3 Zagadnienia procesowoaparaturowe aglomeracji Andrzej Heim Katedra Aparatury Procesowej Politechnika Łódzka 1. Wstęp Pod pojęciem aglomeracji rozumie się łączenie drobnych cząstek substancji stałej w większe skupiska zwane aglomeratami. W przekonaniu autora w określeniu tym, traktowanym bardzo ogólnie mieszczą się takie pojęcia jak agregacja czy koagulacja, które dotyczą układów koloidalnych tzw. fazowych, a więc układów dyspersyjnych o bardzo duŜym stopniu dyspersji i rozwiniętej powierzchni rozdziału faz, w których fazę rozproszoną stanowią cząstki koloidalne. Rozmiar cząstek koloidalnych przyjmuje się umownie w granicach od 1 nm do 500 nm. Aglomeracja moŜe mieć miejsce gdy nastąpi kontakt między cząstkami pierwotnymi i wystąpią siły wiązań łączące te cząstki. Warunki takie mogą wystąpić niezaleŜnie lub nawet wbrew naszym zamiarom, mówimy wtedy o aglomeracji niepoŜądanej, lub teŜ warunki sprzyjające aglomeracji mogą być przez nas specjalnie stworzone, aby ją ułatwić. Przykładem aglomeracji niekorzystnej jest zbrylanie się materiałów proszkowych, którymi później manipulowanie (dozowanie, mieszanie, opróŜnianie grawitacyjne zbiorników, roztwarzanie w cieczy...) jest znacznie utrudnione lub czasem niemoŜliwe. Tworzone aglomeraty czy agregaty mogą natomiast ułatwić pewne operacje jednostkowe, przykładowo filtrację, sedymentację czy odpylanie. Andrzej Heim Aglomeracja zwykle utoŜsamiana jest jako zjawisko, natomiast proces, świadomie realizowany w celu otrzymania aglomeratów, często nazywany jest granulacją. W zasadzie pojęcie granulacji w technice jest rozumiane bardzo szeroko, jako wytwarzanie cząstek ciała stałego o odpowiednich wymiarach, czy nawet kształcie [22]. Mieści się więc w tym określeniu równieŜ proces przeciwny do aglomeracji, a więc rozdrabnianie. Jeśli surowcem jest bardzo rozdrobniona faza stała w postaci proszku lub pyłu, a produktem cząstki o znacznie większych rozmiarach, to taką granulację nazywamy aglomeracyjną. W wyniku granulacji aglomeracyjnej otrzymujemy cząstki zwykle regularne o takich samych lub podobnych kształtach i wymiarach, przy zachowaniu pierwotnych właściwości fizykochemicznych surowca. Ma ona zastosowanie tak do gotowych produktów, podnosząc ich cechy uŜytkowe jaki i do surowców i półproduktów. Po aglomeracji proszków lub pyłów materiał posiada znaczne większą gęstość nasypową (koszty opakowań, transportu i miejsca do magazynowania), nie pyli się (straty, ochrona środowiska), nie zbryla się (problemy dozowania) oraz w przypadku układu wieloskładnikowego nie występuje segregacja składników, co zapewnia jednorodny skład poszczególnych porcji pobranego materiału. Ta ostatnia cecha jest szczególnie waŜna dla wieloskładnikowych nawozów, barwników, środków ochrony roślin oraz środków farmaceutycznych. Granulacja aglomeracyjna moŜe być realizowana w wyniku zastosowania zwiększonego ciśnienia (granulacja ciśnieniowa, prasowanie, brykietowanie, tabletkowanie), w odpowiednio podwyŜszonej temperaturze (spiekanie) lub teŜ bezciśnieniowo w przesypującej się lub mieszanej warstwie materiału albo w układzie fluidalnym. Często w procesie granulacji proszków i pyłów stosowany jest dodatek cieczy wiąŜącej. Pierwotne ziarna ciała stałego mogą być zdyspergowane w cieczy i wtedy proces tworzenia aglomeratów, prowadzony w zawiesinie jest nazywany aglomeracją sferyczną. Inaczej zjawiskowo przebiega proces granulacji gdy surowcem jest stop lub roztwór. Realizuje się go wtedy rozpylając ciecz w przeciwprądowym strumieniu powietrza. Odbywa się to z reguły w aparatach wieŜowych, dlatego często ten sposób jest nazywany granulacją wieŜową. Tworzenie granulek związane jest w tych przypadkach z odparowaniem, suszeniem czy teŜ krystalizacją. Na pewnym etapie procesu