Характеристика утилізації відходів виробництва калійних добрив

1. Дати характеристику утилізації відходів виробництва калійних добрив

Відходи виробництва калієвих добрив утворюються при переробці калієвих руд. Основним мінералом яких є сильвініт - суміш сильвіну КС1 і галіту NaCl. Калієві добрива в основному використовують у вигляді хлориду калію. Калієві руди переробляють різними методами. Найпоширенішими є метод роздільної кристалізації з розчинів і метод збагачення породи флотацією. При переробці і збагаченні сировини в калієвій промисловості утворюються багатотоннажні тверді галітові відходи, які поступають у відвали. На 1 т КС1 утворюється 3-4 т відходів. Окрім основного компоненту КаСl (до 90%), вони містять КСl, Са2S04, МgС12, Вr і нерозчинні речовини.

Галітові відходи можна використовувати для отримання куховарської солі, як сировина в содовому, хлорному виробництвах, що через транспортні витрати доцільно тільки для підприємств, розташованих калієвих родовищ, що поблизу розробляються. Перспективним напрямом є також упровадження методів комплексного використовування сировини: шляхом і витягання побічних компонентів - магнію, брому, використовування відходів для отримання кормової і технічної солі і інших продуктів.

Обґрунтувати методи утилізації лома чорного та кольорового металу.

Великий обсяг твердих відходів утворюється і на підприємствах чорної металургії. Так, при виплавлені однієї тонни сталі утворюється 650-700 кг твердих відходів-шлаків, шламів та відходів металу. Шлаки та шлами використовуються у будівельній індустрії для виробництва будівельних матеріалів, а відходи металу направляються на повторну переплавку. Тому на сьогоднішній день потребує вирішення проблема бережливого та раціонального використання металу та виробів із нього.

Раціональне використання металу необхідно здійснювати на підприємствах металообробної промисловості, добиваючись зниження металоємкості виробів, умілого використання металопрокату, зменшення випуску бракованих виробів, здійснення всіх мір по його максимальному використанню, дбайливого ставлення до відходів металу. Згідно державних стандартів відходи металу діляться на лом та відходи.

Ломом металів називаються зношені деталі та ті, що вийшли з вжитку, а також вироби з металу і сплавів.

Відходами металів називають промислові відходи всіх стадій переробки металу або сплаву від його виплавляння до механічної обробки, які становлять 80-85% відходів металообробних заводів.

Для повної утилізації відходів з техногенних родовищ металургійного виробництва необхідно проводити дослідження комплексного видобування різних металів з цих відходів. У світовій практиці можна виділити три основні підходи до вирішення питання вилучення металів з мінерального і техногенної сировини:

Механічний (подрібнення матеріалу з витяганням компонентів відповідно з їх щільністю, магнітними та іншими властивостями);

Пірометалургійний (випал матеріалу з поділом компонентів по температурах кипіння з подальшою їх хімічною або металургійною переробкою);

Гідрометалургійний (обробка матеріалу розчинами кислот або лугів та перекладів видобутих компонентів у розчин з наступним отриманням цільових компонентів екстракцією або іонним обміном).

Як правило, ці підходи на практиці комбінуються для досягнення більш високої ефективності та комплексного використання сировини.

Основними напрямками в промисловості чорних, кольорових і рідкісних металів були і залишаються розробка методів селективного вилучення цільових компонентів, що в області гідрометалургійної переробки призводить до створення більш виборчих екстрагентів, що виявляються значно складнішими за хімічним складом і, відповідно, більш дорогими. В металовмісних відходах загальна кількість металевої складової у вигляді оксидів, сульфідів, карбонатів зазвичай становить не менше 20%, і тому за сумою металів така сировина є багатою. У зв'язку з цим по розроблюваній технології виділення металів, переведених в розчин, при розтині мінеральної сировини і його поділі виробництво виявляється надрентабельним.

