rátapadnak a dobra, míg a nem mágneses szemcsék lerepülnek róla. Amint a mágneses szemcse eléri azt a kerületi pontot, ahol a mágnes már nincs felette, leesik a szalagról egy gyűjtőedényzetbe. A mágneses dobszeparátorok felhasználási területe igen változatos lehet, a hulladékvasnak az acélművi, öntödei vagy bontási anyagból történő kinyerésétől az általános újrahasznosításig. Igény esetén megfelelő rezgőasztalos adagolóval vagy garattal is ellátható. Az elektromágneses vagy állandó mágneses görgők különböző átmérőjűek és palásthosszúságúak lehetnek [4]. 3-4. ábra. Mágneses dobszeparátorok [7-8] 4
2.2.3. Nedves mágneses szeparátorok A mágneses eljárások és berendezések közül kiemelt fontosságú a magnetohidrosztatikus eljárás. A magnetohidrosztatikus jelenséget (MHS) tapasztalhatjuk akkor, amikor egy paramágneses testet (amit levegőben egyébként az inhomogén mágneses térben vonz a mágnes), olyan közegbe helyezünk (ugyanabba az eredeti mágneses térbe), amelynek mágneses szuszceptibilitása nagyobb, mint a szemcséé, akkor e testet a mágnes (a közeg kiszorítván magából) eltaszítja. Az ábrán látható 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 (vertikális irányban csökkenő), a különböző sűrűségű szemcsék különböző magasságban foglalják el egyensúlyi helyzetüket, ahonnan elvezethetők. A mágnesezhető közeg lehet mágnesezhető fémsók (pl. vas-, nikkelklorid ) oldata, vagy nanoméretű magnetit részecskékből képzett stabil szuszpenzió (ez utóbbiak a leghatásosabbak). Az MHS szeparátorok nagy előnye egyszerűségében és szabályozhatóságában van: a gerjesztő áram változtatásával ugyanis a látszólagos elválasztási sűrűség fokozatmentesen, jól szabályozható. [9] 5. ábra. A magnetohidrosztatikus (MHS) jelenség és a NASA MHS-szeparátorának vázlata [9] 5
2.3. Aprítóberendezések A salak előkészítése során várhatóan szükséges a feltártságának a növelése, ezt pedig aprítással érhetjük el, ezért ebben a fejezetben röviden bemutatom a salak aprítására alkalmas legfőbb berendezéseket. Az aprítás az anyaghalmaz darabjainak szemnagyságát csökkenti, az anyaghalmaz fajlagos felületét növeli. Az aprítás elsődleges feladata a feltárás: az anyaghalmaz eredetileg egymással összenőve található ásványegyedek összenövésének megszűntetése, azok egymástól való szabaddá tétele. Az anyaghalmaz feltárt szemeiben csupán egyetlen ásványfajta van jelen; két vagy több ásvány van az összenőtt szemekben. Valamely összenőtt darab aprítása esetén kétféle okból következhet be a feltárás. Előfordulhat, hogy az egymással összenőtt ásványok fizikai sajátságai erősen különböznek, vagy hogy a közöttük lévő kapcsolat lényegesen gyengébb, mint a szemek saját kohéziója; ekkor a széttörés leginkább az érintkezés mentén fog bekövetkezni. Másrészt pedig a finomabb szemnagyságra való aprítás a fenti hatás nélkül is a mindig tökéletesebb feltárásra vezet. [10] 2 3.1. Az aprítás fizikája A szilárd testek struktúrája inhomogén: egyes hibahelyeken a törés megindulását kiváltó energiafelhalmozódás jelentkezik. A szilárdság helyi túllépése az anyag összefüggését ridegtörés vagy csúszás (vagy kombinált reakció) alakjában szünteti meg. A ridegtörést húzófeszültségek, a csúszást csúsztató feszültségek okozzák. Inhomogén anyagokban a csúszás helyi húzófeszültségeket ébreszthet, amelyek a ridegtörést kiváltják. Elektromos és kémiai jelenségek is felléphetnek, termikus energiák is kicserélődhetnek. A friss törési felületeken struktúra átalakulások lépnek fel. A törés, ütés vagy nyomás esetében is húzófeszültségek és nyíró-csúsztató feszültségek következménye, amiket a test alakváltozása és rugalmas hullámok okoznak. [11] 2.3.2. Röpítő törő Kis és közepes szilárdságú anyagok durva- közép- és finomaprítására egyaránt alkalmazható. A röpítő törők egyetlen felülettel érintkezve, ütközéssel aprítanak. A berendezés közepén egy gyorsan forgó vízszintes rotor helyezkedik el, melyen 2-8 darab 6
