Переработка промышленных отходов

Раздел: Переработка

Дезагрегация макулатуры производится с помощью гидроразбивателей различной конструкции. Предпочтительнее использовать гидроразбиватели с вертикальным расположением ротора, поскольку они занимают меньше площади и обеспечивают более интенсивную обработку массы и легкую замену ротора при ремонте. На этой стадии происходит измельчение макулатуры до состояния, пригодного для транспортировки бумажной массы насосами для дальнейшей обработки, а также удаление крупных механических включений.

Производительность гидроразбивателя зависит не только от его конструкции (диаметра и формы ванны, типа ротора, частоты его вращения, мощности), но и от вида перерабатываемой макулатуры, продолжительности обработки; концентрации массы в ванне, температуры и рН среды.

Дезагрегация макулатуры производится путем разрыва связей между волокнами в результате воздействия на нее лопастей ротора и ударов о неподвижные планки на стенке ванны.

Как правило, гидроразбиватели работают в непрерывном режиме при концентрации массы 2,5—3,5 %; при этом тяжелые примеси удаляются через специальную камеру, в которой они предварительно промываются водой с целью исключения потерь волокна. Диаметр ванны у современных гидроразбивателей достигает 6,5 м, диаметр ротора 3,5 м.

При дезагрегации макулатуры, содержащей различные смолы, применяют химические добавки и регулируют рН среды и температуру. При переработке макулатуры, содержащей мочевино- или меламиноформальдегидные смолы, процесс ведется при 60— 80 °С в кислой среде при рН = 3,5—4,5. Дезагрегацию макулатуры, содержащей полиамидные смолы, наоборот, проводят в щелочной среде при рН = 10—11 и температуре 50—60 °С.

Как кислая, так и щелочная среды отрицательно влияют на прочность целлюлозного волокна. Поэтому при обработке такой макулатуры с целью сохранения прочности волокон применяют химические вещества, роторы специальной конструкции и стремятся сократить продолжительность процесса. Повышение температуры и концентрации массы ускоряет процесс.

Отечественная промышленность выпускает гидроразбиватели типа ГРВМ различной производительности от 2 до 300 т/сут. Они состоят из металлической ванны, верхняя часть которой имеет цилиндрическую, а нижняя — коническую форму. К внутренней поверхности ванны приварены направляющие планки. Верхняя часть ванны имеет конусные отражатели. В нижней части ванны расположена перфорированная плита, состоящая из семи сегментных пластин. В днище ванны имеются отверстия для выхода дезагрегированной массы, выпуска тяжелых, крупных включений и промывки ванны.

Для удаления тяжелых включений, попадающих в специальные карманы под днищем гидроразбивателя, в нем имеются ковшовые элеваторы.

12.3. Очистка макулатурной массы

Перед дальнейшей обработкой макулатурная масса подвергается дополнительной очистке от мелких тяжелых включений. Очистка производится на очистителях циклонного типа при высокой и низкой концентрации пульпы. Очистители имеют тангенциальный вход массы в верхней части и грязевые камеры в нижней части. Работа таких очистителей основана на использовании центробежной силы, создающей завихрения. Основные особенности очистителей различной конструкции связаны с перепадом давления на входе и выходе массы из очистителя, концентрацией макулатурной массы в воде, формой отверстия, через которое поступает масса, и системой удаления твердых частиц из грязевой камеры.

Очиститель высокой концентрации работает при концентрации пульпы 6 %. Масса, попадающая тангенциально в очиститель через патрубок 7, под действием ротора б, приводимого во вращение электродвигателем 8, получает дополнительное ускорение. В результате действия центробежных сил частицы с большей плотностью отбрасываются к стенкам циклона 5, опускаются вниз в грязевую камеру 2 и затем выводятся через клапан 1.

Более легкая, очищенная масса поднимается вверх и по центральной трубе 4 удаляется из очистителя через выходной патрубок 9.

Очиститель снабжен смотровым окном 3 и гидравлическим затвором 10 для подачи в грязевую камеру промывной воды.

Такой очиститель работает при перепаде давления 20 кПа, объем грязевой камеры 10 л, мощность ротора 2,2 кВт.