Особливою проблемою утилізації металургійних шламів є підвищений вміст у них цинку і свинцю. При агломерації залізорудних матеріалів цинк і свинець практично не удаляються і переходять в агломерат. Труднощі виникають у доменному процесі, через що в більшості випадків сталеплавильні шлами не утилізуються, а складуються в довголітніх шламонакопичувачах.

Для переробки цих шламів з витяганням цинку і свинцю необхідно їх підготувати до транспортабельного стану, змішати з відновником і організувати пірометалургійний відновлювальний процес при температурі 1000-1100 ° C. Зазначених процесів у чорній і кольоровій металургії існує велика кількість, вибір яких залежить від конкретних умов організації відповідної ділянки. При ступені металізації 30% цинк і свинець возгоняються і уловлюються в спеціальних фільтрах, з яких потім вивантажуються, затарюються і вирушають на заводи кольорової металургії. Возгони зазвичай містять близько 50% цинку і свинцю у вигляді їх оксидів. Залізорудний металізований продукт використовується в доменному або сталеплавильному процесах. Такий процес переробки цинкоутримуючих шламів доцільно організовувати для поточних шламів, що спростить роботу заводу з їх складування.

Задача 1

Спроектувати флотаційний мулоуплотнювач для підвищення концентрації активного мулу до Ск = 3,4% по сухій речовині. Обсяг мулу v = 400 м3/доб, початкова концентрація активного мулу, що надходить на ущільнення, С0 = 3,4 кг/м3; зниження змісту твердої фази в активному мулі 85%.

Приймаємо тиск повітря Р = 3,5 кгс/см2; t = 15° С. Ступінь насичення повітрям приймається fп = 0,45. Робоча глибина флотатора h= 1,3 м.

Розраховуємо процес флотації.

Кількість сухої речовини Uсyx = З0V = 3,4 ? 400 = 1360 кг/доб.

Тиск повітря ра =

Рис 1 - Розчинність повітря у активному мулі (см3/л) у залежності от тиску Р та температури t (а - кількість повітря що вийшло)

Кількість розчинного повітря Вp, що звільнилося внаслідок зниження тиску з 4 до 1 кгс/см2 при t = 15° С, приймається по номограмі, приведеної на рис. 1

- 20 = 65 см3/л мули.

Оскільки ступінь насичення мулу повітрям fп = 0,45, те Вр = 65 ? 0,45 = 29,25 см3/л мулу.

Для необхідного згущення мулу до Ск = 3,4% по сухій речовині необхідний зміст повітря в мулової суміші Wp складає 0,06 м3/м3. Тоді по формулі

Звідси обсяг потоку насиченого повітрям, що рециркулюється,

= 0,06 ? 1360 000/37,3 = 2188 м3/доб.

Загальний потік у камері згущення складає:

= V + Vn = 400 + 2188 = 2588 м3/доб, чи 108 м3/год.

Для 10-хвилинного розрідження висота шару осаду складає 77%, а 23% займає розріджений осад. Гідравлічне поверхневе навантаження Qh

= h/t = 0,23 1,3/10 = 0,03 м3/хв, чи 1,8 м3/м2 год.

Поверхня флотатора

= Q/Qh = 108/1,8 = 60 м2.

Обєм шару

= Fh = 60 1,3 = 78 м3.

Час флотації

Т = Vz /Q = 78/108 = 0,72 год » 43 хв.

Висновок: мулоущільнювач дозволяє утилізувати мул, а також відправити воду в виробничій процес для впровадження маловідхідних технологій.

Задача 2

лом утилізація мул осад

Розрахувати вакуум-фільтраційну установку для зневоднювання суміші сирого осаду первинних відстійників і ущільненого надлишкового активного мулу. Витрата стічних вод 40 тис. м3/доб. Сирий осад первинних відстійників складає 120 м3/доб вологістю 93%; кількість надлишкового активного мулу 160 м3/доб, вологістю 98%. Питомий опір осаду первинних відстійників 200 ? 1010 см/м, лужність 37 мг ? экв/л; питомий опір ущільненого активного мулу 1800 ? 1010 см/м, лужність 6,5 мг ? экв/л.