könnyen szerelhető, kopásálló, acélötvözetből készült dobóléc található. A gép házában állítható vagy fixen rögzített ütközőlemezek vannak. A forgó rotoron található dobólécek eltaszítják a feladott anyagokat, melyek a rögzített páncéllemezeknek ütköznek. Bizonyos sebességnél már a dobóléc is törheti az anyagot, mely ellenkező esetben a páncéllemeznek ütközve aprózódik. Jól beállított gép esetében a feladott anyag az ütközőlemezekről ismét a rotor felé pattan vissza, ezáltal elősegítve az anyag többszöri ütközését. Ezzel nagy aprítási fok érhető el, így kedvező esetben egyetlen röpítő törő két-három egyébként egymás után szükséges egyéb törő munkáját egymagában elláthatja. A durva- és középaprításra való röpítő törők egy vagy két rotorosak. Finomaprításra röpítő malmok alkalmazhatók, melyekben a függőleges tengelyű szórótányérról repül az anyag a páncéllemezeknek. Az ilyen berendezésekben az ütközéskor rendelkezésre álló kinetikai energia egy része szolgáltatja az aprításhoz szükséges munkát, melynek nagysága az ütközés módjától, valamint a feladott anyag és az ütközőlemezek szilárdsági sajátságaitól függ. Az ütközés sebességétől, a rugalmas sajátságoktól és a szem alakjától függ a testben ébredő feszültség nagysága és eloszlása. Az inhomogén textúrák esetében nagy feszültségek léphetnek fel, melyek kedvezően hatnak az összenőtt szemcsék határán való széttörésre. Az ilyen anyagokat a röpítő törővel erősen szelektíven aprítható. Az ütközési sebességet a szemek szilárdságának megfelelően kell megválasztani. A durvább darabok kisebb szilárdságúak, ezért a durva- és középaprítás területén 20-40 m/s közötti ütközési sebesség már megfelelő, a finomaprítás azonban jóval nagyobb sebességet igényel. [12] 6-7. ábra. Röpítő törő és annak szerkezeti vázlata [13] 7
2.3.3. Kalapácsos törő A kalapácsos törőkben az aprítás körben forgó kalapácsokkal (ütőtestekkel) történik. Lágy- középkemény anyagok durva-, közép- és finomaprítására alkalmas konstrukciók léteznek. Durvatörés a középkemény mészkőnél keményebb anyagon nem végezhető el. Közép- és finomaprításra alkalmas gépekre erősen koptató anyagok is feladhatók, de ekkor nagyobb karbantartási és üzemeltetési költségek jelentkezhetnek. Szálasrostos anyagok vagy agyagos kőzetek aprítására jól használhatók ezek a berendezések. A kalapácsos törők lengő kalapácsokkal vagy merev ütőtestekkel vannak felszerelve. A berendezésben a kalapácsok egy vízszintes tengelyű forgó rotorhoz csuklósan kapcsolódnak. Üzem közben a centrifugális erő hatására radiálisan helyezkedik el. A feladott anyag mozgástere jóval kisebb, mint a röpítő törőkben, éppen ezért az aprítás inkább ütéssel, mint ütközéssel történik. Durva törésre kisebb kerületi sebesség és nagyobb kalapácsok szükségesek. Nagy aprítási fok érhető el, a töret maximális szemnagyságát a gép alján található szitabetét határozza meg. A páncéllemezek és a rács kopásának kiegyenlítése céljából közelíteni lehet azokat a munkatér felé. A kalapácsok kopását csuklós felfüggesztésüknek a tárcsákon a tengelytől távolabb eső nyílásokba történő áthelyezésével lehet kiegyenlíteni. A gép teljesítményét a kalapácsok szélének a rácstól és a páncéllemeztől való távolsága befolyásolhatja. [12] 8-9. ábra. Kalapácsos törő berendezés [14] 8