Очиститель низкой концентрации ( 12.3) работает при концентрации массы 3-5,5 %. Масса поступает в очиститель через тангенциально расположенный патрубок 10 и под действием центробежной силы отбрасывается к стенке, по которой медленно оседает вниз. Тяжелые частицы доходят до грязевой камеры 3, где и осаждаются, а очищенная масса, не дойдя до нижней части 7 очистителя, поднимается в верхнюю часть 8 и

выводится через патрубок 9, расположенный по центру верхней части! Тяжелые частицы удаляются через клапан 1. Очиститель снабжен смотровым окном 4, задвижкой 2 гидравлического затвора 5 и клапаном 6 подачи воды в грязевую камеру.

Выход очищенной массы грязевой камеры — 40—80 л, пропускная способность 400— 1700 л/мин.

Очистители типа ОМ аналогичной конструкции, выпускаемые отечественной промышленностью, работают при перепаде давления 160 кПа при концентрации массы до 5 % с пропускной способностью до 1800 л/мин.

Дезагрегацию макулатуры заканчивают на такой стадии, когда полученную водно-целлюлозную массу можно перекачивать на дальнейшую обработку насосами.

12.4. Роспуск агрегированных волокон

Для роспуска целлюлозной массы на отдельные волокна без комочков и пучков волокон в современной технологии используется специальное оборудование — энтштиперы. Эти установки работают по принципу конических или дисковых мельниц при большой частоте вращения ротора (до 3000 об/мин). Необходимым условием надежной работы энтштиперов является хорошая очистка массы от твердых включений.

Концентрация поступающей массы составляет 3—6 %. Давление напора 40—50 кПа. Зазор между ротором и статором 0,5—2 мм. Масса, поступающая под давлением в энтштипер через центральное отверстие, увлекается роторным кольцом и со скоростью 40 м/с отбрасывается на поверхности размалывающих элементов статора, ударяется о следующее кольцо, имеющее вследствие конусности ротора более высокую окружную скорость.

Пройдя между всеми кольцами ротора и статора, масса разволокняется до фибрилл и выходит через выходное отверстие. Выпускаемые промышленностью энтштиперы различаются мощностью и производительностью ( 12.3).

Отечественная промышленность (Гатчинский завод бумагоделательного машиностроения) выпускает для разволокнения бумажных комочков и пучков волокон пульсационные мельницы аналогичной конструкции ( 12.4).

Пульсация ротора достигается при осевом его перемещении на 25 мм при помощи специального устройства, работающего по принципу "винт-гайка". Частота пульсаций достигает 1780 с-1.

12.5. Сортировка волокнистой массы

Следующей операцией при переработке смешанной макулатуры является сортировка массы, которая проводится в два этапа. На первом этапе на плоских вибрационных установках осуществляется грубая сортировка: из макулатуры удаляются тяжелые и легкие примеси. Второй этап (тонкая сортировка) осуществляется на центробежных сортировочных машинах.

Плоские вибрационные сортировки марки СВ непрерывного действия работают без статического напора массы при концентрации 1— 2 %. Сито имеет отверстия, диаметр которых 6, 8 и 10 мм. Корпус вибрационного лотка, куда подается масса, имеет четыре амортизатора. Источником вибрации лотка с ситом является электродвигатель, соединенный с валом лотка через вибратор.

Отличительной особенностью центробежных сортировочных машин является неподвижно расположенное в корпусе цилиндрическое сито, внутри которого вращается лопастной ротор различной конструкции.

Несортированная масса подается в центральную часть сортировки, где она подхватывается лопастями ротора и отбрасывается на внутреннюю поверхность сита. При этом волокна, находящиеся в суспензии в беспорядочном состоянии, равномерно распределяются по поверхности сита, образуя фильтрующий слой. Завихрения массы способствуют разрушению фильтрующего слоя, а скоростной напор, создаваемый лопастями ротора в результате его вращения, обеспечивает проталкивание кондиционного волокна через отверстия сита.

Прошедшие через сито наиболее тонкие и эластичные волокна, разбавленные водой до требуемой концентрации, отводятся в бассейн. Неразволокненные пучки волокон вместе с неволокнистыми примесями, образующими фильтрующий слой, под напором поступающей в сортировку массы продвигаются вперед и после последующего сортирования и отмывки отводятся через патрубок для удаления отходов.