granulacji wieŜowej, często w wytworzonej w wyniku przepływu gazu warstwie fluidalnej, zachodzi aglomeracja ziaren pierwotnych w cząstki o większych rozmiarach. Procesy aglomeracji coraz częściej mają zastosowania w szeroko pojętej ochronie środowiska [27]. W wielu przypadkach zgranulowane odpady przemysłowe czy teŜ osady ściekowe z oczyszczalni mogą być uŜyte jako nawozy w rolnictwie, jako surowiec wtórny w procesach technologicznych, mogą 2 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji stanowić składniki materiałów konstrukcyjno-budowlanych (zwłaszcza w połączeniu z innymi surowcami przez granulację), a składowane na otwartej przestrzeni stanowią znacznie zmniejszenie zagroŜenia dla otoczenia w porównaniu z materiałami niezgranulowanymi. W Polsce mimo znacznego ograniczenia produkcji na początku lat 90tych, masa wytwarzanych odpadów przemysłowych jest bardzo duŜa. Przykładowo w roku 1997 wyniosła ona 120 mln ton, z których 44% przypadło na odpady górnicze, 22% poflotacyjne a 18% na ŜuŜle i popioły lotne z elektrowni i elektrociepłowni [5]. Do tego dodać naleŜy osady ściekowe z oczyszczalni, których ilość systematycznie rośnie. Technologie utylizacji i zagospodarowania tego typu odpadów zwykle opierają się na ich mieszaniu z dodatkiem innych składników a następnie granulacji. Najczęściej stosowanymi w tych przypadkach sposobami aglomeracji jest granulacja przesypowa oraz brykietowanie (granulacja ciśnieniowa). Dlatego teŜ w dalszej części publikacji zostaną szczegółowiej omówione tylko te dwie metody. 2. Podstawy procesu aglomeracji Aby pojedyncze ziarna utworzyły trwały aglomerat konieczne jest wystąpienie odpowiednio duŜych sił łączących te ziarna. Rumpf [24,25] mechanizmy wiązań między ziarnami podzielił na 5 kategorii. 1. Mostki stałe, które się mogą tworzyć w podwyŜszonych temperaturach w miejscu kontaktu ziaren, w wyniku dyfuzji molekuł z jednego ziarna do drugiego. Ciepło moŜe być doprowadzone z zewnątrz lub teŜ wydzielać się w trakcie procesu (np. przez tarcie). Mostki stałe mogą takŜe powstać w wyniku twardnienia substancji wiąŜącej, krzepnięcia stopionych składników reakcji chemicznej lub krystalizacji rozpuszczonych substancji. 2. Siły adhezji i kohezji występujące w substancjach wiąŜących, które nie pozwalają na swobodne przemieszczanie się ziaren. Substancje o wysokiej lepkości (kleje) mogą tworzyć wiązania podobne do tych jakie pojawiają się w mostkach stałych. W przypadku takiej fazy ciekłej mogą powstać cienkie, nieruchome warstwy adsorpcyjne. 3. Formy zamknięte wiązań mechanicznych. Mogą one występować w materiałach o budowie włóknistej, płytkowej a takŜe w przypadku ziaren które ulegając deformacji powodują wzajemne blokowanie się. 4. Siły ciśnienia kapilarnego w układach ziaren luźno przemieszczalnych. Siły te w mostkach cieczowych oraz przestrzeniach kapilarnych mogą tworzyć silne wiązania, które jednak zanikają, jeśli ciecz wyparuje, a brak jest innych mechanizmów przejmujących wiązania. 5. Siły przyciągania oddziaływujące między ziarnami w rodzaju sił Van der Waalsa, elektrostatycznych bądź magnetycznych, które mogą powodować łąVII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 3 Andrzej Heim czenia się ziaren wówczas, gdy nastąpi ich dostateczne zbliŜenie. Siły te wyraźnie zwiększają się przy zmniejszaniu wymiarów ziaren. Odmienną klasyfikacje zaproponował Pietsch [21] dzieląc mechanizmy wiązania na dwie grupy (rysunek 1). Do jednej grupy zaliczył wiązania będące efektem działania sił przyciągania, do drugiej te które powstały w wyniku wytwarzania się między ziarnami mostków. Rys. 1. Klasyfikacja mechanizmów wiązania wg Pietscha: a) reakcje chemiczne, spiekanie, częściowe stopienie, b) warstwy adsorpcyjne, c) mostki cieczowe, d) forma