Визначаємо характеристику суміші осаду первинних відстійників і ущільненого активного мулу. Вологість суміші визначаємо по формулі:

питомий опір суміші по формулі:

лужність суміші

Доза сповісти (по СаО) складе

Доза хлорного заліза складе 8 ? 0,3 = 2,4% від ваги сухої речовини суміші.

Для зневоднювання 11,4 т/добу сухі речовини осаду буде потрібно відповідно хлорного заліза і вапна:

Продуктивність вакуум-фільтру, визначена по формулі

Де Wk Wв вологість вихідного осаду та кеку, %; l - об'ємна вага вихідного осаду, т/м3; m - доля часу дії вакууму від загального циклу роботи фільтру, %; р - робочий вакуум, мм рт ст.; h0 - вязкість фільтрату, сантіпуази; Т - час роботи барабану, хв.; R - величина, що характеризує питомий опір осаду, що скоагулював, який дорівнює при R початковому 20 см/г., та при вакуумі 350 мм рт. ст. та вакуумі на кінцевому процесу 500 мм. рт. ст

= (20 ? 350): 500 = 14 см/г.

Обираємо час роботи барабану виходячи з питомого опору осаду після коагуляції

Питомий опір осаду

після коагуляції, R×1010 cм/г 5-10 10-20 20-30 30-40 40 - 60

Час обороту

барабану, хв. 2-2,5 2,5-3 3-4 4-5,5 5,5-8

Час обороту барабана буде дорівнює 3 хв., при вологості кека 75% складе (по сухій речовині осаду)

Поверхня фільтрації при роботі вакуум-фільтрів 24 години у добу складе

/(37 ? 24) = 12,8 м2.

Приймаємо (див табл. 1) до установки барабанні вакуум-фільтри з полотниною, що сходить, поверхнею фільтрації по 5 м2 та 3м2 (3 робочих і 1 резервний).

Таблиця 1 - Технічна характеристика вакуум - фільтрів типа БОУ (ГОСТ 5748-68)

Поверхня фільтрування, м2Розмір барабану, мШвидкість обер- тання барабану об/хвВстановлена потужність, КВтГабарити, ммМаса, кгОбєм, м3діаметрдовжинадовжинаширинависотафільтр з приводомнайбільш важкий вузолресиверпастка11-0,1 - 21,2-11003000,40,431,750,55220002570235021808500,451,750,962297525702350520023501102,61,353,4342034503300800046501202,62,75,64740371037001310089302,514034,48,5655039603650180001050042,5603,46,61588003960365030000150002х441004,2-0,1-12866000382003х44

Кількість повітря, що відсмоктується вакуум-насосами ((2 ? 5))+3 ? 0,5 = 11,5 м3/хв; приймаємо: 1 робітник і 1 резервний вакуум-насоси типу РМК-4 продуктивністю по 15 м3/хв. Витрата стиснутого повітря від повітродувної станції аеротенків складе

(2×5+3) ? 0, 1 = 1,3 м3/хв.

Кількість фільтрату, відокремлювана від повітря, що відсмоктується, у ресивері,

Витрата води від технічного водопроводу для регенерації фільтрувальної тканини складе

,15 ? 5 ? 3 = 2,25 м3/год.

,15×3×3=1,35 м3/год

Кількість осаду, збезводненого на вакуум-фільтрах, буде

На сушильному барабані осад підсушується до 30% вологості, при цьому підлягає видаленню м3/доб мулової води. При цілодобовій роботі барабанної сушарки кількість вологи, що видаляється з осаду, складе 29,5:24 = 1,2 м3/г.

Тому що продуктивність барабанної сушарки складає 60 кг вологи в годину на 1 м3 ємності, обсяг барабана, що потрібен буде 1200:60 = 20 м3.

