CC BY
210
УДК 669.002.68
С. Н. Глаголев, В. С. Севостьянов, С. В. Свергузова, И. Г. Шайхиев, В. И. Уральский, М. В. Севостьянов, Д. Д. Фетисов, Л. И. Шинкарев
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: отходы производства, переработка, оборудование.
Приведен краткий обзор технологического оборудования для переработки отходов органического и неорганического происхождения.
Key words: waste production processing, equipment.. A brief review of technological equipment for the recycling of organic and inorganic origin.
Все возрастающий объем промышленного производства в государственном и частном секторах экономики увеличивают экологическую нагрузку на окружающую среду и условия жизни человека. При этом увеличивающаяся переработка неорганических и органических материалов существенно опережает вторичную переработку техногенного сырья [1, 2].
При производстве различных строительных материалов и изделий широко используются техногенные материалы с различными физико-механическими характеристиками и минералогическим составом: истинной плотностью и исходной насыпной массой, гранулометрией и дисперсностью, текстурой и влагопотребностью, пластическими свойствами и др. К ним относятся: пылеунос сушильных и обжиговых агрегатов, золо-шлаковые отходы, фосфогипс, отходы деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, цитро-гипс, техногенные материалы перлитового и верми-кулитового производств, отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, осадки, образующиеся приводоподготоке [3, 4] и др.
Используемые для утилизации данных техногенных материалов техника и технологии компак-тирования (гранулирование, экструдирование, прокатка, брикетирование, прессование и др.) частично решают вышеуказанную проблему. Однако, широкая гамма техногенных материалов с различными физико-механическими характеристиками и исходным агрегатным состоянием требует более детального подхода к решению комплексных задач: грубого, тонкого и сверхтонкого измельчения материалов, их классификации и гомогенизации, последующего компактирования в сформованные тела с заданными характеристиками и др.
Специфика отечественного производства, зачастую не предусматривает рециклинг техногенных материалов или их рациональный способ утилизации. Но быстро развивающиеся предприятия малого и среднего бизнеса предопределяют необходимость создания, наряду с существующими, малотоннажных технологических модулей и специального оборудования для комплексной утилизации изотропных и анизотропных материалов [5-8].
Огромное поле деятельности при утилизации техногенных материалов предоставляется при произ-
водстве механоактивированных композиционных смесей, в т.ч. нанокомпозитов. Это, в свою очередь, требует нетрадиционных подходов к организации физико-механических процессов и технических средств для их осуществления: реализации объемно-сдвигового деформирования изотропных и анизотропных материалов на стадии их предварительного разрушения (экономия энергозатрат на 20-30 %), селективного диспергирования частиц различных размеров в энергонапряженных агрегатах - в вибраци-онно-центробежных мельницах, усталостного разрушения частиц при их супертонком измельчении - в вихреакустических диспергаторах с использованием знакопеременных нагрузок и др. [9-12].
В разработанном нами технологическом комплексе техногенные материалы могут быть эффективно переработаны при различных исходных размерах ^ср<(40-50)-10-3м), прочностных характеристиках (сгсж< 200-300 МПа), изотропной или анизотропной текстуре, плотности и других показателях.
Предварительное измельчение материалов осуществляется в пресс-валковом измельчителе (ПВИ) с объемно-сдвиговом деформированием материала, оснащенным спаренными коническими валками (рис. 1., поз. 1; рис. 2, а) [9].
Использование ПВИ для предварительного измельчения хрупких материалов обеспечивает получение частиц dср< 100-500 мкм. Микродефектная структура измельченных частиц при их объемно-сдвиговом деформировании существенно облегчает их дальнейшее диспергирование в последующих помольных агрегатах, например, в шаровых мельницах, дезинтеграторах, вихре-акустических диспергаторах и др.
Для обеспечения избирательного (селективного) измельчения мелкозернистых материалов №<3-5 мм) различной прочности на каждой стадии помола, а также получения гомогенной композиционной смеси используется центробежный помольно-смесительный агрегат (ЦПСА), обеспечивающий меньший на 15-20 % расход электроэнергии, а также высокую дисперсность конечного продукта: dсpвзв.< 10-20 мкм, Sуд < 600-700 м2/кг, (рис. 1., поз. 2; рис. 2, б) [10].
Тонкое и сверхтонкое диспергирование материалов осуществляется в вихре-акустическом дис-пергаторе (ВАД). При давлении сжатого воздуха
Р=0,4-0,6 МПа и скорости движения измельчаемых частиц К<120-140 м/с, размеры частиц конечного тонкодисперсного продукта составляют ^ср.взв.< 1-5 мкм, (рис. 1., поз. 4; рис. 2, в) [11].