2.3.4. Hengeres törő A hengeres törőkben két egymással szemben forgó henger között történik az aprítás. Léteznek egyhengeres törők is, ebben az esetben egy centrikusan forgó henger és egy síklap vagy törőlap között megy végbe az aprítás. A hengerek felülete nem csak sima lehet, találkozhatunk tüskékkel, fogakkal, vágóélekkel ellátott hengeres törőkkel is. Utóbbi esetben középkemény és lágy anyagok durvatörése végezhető el. A recézett hengerek középkemény és lágy anyagok közép- és finomaprítását, a sima hengerek kemény és középkemény anyagok finomaprítását teszik lehetővé. A hengeres törők nyomással, nyírással vagy ütéssel aprítanak. A berendezés működése közben két vízszintes tengelyű henger azonos kerületi sebességgel mozog egymás felé. A hengerek résmérete változtatható attól függően, hogy mekkora maximális szemcseméretű töretet szeretnénk. Az egyik henger fixen rögzített, míg a másik henger csapágyai erős rúgók ellenében elmozdulhatnak abban az esetben, ha törhetetlen anyag kerül az aprítógépbe. Mindkét henger meghajtására külön motorok szolgálnak. Kisebb hengerek kerületi sebességére kb. 5 m/s, nagy hengerekre kb. 12 m/s körüli értékek az elfogadottak, a rúgótörés elkerülése végett. A sebesség nagyobb lehet a lágyabb vagy apróbb szemű anyagok törésénél, mint a keményebb és durvább szemnagyságú anyagoknál. [12] 10-11. ábra. Hengeres törő berendezések [15] 9
2.3.5. Tüskés hengeres törő A fogazott vagy tüskés hengeres törők egy vagy két hengeresek lehetnek, melyek középkemény és lágy anyagok durvatörésére valók. A hengerek a tengelyre egymás mellé fűzött és összecsavarozott acéltárcsákból állnak, vagy a hengerpalástnak megfelelő szegmenseket csavaroznak a tengelyre húzott hengeres öntöttvas magra. Az esetlegesen elkopott elemek könnyen kicserélhetők. Általában a tüskék egyenként csavarozhatók a hengerpalástra, egyéb esetben hegesztéssel pótolhatóak. A hengerek rendszerint azonos, de előfordulhat, hogy eltérő kerületi sebességgel forognak egymással szemben. Ez a jelenség főleg tapadósabb, képlékenyebb anyagok törésekor tapasztalható. Lassú és gyors járatú berendezéseket gyártanak, előbbi 1-2 m/s, utóbbi pedig 12-18 m/s kerületi sebességűek lehetnek. A gyors járatúak ütéssel is aprítanak, ezáltal 8 körüli aprítási fokot elérve. [12] 3. LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK 12. ábra. Hengeres törőgépek hajtási változatai [16] A Miskolci Egyetemre érkezett 1 tonnányi (4 db big-bag) nyers reprezentatív salakminta. Meghatároztam a salakminta szemcseméret eloszlását (ábra) és a frakció szabad vas tartalmát (2. táblázat). A frakciókat a 13-20-as ábrák szemléltetik. Továbbá vizsgáltam a frakciókban lévő szabad vas szálaknak a maximális átmérőjét (d max ). 10
x i [mm] mi [kg] Δmi [%] F(x) [%] m szabad vas [kg] szabad vastart. [%] d max [mm] >150 2,5 1,098 100 2,2 88 8 150 100 4 1,757 98,902 0,7 17,5 7 100 75 3,4 1,493 97,145 0,8 23,5 17 75 50 5,7 2,503 95,652 0,3 5,3 7 50 25 43 18,885 93,149 1,41 3,3 12 25 12 81 35,573 74,264 3 3,7 7 12 4 57,1 25,077 38,691 1,75 3,07 3 <4 31 13,614 13,614 1,83 5,9 1 Σ 227,7 Σ 100 Σ 11,99 5,3 1. táblázat. A 2011. augusztus 16-án végzett labor elemzés eredményei F(x) [%] 100 Labor elemzés szemcseeloszlása 98.9 100 97.14 95.65 93.15 80 74.26 60 40 38.69 20 13.61 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 13. ábra. x [mm] 11
14. ábra. Salak minta <4 mm-es frakciója kísérleti telepen 15. ábra. Salak minta 4-12 mm-es frakciója kísérleti telepen 16. ábra. Salak minta 12-25 mm-es frakciója kísérleti telepen 17. ábra. Salak minta 25-50 mm-es frakciója kísérleti telepen 18. ábra. Salak minta 50-75 mm-es frakciója kísérleti telepen 19. ábra. Salak minta 75-100 mm-es frakciója kísérleti telepen 20. ábra. Salak minta 100-150 mm-es frakciója kísérleti telepen 21. ábra. Salak minta >150 mm-es frakciója kísérleti telepen 12
