Спосіб обезводнення шламів

Реферат: Спосіб обезводнення шламів включає дренування і випарювання вологи. Шлам витягають з карт обезводнення і відстійників, укладають на майданчик пошарово із скрапом або конвертерним шлаком і витримують. UA 78450 U (12) UA 78450 U UA 78450 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до чорної металургії і може бути застосована для підготовки шламів, призначених до утилізації в агловиробництві. Відомий спосіб обезводнення шламів, який полягає в тому, що для зв'язування вологи, що міститься в них, їх змішують з негашеним вапном і витримують 2-3 діб для поглинання і вирівнювання вологи [1, С. 20]. Цей спосіб технічно простий і не вимагає великих енергетичних витрат на його здійснення. В той же час він ефективний лише в тих випадках, коли наявність великої кількості гашеного вапна в осушеному матеріалі допустимо за умовами споживчого процесу. Крім того, добавка великої кількості вапна істотно здорожчує процес обезводнення шламів. Відомий спосіб обезводнення шламів шляхом їх обробки в печах, що обертаються [2, С 132]. Спосіб не залежить від погодних умов і дозволяє отримувати матеріал будь-якої вологості, проте високі ціни на енергетичні носії, а також значні капітальні витрати на сушарне устаткування роблять такий спосіб обробки шламів надзвичайно витратним. Виноси пилу призводять до необхідності установки пиловловлювачів, що ще більше здорожує процес. Не виключається і налипання шламів на стінки печі, що обертається, що вимагає непродуктивних зупинок на її очищення. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що заявляється, по ефекту, що досягається, є спосіб обезводнення шламів в шламовідстійниках-накопичувачах і картах обезводнення, що використовують природні процеси видалення вологи дренуванням і випарюванням [3, С. 291]. Такий спосіб максимально використовує природні процеси, чим мінімізуються поточні витрати при задовільній якості зневоднення. Проте при цьому істотно подовжується цикл осушення (3-5 міс. і більше), що призводить до необхідності спорудження шламонакопичувачів і карт зневоднення, під які потрібно виділення великих територій, і наноситься екологічний збиток від забруднення території. У основу корисної моделі поставлено задачу розробки способу зневоднення шламів, в якому за рахунок застосування нових матеріалів і умов обробки скорочується тривалість зневоднення до заданої вологості. Поставлена задача вирішується тим, що в способі зневоднення шламів за рахунок дренування і випарювання вологи, відповідно до корисної моделі, з метою скорочення тривалості видалення вологи шлам вологістю 25-30 % витягають з карт обезводнення і відстійників і укладають на майданчик пошарово із скрапом або конвертерним шлаком фракції 0-10 мм з товщиною шарів 100-250 мм при загальній висоті масиву не більше 1,6 м і витримують протягом 4-7 діб. Механізм зневоднення шламів в шламовідстійниках-накопичувачах і картах зневоднення полягає в наступному. Під час заливки в ємності і після неї шламова пульпа із-за різної питомої ваги шламу і води розшаровується: легша вода видавлюється вгору, а важкий шлам осідає на дно, утворюючи рихлий, пористий шар, між часток якого знаходиться вода. Для прискорення процесу верхній шар води може виводитися через злив, влаштований у вигляді сифона з регульованою висотою рівня води, або переливатися через верхній зріз відстійника в відвідний лоток. Частина води, що залишилася, дренує через днище ємкості, в якому встановлений пористий фільтр. Потім в осушуваному масиві виникають два шари. У верхньому шарі в проміжках часток з'являється повітря, а в нижньому шарі усі проміжки заповнені водою, яка не може пройти через фільтр із-за протидіючих силі тяжіння сил поверхневого натягнення води, які тим більше, чим менше капіляри, які у свою чергу визначаються розміром часток шламу і мірою ущільнення матеріалу. Висота капілярного підйому води для тонких сталеплавильних шламів може досягати 4 м, а тривалість сушіння складає 3-5 місяців і більше. Надалі пониження рівня води не відбувається, а видалення вологи здійснюється через верхній шар випаром. І, якщо стовп води в шламі не розірваний, то у міру випару відбувається підсос води з донного фільтра, що перешкоджає висиханню шламу [2, С 84]. При цьому вологість утримується на рівні 25-30 %. Для інтенсивнішого висихання шламу капілярний шар має бути розірваний, що досягається витяганням шламу з ємкості, а витягнутий шлам необхідно піддати деякому ущільненню, стискуванню (в т.