zamkniętych wiązań, e) siły molekularne i siły Van der Waalsa, f) siły elektrostatyczne, g) siły magnetyczne, h) siły walencyjne Fig. 1. Classification of bonding mechanisms according to Pietsch: a) chemical reactions, parching, partial fusing, b) adsorptional layers, c) liquid bridges, d) forms of closed bonds, e) molecular forces and Van der Waals forces, f) electrostatic forces, g) magnetic forces, h) valency forces Z wymienionych sił występujących przy poszczególnych mechanizmach wiązań tylko niektóre moŜna określić bądź oszacować metodami analitycznymi. Przeprowadzona przez Rumpfa [25] analiza wartości poszczególnych sił wykazała, Ŝe siły Van der Waalsa są co najmniej o rząd wielkości większe od sił przyciągania elektrostatycznego wynikających z potencjału kontaktowego oraz od sił przyciągania pochodzących od nadmiernego ładunku elektrostatycznego. Goldstick wykazał [8], Ŝe chociaŜ siły magnetyczne mogą być większe od sił elektrostatycznych to jednak zawsze są one znacznie mniejsze niŜ siły Van der Waalsa. Natomiast Schubert [26] stwierdził, Ŝe siły Van der Waalsa, chociaŜ w niektórych przypadkach mogą osiągnąć znaczące wartości, są zwykle kilkakrotnie mniejsze od sił wynikających z występowania mostków cieczowych. JednakŜe największą siłę fizyczną jaka pojawia się w obecności fazy ciekłej, która całkowicie zwilŜa powierzchnie ziaren jest siła wynikająca z ciśnienia kapilarnego. Jest ona związana z istnieniem międzyfazowego napięcia powierzchniowego [24]. 4 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji Zastosowanie w procesie aglomeracji cieczy wiąŜącej w zasadniczym stopniu ułatwia łączenie się ziaren. Struktura powstających aglomeratów zaleŜy przede wszystkim od ilości cieczy wiąŜącej. Newitt i Conway-Jones [19] wprowadzili pojęcia trzech charakterystycznych stanów, które nazwali: pendularny, funikularny i kapilarny (rysunek 2). Rys. 2. RóŜne struktury granulki w zaleŜności od ilości cieczy wiąŜącej: a) pendularny, b) funikularny, c) kapilarny, d) kroplowy Rys. 2. Various structures of the granule depending on the quantity of binding liquid: a) pendular, b) funicular, c) capillary, d) drop W stanie pendularnym niewielka ilość cieczy wiąŜącej tworzy między ziarnami fazy stałej mostki o kształcie soczewkowym. Siły napięcia międzyfazowego na graniczy ciecz wiąŜąca-powietrze są źródłem ujemnego ciśnienia nadającego aglomeratowi pewną odporność na rozrywanie. W stanie kapilarnym przestrzenie między ziarnami są całkowicie wypełnione cieczą wiąŜącą. Tworzy ona układ ciągły wewnątrz aglomeratu. W tym stanie siły napięcia międzyfazowego występują tylko na powierzchni aglomeratu a ciśnienie kapilarne decyduje o wytrzymałości granulki. Stan funikularny jest stanem pośrednim, w którym mostki cieczowe sąsiadują z wolnymi przestrzeniami międzyziarnowymi wypełnionymi powietrzem. O wytrzymałości aglomeratu w takim stanie decydują zarówno mostki cieczowe jak i ciśnienie kapilarne. Oprócz trzech omówionych wyŜej stanów jest jeszcze tzw. stan kroplowy (rysunek 2d) występujący wtedy gdy istnieje nadmiar cieczy wiąŜącej. Taki układ utrzymywany jest zatem wyłącznie w wyniku działania napięcia powierzchniowego kropli cieczy. Podstawy teorii dotyczącej sił kapilarnych występujących w przypadku ziaren kulistych podał Fisher [7]. Wykazał on, Ŝe podciśnienie w fazie ciekłej, wynikające z ujemnej krzywizny menisku decyduje o wytrzymałości aglomeratu. VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 5 Andrzej Heim Rys. 3. Podstawowe mechanizmy tworzenia i zmiany wymiarów granulek w czasie granulacji: a) powstanie zarodków, b) rozpad na mniejsze granulki, c) rozpad na ziarna pierwotne, d) ścieranie, e) przenoszenie ziaren z jednej granulki na drugą, f) nawarstwianie, g) koalescencja