4. KUTATÓMUNKÁHOZ KAPCSOLÓDÓ ÜZEMI MÉRÉS 2011. szeptember 9-én üzemi aprítási kísérletet végeztünk gumiégetőből odaszállított, 1 konténernyi salak vonatkozásában. Ekkor a körülbelül 10 tonnányi használt autógumi égetéséből visszamaradt salakot leszitálták, mely során 4 frakció keletkezett. Ezek jellemzőit az 1. táblázat, illetve a fotók mutatják be. A két legkisebb frakcióból körülbelül 20-20 kg mintát vettünk további elemzéshez és szállítottunk el a Miskolci Egyetem Kísérleti Telepére. x i [mm] mi [kg] Δmi [%] F(x) [%] >50 3540 31,44 100 20 50 2398 21,29 68,56 10 20 2619 23,26 47,27 <10 2703 24,01 24,01 Σ 11260 Σ 100 2. táblázat. Üzemi vizsgálat szemcseeloszlása F(x) [%] 100 Üzemi vizsgálat szemcseeloszlása 100 80 68.56 60 47.27 40 24.01 20 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 22. ábra. x [mm] 13
200 mm 200 mm 23. ábra. Salak minta <10 mm-es frakciója üzemben 24. ábra. Salak minta 10-20 mm-es frakciója üzemben 200 mm 200 mm 25. ábra. Salak minta 20-50 mm-es frakciója üzemben 26. ábra. Salak minta >50 mm-es frakciója üzemben 200 mm 200 mm 27. ábra. Salak minta durva vas frakciója üzemben 28. ábra. Salak minta durva vas frakciója üzembe A két legnagyobb szemcseméretű anyaghalmaz további aprítást igényel, azért, hogy a fémet feltárjuk. Ezen felül az 50 mm-nél nagyobb frakcióban találhatóak még tiszta vasdarabok, vaskarikák, drótkötegek és autófelnik, úgy nevezett durva vashulladékok, melyeket a röpítő törő nem lenne képes leaprítani. Ez az anyagmennyiség akár kézzel is eltávolítható, majd kohászatban újrahasznosítható. A >50 mm-es frakcióból kézi válogatással eltávolított a durva vasat a 27 és 28 ábra szemlélteti. A nyers salakminta frakciónkénti vastartalmát a laborvizsgálat során elemeztem. A szabad vas is újrahasznosítható a salakkal együtt az aprítás után, ezek ugyanis beolvadnak az agglomerátumba a feldolgozás során. 14
A 29. ábra az üzemi feldolgozás folyamatát mutatja be: feladás 11260 kg 3540 kg 50 mm-es szita kézi leválasztás vas 120 kg 7720 kg 2398 kg salak 20 mm-es szita salak 5322 kg 2619 kg 10 mm-es szita salak röpítő törő röpítő törő 2703 kg salak 29. ábra. TÖRETEK SZEMCSEELOSZLÁSAI A 2011.09.09-én végzett aprítási kísérlet töretein (20-50 mm illetve >50mm) szitálást végeztem 2011.09.29-én. A mérés végeredményeit a táblázat és a fotók szemléltetik: x i [mm] mi [g] Δmi [%] F(x) [%] >31 0 0 100 31 25 62 0,21 100 25 12 2920 9,94 99,79 12 8 3760 12,8 89,85 8 4 8180 27,84 77,05 <4 14460 49,21 49,21 Σ 29382 Σ 100 3. táblázat. 20-50 mm-es frakció töretének elemzése 15
F(x) [%] 100 20-50 mm-es frakció aprítékának szemcseeloszlása 99.79 100 89.85 80 77.05 60 49.21 40 20 0 0 0 5 10 15 20 25 30 x [mm] 30. ábra. 31. ábra. 20-50 mm töret 31-25 mm frakciója 32. ábra. 20-50 mm töret 25-12 mm frakciója 33. ábra. 20-50 mm töret 12-8 mm frakciója 34. ábra. 20-50 mm töret 8-4 mm frakciója 16
35. ábra. 20-50 mm töret 4 mm-nél kisebb frakciója x i [mm] mi [g] Δmi [%] F(x) [%] >31 405 1,11 100 31 25 405 1,11 98,89 25 12 4090 11,2 97,78 12 8 4545 12,45 86,58 8 4 9610 26,32 74,13 <4 17460 47,81 47,81 Σ 36515 Σ 100 4. táblázat. >50 mm-es frakció töretének elemzése 17
F(x) [%] >50 mm-es frakció aprítékának szemcseeloszlása 100 97.78 98.89 100 86.58 80 74.13 60 47.81 40 20 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 x [mm] 36. ábra. 37. ábra. 50 mm-nél nagyobb töret 31 mm-nél nagyobb frakciója 38. ábra. 50 mm-nél nagyobb töret 31-25 frakciója 39. ábra. 50 mm-nél nagyobb töret 25-12 frakciója 40. ábra. 50 mm-nél nagyobb töret 12-8 frakciója 18