ч. під власною вагою), що зменшує пори і що видавлює надлишок вологи, що утворюється. Так, гранична кількість вологи, що утримується, для тонких сталеплавильних шламів за відсутності тиску складає 32-37 %, а при тиску 50 МПа в шламі залишається лише 1315 % вологи. Із збільшенням крупності шламів гранична кількість вологи, що утримується, знижується і складає в середньому 25-30 %. На витискуванні вологи заснована дія деяких 1 UA 78450 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фільтрпресів, наприклад, серії ФПАКМ, або вакуум-фільтрів, в яких роль тиску виконує атмосферний тиск. Добавки деяких речовин, в т.ч. поверхнево-активних, які знижують поверхневий натяг води, а також таких, що створюють канали для відтоку вологи з масиву, сприяють швидшому видаленню вологи. Зокрема, процес зневоднення шламів істотно інтенсифікується шляхом їх контакту з твердими ангідридами кислот (кварцом, магнетитовим концентратом) і деякими іншими матеріалами, що відрізняються високою гігроскопічністю. Вони активно відбирають надмірну вологу і посилюють процес зневоднення. При цьому вміст вологи знижується з 1314 % до 5-6 % [4, С 64]. Подібні властивості має сталеплавильний шлак, який нерідко використовують для улаштування дренажу, і скрап, який з нього одержують і на частках якого зберігаються залишки шлаку. Забезпечення працездатності технології осушення, заснованої на способі, що заявляється, повинно здійснюватися з урахуванням наступних умов. 1. Як матеріал, що покращує процеси дренування, використовують скрап або подрібнений конвертерний шлак фракції-10 мм. Вони мають потрібні властивості, оскільки досить важкі і в той же час мають значну порозність, що дозволяє добре пропускати надлишок вологи, тобто служать задовільним дренажним матеріалом. До того ж такі матеріали із-за задовільного розміру часток і вмісту корисних компонентів активно використовують як аглодобавку при виробництві агломерату. 2. Оптимальний розмір часток скрапу і шлаку складає 10-1,6 мм. Вибір верхньої межі крупності пояснюється тим, що при спіканні агломерату максимальна величина гранул визначається умовами прогрівання і спікання і за умовами виробництва не повинна перевищувати 10 мм. Крім того, велика фракція створює каркас, що перешкоджає розповзанню вологого шламу. Наявність деякої кількості дрібних, таких, що погано грудкуються, часток крупністю менше 1,6 мм визначається умовами механічного дроблення крупного початкового матеріалу. Проте видалення цих часток з масиву нераціонально, оскільки це істотно ускладнює і здорожчує споживчу технологію, породжуючи питання організації відсівання і подальшого їх використання, а також знижує властивості абсорбції скрапу і шлаку. 3. Кількість скрапу або шлаку має бути мінімальною, але здатною забезпечити необхідну вологість і тривалість сушіння. Вологість шламу, що забезпечує задовільну сипучість суміші при транспортуванні і закладці в штабель для виробництва агломерату, повинна складати не більше 15 %. 4. Пошарове укладання дрібних шламів і великих часток скрапу або шлаку підвищує поверхню їх контакту, покращує видалення вологи і прискорює вирівнювання тієї, що залишилася, а при розбиранні отримуваного в результаті укладання масиву забезпечує краще усереднення матеріалу. Для прискорення відведення води нижній шар масиву має бути пористим, тому він влаштовується з матеріалу, що має високу порозність, тобто із скрапу або шлаку. Звідси, а також виходячи з економії шлаку і скрапу, витікає, що кількість шарів має бути парною, а верхній шар бути шламом. Для організованого видалення води по периметру зневоднюючого майданчика встановлюють похилий жолоб, у кінці якого влаштовують зумпф для відкачування освітленої води в дренажний колектор. 5. Загальна товщина масиву і кількість шарів вибирається з урахуванням вологості і активності роздавлювання і розповзання шламу під тяжкістю шарів, витискування його в порожнечі великих шарів, а також тривалості укладання масиву і його обезводнення, що забезпечує високу продуктивність майданчика для задоволення потреби в зневодненому матеріалі. В цьому випадку оптимальна тривалість зневоднення при товщині масиву в межах 1,5-1,6 м не повинна перевищувати 4-7 діб. Роздавлювання масиву під своєю вагою за відсутності бортів у майданчика і пірамідальному укладанню з кутом нахилу граней 45-60° має місце при його висоті більше 1,6 м або товщині шару вологого шламу більше 250 