Сепаратор для утилизации электронного лома
Одной из актуальных эколого-экономических задач является переработка твердых металлосодержащих отходов. Независимо от способа переработки таких отходов извлечение из них металлических включений является экономически целесообразным, поскольку не только позволяет получить сырье для вторичной металлургии, но и обеспечивает безаварийную работу технологического оборудования, перерабатывающего отходы, а также надлежащее качество получаемых при этом товарных продуктов. Среди металлосодержащих отходов наиболее ценной группой является электронный лом, содержащий большие доли цветных и благородных металлов. Востребованность утилизации электронного лома связана с взрывообразным ростом применения компьютерной техники и информационных технологий, с распространением электронных систем управления электротехническими объектами и с непродолжительным жизненным циклом такой техники, обусловленным быстрой сменой поколений.
Рассматриваемые отходы являются многокомпонентными и не могут подвергаться непосредственной металлургической переработке без экологических последствий и потери значительной части полезных компонентов. Например, наиболее дешевым способом обработки электронного лома является его обжиг без предварительной механической подготовки. Расход топлива при этом невелик, так как часть энергии обеспечивается за счет горения органических компонентов изоляции. В качестве товарного продукта получается «черновой металл», направляемый на металлургическую переработку. В то же время такая технология характеризуется выбросами в окружающую среду большого количества загрязняющих веществ. Для уменьшения вредных выбросов и получения более качественных конечных продуктов при утилизации электронного лома металлургическим стадиям должны предшествовать подготовительные операции: дробление и грохочение; измельчение и классификация – с последующим обогащением фракций. Такие операции необходимы для раскрытия отдельных компонентов материалов (например, отделения металлов от изоляционных материалов (пластмасс, резины или стекла)). При этом материалы дробятся до крупности менее 20 мм и измельчаются до размеров +0,5 –5,0 мм и менее.
Для получения селективных концентратов алюминиевых и медных сплавов целесообразно применение электродинамических сепараторов с бегущим магнитным полем. Разработка установок электродинамической сепарации является одним из научных направлений кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» Уральского федерального университета. На кафедре создан ряд опытных сепараторов, разработаны методы расчета электромагнитных и электромеханических процессов в них, что позволяет решать разнообразные задачи, связанные с обработкой металлосодержащих отходов. Применительно к задачам обработки электронного лома показано, что для фракций с крупностью металлических частиц 10-20 мм возможно использование сепараторов на основе трехфазных линейных индукторов, питаемых от стандартной электрической сети с частотой 50 Гц. По заказу одного из перерабатывающих предприятий в УрФУ был разработан сепаратор на основе двухстороннего трехфазного линейного индуктора при подаче сепарируемых материалов по наклонной плоскости. Такой сепаратор, схематично показанный на рис. 1, позволяет формировать необходимые траектории движения для частиц дробленого электронного лома с разными физическими свойствами и селективно собирать их в приемники продуктов разделения в конце плоскости подачи.
Рис. 1. Схема электродинамического сепаратора для сортировки электронного лома
Дробленый электронный лом подается в зону сепарации по наклонной плоскости вдоль линии подачи. При взаимодействии с бегущим магнитным полем, создаваемым линейным индуктором, частицы немагнитных цветных металлов получают ускорение, направленное поперек линии подачи и зависящее от соотношения электропроводности металла и его удельного веса ?/?. Металлы и сплавы, отличающиеся по указанному показателю, собираются на выходе установки в разные приемники продуктов сепарации. В рассматриваемом случае сплавы алюминия, характеризующиеся наибольшим показателем ?/?, направляются в приемник концентрата, наиболее удаленный от линии подачи. Сплавы меди получают в поле сепаратора меньшее отклонение и собираются в средний приемник. Иные материалы, содержащиеся в электронном ломе - прежде всего изоляционные материалы, не отклоняются в магнитном поле и перемещаются в крайний левый приемник.
Качество процессов электродинамической сепарации электронного лома может оцениваться теми же технологическими показателями, что и традиционные процессы обогащения. Прежде всего, это степень извлечения полезного компонента ? и содержание полезного компонента в концентрате ?к. На рис. 2 показаны зависимости достигнутых при испытаниях технологических показателей разработанного опытного сепаратора от положения разделителя потока материалов (R – расстояние от линии подачи материала до разделителя потока, как показано на рис. 1).
Рис. 2. Показатели сепарации (по массе): степень извлечения (сплошные линии) и содержание (пунктир): 1, 2 – по алюминиевым сплавам (в концентрате); 3, 4 – по медным сплавам (в хвостах)
Результаты соответствуют следующим параметрам установки: ширина индуктора Lи = 120 мм; расстояние от точки подачи материала до индуктора L0 = 130 мм; расстояние от индуктора до приемников продуктов разделения Lп = 300 мм; угол наклона плоскости подачи ? = 30°. При значении тока индуктора I = 9,3 А амплитуда индукции магнитного поля в зазоре составляет Bm = 0,23 Тл, потребляемая индуктором мощность – Р = 750 Вт.
Приведенные на рис. 2 кривые показывают, что степень извлечения из электронного лома алюминиевых сплавов и содержание их в концентрате составляют в зависимости от положения разделителя не менее 80-90 %. Такой концентрат является хорошим сырьем для получения вторичных алюминиевых сплавов. После извлечения алюминия содержание медных сплавов в коллективном концентрате, собираемом в приемник хвостов, составляет 60-70 % (по массе), что в два раза превышает содержание их в исходном ломе. По объему степень концентрации медных сплавов составила 2,5–3,0 раза. Такие показатели означают соответствующее уменьшение расхода кислот при дальнейшей гидрометаллургической переработке медных сплавов и извлечении драгоценных металлов или уменьшение энергопотребления при использовании пирометаллургических методов. Можно отметить, что расчетные характеристики процессов сепарации отличаются от показанных на рис. 2 всего на 15-20 %, что для такой многофакторной задачи является весьма приемлемым результатом.
В целом, выполненные исследования сепараторов и испытания опытного образца подтвердили возможность решения задачи сепарации электронного лома и показали, что разработанные в УрФУ методики расчета физических процессов в сепараторах позволяют рассчитывать технологические характеристики сепарации.