41. ábra. 50 mm-nél nagyobb töret 8-4 mm frakciója 42. ábra. 50 mm-nél nagyobb töret 4 mm-nél kisebb frakciója 5. KÍSÉRLET FELSŐSZALAGOS MÁGNESES SZEPARÁTORRAL A 2011.09.09-én végzett üzemi mérés során két aprítási kísérletet végeztünk, melyeket röpítő törővel végeztek. Ekkor a leszitált 10 tonnányi salakanyag 20-50 mm-es és 50 mm-nél nagyobb szemcseméretű frakcióit adták fel a berendezésre. Ezekből körülbelül 50-50 kg, már aprított salakot szállítottak a Miskolci Egyetem műhelycsarnokába mint azt már a 4. fejezetben leírtam - 2011.09.12-én. Mindkét frakció töretét két-két darab zsákban, felcímkézve helyezték el. Az azonos kezdeti szemcseméretű frakciókat 2011.09.14-én homogenizáltam, mely során két zsák tartalmát egymásra öntöttem, majd két alkalommal átlapátoltam az anyagot, megfeleztem a mintát és visszahelyeztem a zsákokba. Így tehát egy-egy darab zsák salakanyagom maradt a felsőszalagos mágneses szeparátorral végzendő kísérletekhez. A felezés után a 20-50 mm-es szemcseméretű anyag törete 29,48 kg, az >50 mm-es anyagé pedig 36,88 kg tömegű lett. Ezek mellett az aprítási kísérlet napján a 10 tonna leszitált salak 10-20 mm-es és 0-10 mm-es frakcióiból is vettünk mintát. Előbbi tömege 37,2 kg, utóbbié 34,6 kg volt. A mágneses méréseket 2011.09.20-án és 2011.09.22-én készítettem. A mérések előtti időt a berendezés paramétereinek beállításával töltöttem. Ilyen paraméter például a feladószalag sebessége, melyet 0,5 m/s-ra állítottam, amit a frekvenciaváltó 24,2 Hz-re állításával kaptam meg. Ez az a sebesség, amely biztosítja a megfelelő anyagáramot, valamint ilyen szalagsebesség mellett a felsőszalag is megbízhatóan választja le a mágneses alkotókat. Egy perces méréssel határoztam meg az anyagáramot, mely során egy 23 cm széles lapáttal egy percig adagoltam a salakot a feladószalagra egyenletes rétegben. Ekkor 28 kg anyag szállítására volt képes a szalag, tehát így kiszámolható az 1 méter széles szalagra vonatkoztatott kapacitás, mely 7,3 t h -1 m -1 lett. 19
A felsőszalag magasságát a feladószalaghoz viszonyítva hét különböző értékre állítottam és mindegyik esetben elvégeztem a méréseket az anyagokkal. Mind a mágneses, mind a nem mágneses kihozatalokban meghatároztam a szabad vas, az összenőtt szemek és a salak mennyiségét. Az töreteknél jelen voltak bizonyos szemcsék, melyek méretükhöz képest nagy tömegűek és erősen mágnesesek voltak, ezeket agglomerátumként tüntettem fel a táblázatokban. Adott termék a drót, a aggl., a salak és a össenőtt -ből tevődik össze. A termékek tömegkihozatalai: m M és m NM. Zárójelben feltüntettem az adott termék tömegét. A felsőszalagos mágneses szeparátorokon végzett mérések adatait a táblázatok és a fotók szemléltetik: v szalag = 0,5 m/s Mágneses termék Nem mágneses termék h f.szalag [mm] m M [%] a drót [%] a aggl. [%] a sal [%] a összenőtt [%] m NM [%] a szv [%] a sal [%] a összenőtt [%] 50 (23080 g) 62,82 3,36 % 13,27 % 0 83,37 % (13660 g) 37,18 0 17,57 % 82,43 % 70 (14460 g) 39,53 5,36 % 16,9 % 0 77,74 % (22120 g) 60,47 0 10,85 % 89,15 % 90 (5285 g) 14,49 14,66 % 32,28 % 0 53,06 % (31180 g) 85,51 0 7,7 % 92,3 % 110 (2726 g) 7,49 28,43 % 43,07 % 0 28,5 % (33650 g) 92,51 0 7,13 % 92,87 % 120 (1570 g) 4,32 49,36 % 34,08 % 0 16,56 % (34780 g) 95,68 0 6,9 % 93,1 % 130 (1011 g) 2,78 76,66 % 23,34 % 0 0 (35309 g) 97,22 0 6,8 % 93,2 % 140 (775 g) 2,14 100 % 0 0 0 (35525 g) 97,86 5. táblázat. 50 mm-nél nagyobb frakció aprítékának elemzése felsőszalagos mágneses szeparátorral 0 6,76 % 93,24 43. ábra. >50 mm töretének mágneses frakciója 44. ábra. >50 mm töretének drót frakciója 20