ция полифракционных смесей и аспирация пылевоз-душного потока осуществляется в турбо-вихревом классификаторе [16].
Рис. 1 - Технологический комплекс для переработки техногенных материалов с различными физико-механическими характеристиками: 1 - пресс-валковый измельчитель; 2 - центробежный помольно-смесительный агрегат; 3 - барабанно-винтовой СВЧ сушильный агрегат; 4 - вихреакустический дисперга-тор; 5 - турбо-вихревой классификатор; 6 - автотранспорт; 7 - силос вяжущего; 8, 9 - шнековые конвейеры; 10 - роторно-центробежный диспергатор комбинированного действия; 11 - силос измельченных техногенных материалов; 12 - силос фибронаполнителей; 13 -бункер добавок; 14 - роторно-центробежный измельчитель; 15 - рециркуляционный смеситель; 16 - агрегат для производства поризованной композиционной смеси; 17 - пресс-валковый экструдер, 18 - вальцевый брикетный пресс; 19 - агрегат для производства пори-зованных заполнителей; 20 - вибрационно-центробежный гранулятор; 21 - вибропресс; 22 - формы теплоизоляционных изделий; 23 - торкрет-агрегат для нанесения теплоизоляционных покрытий
Для тонкого диспергирования материалов невысокой прочности (стсж< 60 МПа) и приготовления поликомпонентной гомогенной смеси используются роторно-центробежный измельчитель (РЦИ) [12]. Роторно-центробежный измельчитель использует принцип ударно-разрывающего или ударно-истирающего воздействия на материалы различной текстуры.
Для измельчения техногенных материалов волокнистой структуры, например, целлюлозно-бумажных отходов, отходов деревообрабатывающих производств, органических материалов и др., разработан роторно-центробежный диспергатор комбинированного действия) [13].
Измельчение материалов средней и низкой прочности осуществляется в дезинтеграторе с рабочими органами - билами, расположенными по спиралевидным кривым, обеспечивающим направленное движение материала к центру. Реализация внутреннего и внешнего рецикла измельчаемого материала обеспечивает его классификацию и получение высокодисперсного продукта [14].
В случае необходимости предварительной сушки измельченных материалов используется бара-банно-винтовой сушильный агрегат [15]. Сепара-
Рис. 2 - Измельчители техногенных материалов: (а - пресс-валковый измельчитель; б - центробежный помольно-смесительный агрегат; в - вихреакустический диспергатор)
Гомогенизация материалов композиционной смеси осуществляется в рециркуляционном смесителе, в котором используется высокоскоростной процесс постадийного смешения гетерогенных материалов [17]. Рециркуляционный эффект в смесителе обеспечивается за счет использования развитой поверхности однозаходных и двухзаходных винтовых лопастей с противоположно направленными воздействиями на материал.
В качестве компонентов композиционной смеси используются: вяжущие материалы (цемент, гипс или известь-пушонка, нефтешламы, асфальто-смоло-парафиновые отложения); кремнеземистый материал (тонкоизмельченный песок, кварцитопес-чаник); пластифицирующие добавки (бентонит, ПАВ и др.); поризованные заполнители.
Приведенный комплекс оборудования позволяет перерабатывать, измельчать, высушивать,
а
б
в
смешивать материалы техногенного происхождения
с различными физико-механическими параметрами.
Литература
1. Горбунов, Л.И. Рециркулирование материалов из отходов и осадков сточных вод при повторном использовании в производстве / Л.И. Горбунов, А.Ю. Зверева, В.И. Зверева // Учебное пособие - Н. Новгород, 2009. - 405 с.
2. Свергузова, С.В. Промышленная экология как непременное условие стабильного развития / Учебное пособие - Белгород, 2008. - 155 с.
3. Валеев Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительные материалы с использованием пластификатора С-3 / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 13. - С. 41-45.
4. Валеев Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительных материалах с использованием суперпластификатора Melment 15G / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 6. - С. 35-37.
5. Севостьянов. В. С. Технические основы переработки и утилизации техногенных материалов / В. С. Севостьянов, Л.И. Шинкарев, М.В. Севостьянов, А.А. Макридин и др.//Учебное пособие-Белгород, 2011. - 270 с.
6. Гридчин, А.М. Технологические комплексы для производства поризованных заполнителей из техногенных материалов / А.М. Гридчин, В.С. Севостьянов, С.Н. Глаголев, М. В. Севостьянов и др. // Известия вузов. Строительство. - 2007. - №7. - С. 22-28.