Витрати умовного палива для видалення з осаду вологи (при нормі 1000 ккал тепла на 1 кг вологи) складуть

Кількість термічно висушеного осаду складе 45,9 - 29,5 =16,4 т/доб. На випадок аварії на станції механічного зневоднювання передбачаються мулові площадки на 20% річної кількості осаду, що надходить.

Задача 3

Потрібно розрахувати установку, яка вмістить в себе центрифугу ОГШ, для роздільного центрифугування сирого осаду первинних відстійників і надлишкового активного мулу з вторинних з поверненням фугату від осаду в первинні відстійники, а фугата від центрифугування активного мулу в аеротенки. Продуктивність очисної станції 25 тис. м3/доб. Концентрація завислих речовин у стічній рідині, що надходить на станцію С1= 140 мг/л, ефект освітлення в первинних відстійниках дорівнює 60%; приріст активного мулу по сухій речовині - C=130 г/м3 стічних вод у добу, зольність 42%.

Рис. 2 - Схема обезводнення активного мула: 1 - первинні відстійники; 2 - аеротенкі; 3 - мулова суміш; 4 - вторинні відстійники; 5 - скид обчищеної води; 6 - центрифуга; 7 - камера дегельмінтизації; 8 - бункер обробленого осаду; 9 - фугат; 10 - надлишковий активний мул; 11 - поворотний мул

Робимо розрахунок установки для центрифугування осаду первинних відстійників.

Визначаємо концентрацію зважених речовин у стічній рідині , змішаної з фугатом, по формулам:

; де e = 55 (див. табл. 7)

;

,

де С1 - концентрація завислих речовин у стічній рідині, мг/л; К - коефіцієнт виносу завислих речовин з відстійників; Ем - ефект освітлення стічної рідини, %; m- ефект виносу завислих речовин з центрифуги.

Обсяг сирого осаду, затриманого в первинних відстійниках, вологістю 95% при ефекті освітлення 60%

Таблиця 2 - Ефективність затримання твердої фази по сухій речовині на центрифугах типу ОГШ (СНіП ІІ-32-74)

Тип осадуЕфективність затримання сухої речовини e %Вологість кеку %Об'ємна маса кеку gк, т/м3Винос завислої речовини %Сирий або зброджений осад з первинних відстійників45-6565-750,8-0,8535-55Сирий активний мул при зольності % 28-35 38-42 44-4711-15 15-25 25-3570-80 65-75 50-700,9-0,9585-90 75-85 65-75Анаеробний - зброджена суміш осаду з первинних відстійників і активного мула25-4065-75?60-70Аероб - окислена суміш осаду з первинних відстійників і активного мула25-3560-70?65-75

Тривалість роботи центрифуги ОГШ-500 при продуктивності 10 м3/год t = 45,25:10 = 4,53 год/доб, центрифуги ОГШ-325 при продуктивності 5 м3/год t = 45,25:5 = 9,05год/доб.

Кількість кека після центрифугування осаду первинних відстійників при вологості його 70% і ефекті затримки сухої речовини 55%

З урахуванням об'ємної маси (див. табл. 7)

М = 4,15 ? 0,85 = 3,5 т/доб.

Далі визначаємо коефіцієнт приросту активного мулу і приріст маси активного мулу:

Визначаємо обсяг активного мулу, якому потрібно пропустити через центрифуги, щоб видалити 4,2 т/доб сухі речовини з активного мулу. При цьому приймаємо ефект затримки сухої речовини 20% і вологість кека 70% (див. табл. 7)

М = 4,2 ? 100/20 = 21 т/доб;= M ? 100/(100 - W) = 21- 100/(100 - 99,2) = 2625 м3/доб.

Кількість центрифуг ОГШ-500 продуктивністю 14 м3/год дорівнює (табл. 3)

= 2625: (14 ? 24)» 8.

Приймаємо 8 робочі і 2 резервні центрифуги.