45. ábra.példa a >50 mm töretének agglomerátum frakciójára 46. ábra. >50 mm töretének összenőtt frakciója 47. ábra. >50 mm töretének nem mágneses frakciója 48. ábra. >50 mm töretének salak frakciója v szalag = 0,5 m/s Mágneses termék Nem mágneses termék h f.szalag [mm] m M [%] a drót [%] a aggl. [%] a sal [%] a összenőtt [%] m NM [%] a szv [%] a sal [%] a összenőtt [%] 50 (18840 g) 63,99 0,74 % 9,94 % 0 89,32 % (10600 g) 36,01 0 12,26 % 87,74 % 70 (11290 g) 38,8 1,24 % 11,99 % 0 86,77 % (17810 g) 61,2 0 7,3 % 92,7 % 90 (2580 g) 8,9 5,43 % 33,45 % 0 61,12 % (26420 g) 91,1 0 4,92 % 95,08 % 110 (830 g) 2,87 16,87 % 55,3 % 0 27,83 % (28070 g) 97,13 0 4,63 % 95,37 % 120 (247 g) 0,86 56,68 % 43,32 % 0 0 (28603 g) 99,14 0 4,55 % 95,45 % 130 (140 g) 0,49 100 % 0 0 0 (28677 g) 99,51 0 4,53 % 95,47 % 140 (88 g) 0,31 100 % 0 0 0 (28712 g) 99,69 6. táblázat. 20-50 mm-es frakció aprítékának elemzése felsőszalagos mágneses szeparátorral 0,18 % 4,53 % 95,29 % 21
49. ábra. 20-50 mm töretének mágneses frakciója 50. ábra. 20-50 mm töretének drót frakciója 51. ábra. 20-50 mm töretének agglomerátum frakciója 52. ábra. 20-50 mm töretének összenőtt frakciója 53. ábra. 20-50 mm töretének nem mágneses frakciója 54. ábra. 20-50 mm töretének salak frakciója 22
v szalag = 0,5 m/s Mágneses termék Nem mágneses termék h f.szalag [mm] m M [%] a drót [%] a aggl. [%] a sal [%] a összenőtt [%] m NM [%] a szv [%] a sal [%] a összenőtt [%] 50 (28195 g) 75,77 1,52 % 0 0 98,48 % (9019 g) 24,23 0 6,93 % 93,07 % 70 (18345 g) 49,3 2,34 % 0 0 97,66 % (18869 g) 50,7 0 3,31 % 96,69 % 90 (4445 g) 11,94 9,65 % 0 0 90,35 % (32769 g) 88,06 0 1,91 % 98,09 % 110 (1525 g) 4,1 28,13 % 0 0 71,87 % (35689 g) 95,9 0 1,75 % 98,25 % 120 (758 g) 2,04 56,6 % 0 0 43,4 % (36456 g) 79,6 0 1,72 % 98,28 % 130 (559 g) 1,5 76,74 % 0 0 23,26 % (36655 g) 98,5 0 1,71 % 98,29 % 140 (429 g) 1,15 100 % 0 0 0 (36850 g) 98,85 7. táblázat. 10-20 mm frakció elemzése felsőszalagos mágneses szeparátorral 0 1,7 % 98,3 % 55. ábra. 10-20 mm-es frakció mágneses frakciója 56. ábra. 10-20 mm-es frakció drót frakciója 57. ábra. 10-20 mm-es frakció összenőtt frakciója 58. ábra. 10-20 mm-es frakció nem mágneses frakciója 23
59. ábra. 10-20 mm-es frakció salak frakciója v szalag = 0,5 m/s Mágneses termék Nem mágneses termék h f.szalag [mm] m M [%] a drót [%] a aggl. [%] a sal [%] a összenőtt [%] m NM [%] a szv [%] a sal [%] a összenőtt [%] 50 (23037 g) 66,55 1,75 % 0 0 98,28 % (11580 g) 33,45 0 3,22 % 96,78% 70 (16837 g) 48,64 2,4 % 0 0 97,6 % (17780 g) 51,36 0 2,1 % 97,9 % 90 (4637 g) 13,4 8,7 % 0 0 91,3 % (29980 g) 86,6 0 1,24 % 98,76 % 110 (1418 g) 4,1 28,42 % 0 0 71,58 % (33199 g) 95,9 0 1,12 % 98,88 % 120 (739 g) 2,14 54,53 % 0 0 45,47 % (33878 g) 97,86 0 1,1 % 98,9 % 130 (403 g) 1,16 100 % 0 0 0 (34214 g) 98,84 0 1,09 % 98,91 % 140 (267 g) 0,77 100 % 0 0 0 (34350 g) 99,23 8. táblázat. 0-10 mm frakció elemzése felsőszalagos mágneses szeparátorral 0,4 % 1,09 % 98,51 % 60. ábra. 0-10 mm-es frakció mágneses frakciója 61. ábra. 0-10 mm-es frakció drót frakciója 24
62. ábra. 0-10 mm-es frakció összenőtt frakciója 63. ábra. 0-10 mm-es frakció nem mágneses frakciója 64. ábra. 0-10 mm-es frakció salak frakciója Mindegyik felsőszalag magasságnál végzett kísérlet után a mágneses és nem mágneses frakciókon is további méréseket végeztem. Egy kézi mágnes segítségével megállapítottam a színvas, salak és összenőtt szemcsék mennyiségét. A magasság növelésével mind a két frakció töretének mágneses termékének tömegkihozatala csökkent. A magasságot növelve a színvas aránya nőtt a mágneses termékben. Látható, hogy a nem mágneses termékben is jelentős az összenőtt, mágneses szemcsék tömege. A kísérletek célja a további hasznosítás céljából történő tiszta, szabad vas leválasztás. Tisztán szabad vas leválasztható a feladott frakcióktól függően 130 mm illetve 140 mm-es mágneses szalagmagasság esetén. A salakba olvadt vas tömegének meghatározását a továbbiakban sűrűségelemzéssel végeztem. 25