7. Глаголев, С.Н. Технологические модули для комплексной переработки техногенных материалов / С. Н. Глаголев, В.С. Севостьянов, Т.Н. Ильина, В.И. Уральский // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2010. -№9 . - С. 43-45.
8. Гридчин, А.М. Энергосберегающая техника и технология для комплексной переработки природных и техногенных материалов / А. М. Гридчин, В. С. Севостьянов, Н. В. Солопов, А. В. Уральский // Эковестник России. -2010. - №1. - С. 34-38.
9. Севостянов В.С. Энергосберегающие помольные агрегаты / В.С. Севостьянов В.С. Монография. Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород 2006. - С. 12-35
10. Пат. 2381837 Российская Федерация, МПК7 B02C 17/08. Помольно-смесительный агрегат / Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С., Уральский В.И., Ураль-
ский А.В., Синица В.Е.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова, ООО «ТК РЕЦИКЛ».-№2008109444/03; заявл.11.03.08; опубл.20.02.10, Бюл. №5 - 13 с.
11. Пат. 2171720 Российская Федерация, МПК7 B07B7/086, B07B4/04 Вихре-акустический диспергатор / Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С. Горлов
A.С., Перелыгин Д.Н; заявитель и патентообладатель БелГТАСМ. - №2000100865/03; заявл. 11.01.00; опубл.10.08.01, Бюл. №11 - 5 с.
12. Пат. 2204437 Российская Федерация, МПК7 B02C18/08. Роторно-центробежный измельчитель / Севеостьянов
B.С., Михайличенко С.А., Севостьянов М.В., Титаренко Ю.Д., Овсянко И.И.; заявитель и патентообладатель БелГТАСМ. - №2002100656/03; заявл. 04.01.02; опубл.20.05.03, Бюл. №19 - 5с.
13. Пат. 2446015 Российская Федерация, МПК7 B02C 18/14. Установка для измельчения волокнистых материалов / Глаголев С.Н., Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Михайличенко С.А., Макридин А.А.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. - №2010143951; заявл. 26.10.10; опубл. 27.03.12, Бюл. №9 - 8 с.
14. Пат. 2377077 Российская Федерация, МПК7 B07B 4/08. Дезинтегратор /Севостьянов В.С., Качаев А.Е.; БГТУ им. В.Г. Шухова - №2008115997/03; заявл. 22.04.08; опубл.27.12.09, Бюл. №36 - 6с.
15. Пат. 2301385 Российская Федерация, МПК7 F26B 11/04. Барабанно-винтовой сушильный агрегат / Гридчин
A.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С., Чашин Ю.Г., Минко В.А., Макридин А.А., Чашин Г.П.; заявитель и патентообладатель БГТУ им.В.Г. Шухова, ООО «ТК РЕЦИКЛ». -№2005135035/06; заявл. 11.11.05; опубл. 20.06.07, Бюл. №17 - 11с.
16. Пат. 2171720 Российская Федерация, МПК7 B01J 8/06,4/00. Турбо- вихревой классификатор /Севостянов
B.С., Лесовик В.С., Перелыгин Д.Н.. ; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова. - №2002126965/12; заявл.09.10.02; опубл.20.04.05, Бюл. №11 -7 с.
17. Пат. 2302285 Российская Федерация, МПК7 B01F 7/02. Рециркуляционный смеситель / Гридчин А.М., Севостьянов В.С., Лесовик В.С., Герасимов М.Д., Гармаш А.В., Стадольский М.И.; заявитель и патентообладатель ООО «ТК РЕЦИКЛ». - №2005118704/15; заявл. 16.06.05; опубл. 10.07.07, Бюл. №19 - 8с.
© С. Н. Глаголев - д-р экон. наук, проф., ректор Белгородского госуд. технол. ун-та им. В.Г. Шухова; В. С. Севостьянов -д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологических комплексов, машин и механизмов, проректор того же вуза; С. В. Свергузова - д-р техн. наук, проф., зав. каф. промышленной экологии того же вуза, [email protected]; И. Г. Шайхиев - д-р техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИТУ; В. И. Уральский - дир. центра доп. проф. образования и инновационных технологий Белгородского госуд. технол. ун-та им. В.Г. Шухова; М. В. Севостьянов - канд. техн. наук, доц., зав. научно-производственной лаб. того же вуза; Д. Д. Фетисов - асп. каф. промышленной экологии того же вуза; Л. И. Шинкарев -дир. строительного колледжа г. Белгорода.