мм. Для підтвердження істотності вибраних ознак виконано дослідження їх впливу на технічний результат в умовах, близьких до виробничих. Визначення товщини шарів і загальної висоти масиву, що забезпечують задану тривалість зневоднення шламів вологістю 25-30 % і збереження цілісності масиву, виконано натурне дослідження процесу на майданчику розміром 2 × 2 м при середньодобовій температурі 23,7 °C. Отримані результати випробувань представлені в табл. 1. У табл. 2, складеній за даними табл. 1, дано визначення оптимальної кількості шарів і їх товщини, що забезпечують задану тривалість сушіння. З табл. 1 і 2 витікає, що зневоднений масив повинен мати наступні параметри: товщина шарів - 100-250 мм, загальна висота масиву - не більше 1,6 м. За цих умов забезпечується 2 UA 78450 U задана тривалість сушки 4-7 діб, а роздавлювання пірамідально укладеного масиву з нахилом граней 45-60° не відбувається. Таблиця 1 Тривалість обезводнення масиву шламу залежно від товщини і кількості шарів матеріалів, діб Показник 4 Вологість шламу, % 25 Товщина шарів, мм 90 100 150 200 250 3,9 300 5,2 Товщина масиву, м 1,2 Результат формування роздавмасиву люється Кількість шарів, шт. 6 8 30 25 30 25 30 5,5 6,1 4,2 4,8 6,3 7,0 4,5 5,6 6,3 9,2 10,0 6,0 8,0 8,7 1,2 1,5 1,5 1,6 1,6 роздавлю- не роздав- не роздав- не роздав- не роздається люється люється люється влюється Продовження табл. 1 Кількість шарів, шт. 16 18 Вологість шламу, % 25 30 25 30 25 30 Товщина шарів, мм 90 3,0 3,4 2,9 3,2 100 4,0 4,6 4,8 5,4 150 5,3 5,9 5,6 6,3 200 7,1 7,7 250 300 Товщина масиву, м 1,5 1,5 1,6 1,6 1,62 1,62 Результат формування не роздав- не роздав- не роздав- не роздав- роздавлю- роздавлюмасиву люється люється люється люється ється ється Показник 10 5 Таблиця 2 Вплив товщини шарів і висоти масиву на тривалість сушіння Товщина шарів, мм від 100 до 250 Тривалість сушіння Незважаючи на малу тривалість 2,9-3,2 діб, що сушіння 2,9-3,2 діб невелика товщина допустимо. Висота шару 90 мм не забезпечує точності масиву 1,5-1,6 м завдання товщини шарів і істотно близька до граничної подовжує цикл формування масиву, 1,6 м. Продуктивність що знижує продуктивність способу. способу висока. Товщина масиву 1,62 м перевищує Висновок. Мета граничну 1,6 м. Висновок. Мета корисної моделі корисної моделі не досягається. досягнута. менше 100 10 більше 250 Незважаючи на допустиму тривалість сушіння 5,2-6,0 діб, товщина шарів шламу складає більше 250 мм, що призводить до роздавлювання масиву. Висота масиву складає 1,2 м, що не забезпечує високої продуктивності. Висновок. Мета корисної моделі не досягається. Спосіб обезводнення вологих шламів здійснюють таким чином. Уловлений сталеплавильний шлам з вологістю 30 % витягають з секцій шламовідстійників і пошарово з добавками шлаків фракції -10 мм укладають в 6 шарів з товщиною шару 250 мм на майданчик, що осушує. Отриману суміш витримують 6,3 доби для видалення надлишку вологи і досягнення середньої вологості суміші 15 %, при якій матеріал має задовільну сипкість. 3 UA 78450 U 5 10 15 20 Тривалість обезводнення, здійснювана за цим способом, в порівнянні з існуючими способами, здійснюваними в картах обезводнення, скорочується в 5-8 разів і більше. Джерела інформації: 1. Буторина И.В. Утилизация промышленных и бытовых отходов. - Мариуполь: Стратегия, 1999.-150 с. 2. Справочник по обогащению руд. В 3-х т. / Гл. ред. О.С. Богданов. Т. 2. Основные и вспомогательные производства, ч. II: Специальные и вспомогательные процессы, испытание обогатимости, контроль и автоматика. - М.: Недра, 1974.-452 с. 3. Патент 2139360 РФ, МПК 6С22 В1/00 Способ удаления и переработки металлургических шламов из действующего шламонакопителя / А.П. Бусыгин, А.С. Белкин, А.Н. Пономарѐв и др. // № 99101156/02 Заявл. 25.01.99, Опубл. 10.10.99 в БИПМ.-1999.-№272. 4. Толочко А.И. Утилизация пылей и шламов в чѐрной металлургии / А.И. Толочко, В.И. Славин, Ю.М. Супрун и др. - Челябинск: Металлургия, 1990.-152 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб обезводнення шламів за рахунок дренування і випарювання вологи, який відрізняється тим, що для скорочення тривалості видалення вологи, шлам вологістю 25-30 % витягають з карт обезводнення і відстійників і укладають на майданчик пошарово із скрапом або конвертерним шлаком фракції 0-10 мм з товщиною шарів 100-250 мм при загальній висоті масиву не більше 1,6 м, і витримують протягом 4-7 діб. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4