Таблиця 3 - Технічні параметри процесу центрифугування осадів, що рекомендуються

Найменування показниківОдиниці виміруВид осадуЗ первинних відстійниківЗброджена суміш осаду первинних відстійників і активного мулаАктивний мулПродуктивність по початковому осаду при збезводненнім3/год4/7-104-5/10-125-6/12-14Ефективність затримання сухої речовини%45-6524-4010-35Вологість кеку%65-7565-7550-805Частота обертання роторахв-12500/20003000/23003500/2300Споживана потужністькВт/год6-7/22-255-6/18-223-4/15-18Продуктивність по збезводнюваному осадукг/год200/400100/20020/40Примітка. В чисельнику наведений дані для центрифуг ОГШ-325, в знаменнику - для ОГШ - 500

Задача 4

Рис. 3 - Технологічна схема однокорпусної вакуум-сушильна установки для очисної станції продуктивністю 30-40 тис. м3/доб стічних вод: 1 - активний мул; 2 - сирий осад; 3 - резервуар-змішувач; 4 - насос; 5 - вакуум-насос; 6 - барометричний конденсатор; 7 - водопровід; 8 - вакуум - сушильний апарат; 9 - висушений осад; 10 - транспортер; 11 - бункер. 12 - шнекові живильники; 13 - циклонна топка; 14 - шлам

Розрахувати вакуум-сушильну установку (Рис 6 )для сушіння осадів міських стічних вод очисної станції продуктивністю 35 тис. м3/доб.

Кількість сирого осаду вологістю W1= 92% дорівнює Vос. = 50 м3/доб., а надлишкового ущільненого мулу вологістю W2 = 96,5% Vм = 65 м3/доб. Активний мул перед подачею на сушіння центрифугується до вологості 93%, при цьому його обсяг скорочується

Температура насиченого пари, що гріє, від котельні tн = 145° С. З огляду на загальний обсяг осаду Vзаг = 50 + 33 = 83 м3/доб, визначаємо кількість води, що випаровується, при висушуванні осаду до вологості 35%

Приймаємо до установки вакуум-сушарки типу ВГСУ-3000 продуктивністю по волозі, що випаровується, 3960 кг/год (див. табл. 9). За 1 цикл у прийнятому сушильному апараті можна обробити об'єм осаду, дорівнює потрійному робітнику об'єму апарата. Тому що робочий обсяг апарата дорівнює 1/2 його геометричного обсягу, кількість осаду оброблюваного за 1 цикл сушіння, складає

ц = 31 ? 3:2 = 46,5 м3.

Визначаємо кількість води, що випарюється за 1 цикл,

Таблиця 4 - Технічна характеристика вакуум сушарок гребкового типу (ОСТ 26-1251-75)

ТипОб'єм барабана, м3Поверхня нагріву, м2Продуктивність по випарній волозіПродуктивність по осаду середньої вологості 93% м3/циклСередня тривалість циклу в сушарки, годРобочий тиск в сорочці, кгс/см2Частота обертання мішалки, об/хвГабарити, ммкг/годкг/циклдовжинависоташиринаСВЦР-950/17001,26,118315801,88,661333001755950СВЦР - 4К4,51442060206,7514,366670026352000СВТР-10В1035105010560121055947528452280ВГСУ-30003113239604140046,510,53,55,31359051743000

Приймаємо сушарку ВГСУ-3000 (див. табл. 4).

Кількість циклів, що потрібне для випару добового обсягу води складе

ц = W/Wц = 72785 : 40777 = 1,8.

Тривалість циклу вакуум-сушіння одного сушильного апарата виходячи із середньої продуктивності прийнятого апарата по волозі, що випаровується, (див. табл. 9)

t = Wц/n = 40777 : 3960»10,3 годин.

Далі визначаємо кількість циклів на один апарат у добу Р1 і кількість сушарок n.

Приймаємо 1 робочий і 1 резервний агрегат.