Центробежная сортировка типа СЦ1,6-01 ( 12.4) состоит из сварного корпуса на лицевой торцевой крышке которого в центральной ее части расположен изогнутый патрубок 3 для ввода массы в сортировку. На противоположной торцевой крышке закреплен патрубок 7 для удаления отходов. В корпусе расположено цилиндрическое сито 2, состоящее из трех секций. Внутри сита вращается ротор 5 с радиально установленными лопастями и двумя поперечными перегородками, разделяющими по длине

Через распределительную камеру с отверстиями, вращающуюся вместе с ротором, масса поступает в зону /сортирования, которая ограничена дисковой перегородкой, насаженной на вал ротора. Эта зона занимает около 40 % всего пространства камеры. Лопастями ротора масса отбрасывается на внутреннюю поверхность сита, поступает в кольцевую камеру 4 и затем отводится через патрубок в бассейн.

Масса, не прошедшая через отверстия, перемещается по спирали в зону II. Здесь она разбавляется массой, которая прошла через зазор между валом ротора и внутренней поверхностью первой перегородки, и оборотной водой, поступающей через полый вал 6 ротора.

Оставшаяся масса с пониженной концентрацией перемещается в зону III, где сортирование продолжается. Не прошедшая через третью зона масса выводится на вторую ступень сортирования.

Существуют сортировки и другой конструкции, например, производятся вихревые конические очистители, работающие по принципу циклонов, когда сортируемая масса тангенциально подается с большой скоростью в конический очиститель. Очиститель подобной конструкции марки УВК выпускается и отечественной промышленностью. Вихревые конические очистители устанавливаются, как правило, в 3—4 ступени.

Многие виды современной макулатуры имеют сложный химический состав: помимо целлюлозных волокон они содержат битум, воск, парафин, водонерастворимые клеи и другие вещества. Все это значительно усложняет традиционную технологию переработки макулатуры, так как эти добавки загрязняют очистное оборудование и вызывают появление на бумажном полотне, получаемом из макулатуры, пятен, отверстий и других дефектов.

Такая макулатура подвергается термомеханической обработке, осуществляемой в диспергаторах различной конструкции при высокой концентрации массы. Термомеханическая обработка массы производится после дезагрегирования макулатуры, очистки ее от включений и сгущения до концентрации 25—35 %. Существуют два способа термомеханической обработки: холодный и горячий.

При холодном способе диспергирование проводится при атмосферном давлении и температуре до 95 "С. При горячем способе процесс осуществляется при повышенном до 0,3—0,5 МПа давлении и температуре 130—150 °С. В первом случае частицы битума, парафина и тому подобных веществ не расплавляются, а измельчаются до размеров, при которых они не влияют на качество бумажной продукции, во втором — расплавляются и удаляются.

На процесс диспергирования и получения качественной целлюлозно-бумажной массы при термомеханической обработке влияют: температура, давление, состав макулатуры, концентрация массы, содержание добавок и другие факторы.

12.6. Облагораживание целлюлозной массы

При переработке газетной, книжной, журнальной и другой типографской макулатуры с целью удаления из нее печатных красок и повышения белизны массу после диспергирования облагораживают.

Содержание краски в макулатуре составляет в различных ее видах от 0,5 до 7 %. Краска содержит 15—30 % сажи (углерода) и 70—85 % масел и смол.

Облагораживание является важнейшей стадией переработки макулатуры, от которой зависит качество целлюлозно-бумажных волокон и возможность их использования в составе высококачественной бумажной продукции. В настоящее время в России облагораживанию подвергаются до 65 % газетно-журнальной макулатуры (в мировой практике объем облагороженной макулатуры достигает 70 %).

Существуют два способа проведения этой операции: промывка и флотация. Наибольшее распространение имеет последний с использованием поверхностно-активных веществ.

Процесс облагораживания состоит из следующих фаз: подготовки волокнистой суспензии с отделением частиц краски от волокна и получения чистого волокна путем удаления частиц краски из суспензии.