6. SALAKBA OLVADT VAS RÉSZARÁNYÁNAK MEGHATÁROZÁSA SŰRŰSÉGELEMZÉSSEL Az égetőműi salakot három anyagfajta alkotja, a szabad vas, a salak és az e két frakció összeolvadásakor keletkezett anyag. A szabad vas vagy színvas mennyisége viszonylag pontosan, de az összenőtt szemcsékbe olvadt vas részaránya már nem állapítható meg a felsőszalagos mágneses szeparátorral. Ennek meghatározására sűrűségelemzést végeztem a felsőszalagos mágneses kísérleteknél felhasznált frakciók töretein. Az alábbi képlet felhasználásával már pontos becslést kaptam az égetés során beolvadt vas mennyiségére: ρ = ρ vas a vas + ρ salak a salak ahol: ρ = összenőtt szemcsék sűrűsége ρ vas = vas sűrűsége a vas = vas alkotórésztartalma ρ salak = salak sűrűsége a salak = salak alkotórésztartalma mivel: a vas + a salak = 1 ezért az egyenlet tovább alakítható: ρ = ρ vas a vas + ρ salak (1 a vas ) A vas sűrűségét az ismert 7,86 g/cm 3 -es értéknek vettem. A mérések során megállapítottam a salak sűrűségét, valamint az összenőtt anyag sűrűségét a mágneses és a nem mágneses frakciókban is. A finomabb anyagok (salak) sűrűségét műanyag piknométerben, míg a durva, nagy szemcséjű (összenőtt szemek) sűrűségét rézedényben határoztam meg. A sűrűségmérést minden esetben kétszer végeztem el és ezek eredményeit átlagoltam. A sűrűségelemzések során négy tömegértéket mértem le, ezek: m 1 : az üres piknométer tömege 26
m 2 m m 3 4 : a piknométer és a szilárd anyag tömege : a piknométer, a szilárd anyag és a közeg tömege : a közeggel töltött piknométer tömege A szilárd anyag valódi sűrűségének kiszámításához az alábbi képletet használtam: Mért adatok: ρ = m 2 m 1 (m 4 m 1 ) (m 3 m 2 ) ρ k Az üzemben aprított frakció mágneses termék összenőtt szemcséinek sűrűségelemzése: 1. m 1 = 581,78 g m2 = 1155,19 g m3 = 1778,08 g m = 1308,73 g 4 1155,19 581,78 ρ a = (1308,73 581,78) (1778,08 1155,19) 1 = 573,41 104,06 ρ a = 5,5104 g/cm 3 2. m 1 = 581,78 g m2 = 1174,01 g m3 = 1791,5 g m = 1308,73 g 4 1174,01 581,78 ρ a = (1308,73 581,78) (1791,5 1174,01) 1 = 592,23 109,46 ρ a = 5,4105 g/cm 3 ρ a = 5,5104 + 5,4105 2 = 5,4605 g/cm 3 Az üzemben aprított frakció nem mágneses termék összenőtt szemcséinek sűrűségelemzése: 1. m 1 = 581,78 g m2 = 1303,62 g m3 = 1866,97 g m = 1308,73 g 4 ρ b = 1303,62 581,78 (1308,73 581,78) (1866,97 1303,62) 1 = 721,84 163,6 27
ρ b = 4,4122 g/cm 3 2. m 1 = 581,78 g m2 = 1168,22 g m3 = 1761,67 g m = 1308,73 g 4 1168,22 581,78 ρ b = (1308,73 581,78) (1761,67 1168,22) 1 = 586,44 133,5 ρ b = 4,3928 g/cm 3 ρ b = 4,4122 + 4,3928 2 = 4,4025 g/cm 3 Az üzemben aprított frakció nem mágneses termék salakjának sűrűségelemzése: 1. m 1 = 105,95 g m2 = 222,97 g m3 = 300,72 g m = 215,76 g 4 222,97 105,95 ρ salak = (215,76 105,95) (300,72 222,97) 1 = 117,02 32,06 ρ salak = 3,6500 g/cm 3 2. m 1 = 105,95 g m2 = 228,18 g m3 = 305,91 g m4 = 215,76 g 228,18 105,95 ρ salak = (215,76 105,95) (305,91 228,18) 1 = 122,23 32,08 3 ρ salak = 3,8102 g/cm ρ salak = 3,6500 + 3,8102 2 = 3,7301 g/cm 3 Ezek alapján kiszámítható a mágneses illetve nem mágneses termékekben az összenőtt szemcsék alkotórésztartalma: Alkotórésztartalom a mágneses termék összenőtt szemcséiben: 5,4605 = 7,86 a vas + 3,7301 (1 a vas ) a vas = 42,01 % asalak = 100 42,01 = 57,99 % 28
Alkotórésztartalom a nem mágneses termék összenőtt szemcséiben: 4,4025 = 7,86 a vas + 3,7301 (1 a vas ) a vas = 16,28 % asalak = 100 42,01 = 83,72 % vas tartalom salak tartalom szabad vas 100 0 Mágneses termék összenőtt 42,01 57,99 salak 0 100 Nem mágneses termék szabad vas 100 0 összenőtt 16,28 83,72 salak 0 100 9. táblázat. Alkotórésztartalmak az aprított minta mágneses és nem mágneses termékeiben 7. ÖSSZEFOGLALÁS A vizsgálataim során a következő megállapításokat tettem: Első lépésben megállapítottam a nyers salakanyag szemcseméret eloszlását. A maximális szemcseméret 200 mm, x 80 = 28 mm és x 50 = 17mm. Meghatároztam a beérkezett aprítatlan minta összetételét (szabad vas, salak és összenőtt anyagok). Szabad vastartalom szemcseméret frakciónként teljes mintára vonatkoztatva: 5,3%. Az üzemi kísérletek során kapott (>50, 20-50 mm-es frakciók töretei illetve 10-20 és 0-10 mm-es) frakciókat mágneses leválasztási kísérleteknek vetettem alá, melyeknek célja a tiszta szabad vas leválasztása volt további hasznosítás céljából. Meghatároztam a mágneses leválasztó szalag optimális magasságát (frakciótól függően 130-140 mm). Ezek alapján a jelenlegi üzemi kísérlet termékei keverve, együtt feladhatók mágneses szeparátorra a tiszta vas kinyerése érdekében, tekintettel arra, hogy a mágneses szeparátor optimális paramétere megegyezik minden frakció esetén Az üzemi szitálás során meghatározásra került durva, szabad vas mennyisége, mely 120 kg volt, a teljes anyag (11260 kg) 1,07 %-a. Azonban ennek leválasztása után az eredeti anyagban még található szabad 29
vas. A 10. táblázatban találhatóak az üzemi szitálás eloszlásai és a labor mágneses kísérletek során meghatározott vastartalmak. x [mm] üzemi szitálás eloszlása [%] labor mágneses kísérletek során meghatározott szabad vastartalom [%] >50 31,44 2,1 20-50 21,29 0,49 10-20 23,26 1,15 0-10 24,01 1,16 Σ 100 1,31 10. táblázat A táblázatban látható üzemi szitálás és szabad vastartalmak súlyozott átlaga alapján meghatározható, hogy az eredeti anyagban még 1,31%-nyi szabad vas található. A durva szabad vas kohászatban újrahasznosítható, tekintettel a nagy szemcseméretére, a többi frakcióban lévő szabad vasdrót a kis átmérő miatt kohászatban ebben a formában nem hasznosítható (oxidálódik). 30
8. IRODALOMJEGYZÉK [1] Barna Gy. (2006): Tiszta fém kinyerése hulladékégetőben keletkező salakból. Hulladékok és másodnyersanyagok hasznosítása. 6,47-49. [2] Tarján G. (1984): Ásványelőkészítés II. (Tankönyvkiadó, Budapest, 1984) 148. [3] Csőke B. (2009): A hulladékfeldolgozás szeparátorai. Első rész: Száraz szeparátorok. Hulladéksors. 5,8. [4] Gombkötő I. (2009): Szétválasztási technológiák a biomassza feldolgozásban. Biohulladék magazin. 3, 29-30. [5] Bestof Kft. http://bestofkft.hu/termekek.ujrhkiv/magneses_kivalasztas.aspx - Vaskiválasztó és fémkiválasztó katalógus HU-UK [6] Bestof Kft. http://bestofkft.hu/gallery/34cbb211-3cce-4a8e-8d7a-153b3fb00961.aspx - 1/12 [7] Bestof Kft. http://bestofkft.hu/termekek.ujrhkiv/magneses_kivalasztas.aspx - Vaskiválasztó és fémkiválasztó katalógus HU-UK [8] Bestof Kft. http://bestofkft.hu/gallery/34cbb211-3cce-4a8e-8d7a-153b3fb00961.aspx - 6/12 [9] Csőke B. (2009): A hulladékfeldolgozás szeparátorai. Második rész: Nedves szeparátorok. Hulladéksors. 8, 8-9. [10] Tarján G. (1974): Ásványelőkészítés II. (Tankönyvkiadó, Budapest, 1974) 309. [11] Tarján G. (1974): Ásványelőkészítés II. (Tankönyvkiadó, Budapest, 1974) 313. [12] Csőke B.: Eljárástechnika alapjai. Miskolci Egyetem, Eljárástechnikai Tanszék, Tanszéki jegyzet. 82-96. 31
[13] Kikosha Co. Ltd. http://www.kikosha.co.jp/harudopakuto01.html [14] Svedala Hungary Kft. http://www.svedala.hu/?haszn%e1lt-munkag%e9pek&pid=6 [15] MFL Holding http://www.mfl.at/hun/aufbereitungstechnik/content.php?we_objectid= 1389&pid=1141 [16] http://www.eagt.bme.hu/letolt/epanyag/2_cement.pdf - 43. 32
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Ezúton szeretnék köszönetet mondani konzulenseimnek, Prof. Dr. habil Csőke Barnabásnak és Nagy Sándornak, a vezetői és szakmai segítségéért kutatásaim elvégzéséhez. Köszönöm a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet munkatársainak támogatását. A Miskolci Egyetem tudományos diákköri tevékenységét a TÁMOP-4.2.2.B/10/1-2010- 0008 számú projekt támogatta. 33