Отделение краски происходит в результате дезагрегирования и диспергирования массы и воздействия на нее химических веществ. Под влиянием щелочных химикатов, тепла и механического воздействия связующие вещества, содержащиеся в краске, омыляются, и создаются предпосылки ее отделения от волокон. Для этого применяют соду и пероксиды натрия или водорода. В качестве отбеливающих химикатов применяют гипохлорит натрия NaCIO и гидросульфит натрия NaHS03.

Разрушение связи между краской и волокном ускоряется при повышении температуры во время роспуска макулатуры в гид- роразбивателе.

Удаление отделившейся от волокон краски производится методом флотации, который основан на увлечении частиц краски пузырьками воздуха вследствие различной смачиваемости частиц краски и волокна. Пузырьки воздуха, поднимаясь, увлекают за собой краску и выносят ее на поверхность суспензии, где она вместе с образующейся пеной перетекает в приемную камеру.

С целью более полного отделения краски используют предварительную выдержку пульпы в башенном коллекторе перед флотацией, что особенно эффективно для отделения трудно- удаДяемой краски при переработке высокосортной макулатуры.

Для создания условий для селективной флотации применяют флотоагенты, которые добавляют в суспензию волокна перед флотационной установкой. Роль флотоагентов заключается в улучшении пенообразования при флотации. Для этого применяют неионогенные алкилфенольные поверхностно-активные вещества (ПАВ) в сочетании с жирными кислотами (например, олеиновой). Наиболее целесообразно на стадии предварительного диспергирования и выдержки в башенном коллекторе использовать ПАВ, а затем во время флотации применять жирные кислоты, имеющие длинную молекулярную цепочку с водовоспринимающим (гидрофильным,"+") концом и водоотталкивающим (гидрофобным, "—") концом.

Гидрофильные группы собирают частицы краски и, поднимаясь вверх с пузырьками воздуха, создают на поверхности суспензии устойчивую пену, которая удаляется из камеры с помощью специальных приспособлений.

На полноту и скорость удаления частиц краски влияют такие характеристики процесса флотации, как расход воздуха, диаметр пузырьков, скорость их всплытия и т. д.

Обычно устанавливают последовательно две установки. При малом размере помещения флотационные установки можно располагать одну над другой в двух уровнях. Их общая высота не превысит 4 м.

Степень белизны облагороженной массы зависит от качества макулатуры, способа нанесения печати, состава красителей и связующих и от технологии отделения краски от волокон. Для получения массы повышенной белизны ее подвергают дополнительной отбелке. Добелка облагороженной макулатурной массы проводится перекисью водорода при концентрации 15—20 %, рН= =10—11, температуре 40—50 °С в течение 1,0—1,5 ч.

Распущенная, очищенная и отбеленная волокнистая масса является прекрасным сырьем для производства различной бумажной продукции и картона. Ее использование осуществляется по технологии, принятой в целлюлозно-бумажной промышленности, наряду с первичным сырьем, полученным из древесины и другого природного целлюлозного сырья.

В последние годы разработаны новые способы облагораживания макулатуры. В частности, интересен следующий способ удаления клеящих веществ, которыми пропитаны некоторые виды бумажной продукции. Процесс осуществляется в смесителе, где подогретая дезагрегированная макулатурная масса перемешивается с перлитовым песком. При этом песок адсорбируется расплавленным клеем и при последующей флотации вместе с ним удаляется.

Представляет интерес способ обеззараживания макулатурной массы с помощью ионизирующего излучения (доза 1—3 Мрад), что позволяет использовать такую макулатуру в производстве бумаги для упаковки пищевых продуктов. Облучение макулатуры производится в кипах при концентрации абсолютно сухого волокна 88 %.

Контрольные вопросы

1.         Какова эффективность использования макулатуры?

2.         Чем определяются пределы использования макулатуры?

3.         Каковы факторы, влияющие на дезагрегацию макулатуры?

4.         Как производится очистка макулатурной массы?

5.         Как и на каком оборудовании производится разволокнение бумажной массы?

6.         Как работает установка для сортировки разволокненной массы?

7.         Расскажите о термомеханических способах очистки разволокненной массы от полимерных включений.

8.         Как проводится облагораживание вторичной целлюлозной массы?