Fig. 3. Basic mechanisms of creating and changing of dimensions of granules during granulation: a) creation of buds, b) break-up into smaller granules, c) break-up into primary grains, d) abrasion, e) moving grains from one granule to another, f) startification, g) coalescence Proces aglomeracji rozpoczyna się zawsze od utworzenia zarodków, które powstają w wyniku łączenia się pojedynczych ziaren pierwotnych. Następnie przy wzajemnym przemieszczaniu się granulowanego materiału występują róŜne mechanizmy wzrostu i redukcji aglomeratów (rysunek 3). Agregaty o stosunkowo małej wytrzymałości w wyniku zderzeń z innymi aglomeratami mogą ulec dezintegracji w rezultacie czego granulka moŜe zostać rozbita na dwie lub kilka mniejszych (rysunek 3b) lub na ziarna pierwotne (rysunek 3c). Z granulki moŜe równieŜ następować w wyniku ścierania odrywanie pojedynczych ziaren (rysunek 3d) w rezultacie czego wymiar granulki ulega zmniejszeniu. Przy zderzeniach aglomeratów moŜe równieŜ następować przenoszenie masy (pojedynczych ziaren lub ich grup) z jednej granulki na drugą. W przypadku toczenia się granulki po powierzchni utworzonej z pojedynczych ziaren następuje przyłączenie ich do aglomeratu. Często obrazowo jest to porównane z toczeniem się i wzrostem wymiaru śnieŜnej kuli. Taki mechanizm wzrostu jest nazywany nawarstwianiem. 6 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji Bardzo waŜnym mechanizmem wywołującym wzrost wymiarów aglomeratów jest zjawisko koalescencji. Będące w stanie pendularnym bądź funikularnym granulki charakteryzują się duŜą plastycznością i w wyniku zderzenia łatwo dochodzi do ich łączenia. Dalsze oddziaływanie siłami zewnętrznymi, zwłaszcza przy toczeniu się takich nowopowstałych granul, prowadzi do formowania ich w kształt zbliŜony do kulistego. Ponadto siły te powodują zbliŜanie do siebie ziaren, bądź ich skupisk i wypieranie powietrza z przestrzeni międzyziarnowych. Zjawiska te są wspomagane poprzez oddziaływanie napięcia powierzchniowego cieczy wiąŜącej. W konsekwencji granulka dąŜy do osiągnięcia stanu kapilarnego charakteryzującego się znacznie większą wytrzymałością niŜ stany pendularny i funikularny. Stany pendularny i funikularny ze względu na mniejszą wytrzymałość są stanami mniej trwałymi i z tego powodu przejściowymi. 3. Bezciśnieniowa granulacja przesypowa Proces granulacji przesypowej moŜe być realizowany w trzech typach aparatów: bębnowych, talerzowych i wibracyjnych. Pokazany schematycznie na rysunku 4 granulator bębnowy posiada obrotowy cylindryczny zbiornik, nachylony do poziomu pod niewielkim kątem rzędu 2÷5°. Jest on zwykle podparty na czterech rolkach. Napęd bębna moŜe być realizowany poprzez rolki lub poprzez pierścień zębaty umieszczony na pobocznicy bębna. Surowiec jest doprowadzany w górnym końcu bębna i jeśli jest on w postaci proszku lub pyłu, tam teŜ jest zraszany cieczą wiąŜącą. Prędkość obrotowa bębna powinna być tak dobrana, aby materiał wsadu był moŜliwie wysoko wynoszony siłami tarcia w górę i przesypywał się w dół w wyniku działania sił cięŜkości, bez utraty ciągłości rozłoŜenia ziaren w warstwie. Jest to tzw. ruch lawinowy. Przemieszczanie się poszczególnych warstw ładunku podczas takiego ruchu pokazano na rysunku 5. Znajdujący się w górnej warstwie materiał niezgranulowany zsypuje się, a granulki staczają się i te właśnie zjawiska są odpowiedzialne za wzrost aglomeratów. Trzeba podkreślić, Ŝe zbyt wysoka prędkość obrotowa bębna powoduje przejście do tzw. ruchu kaskadowego, w którym wyŜej unoszony materiał spada w postaci rozluźnionej, uderzając w powierzchnię utworzoną z materiału ciągłego w dolnej części bębna. Nie sprzyja to mechanizmom aglomeracji, a ponadto powoduje rozbijanie powstałych wcześniej ale jeszcze nie umocnionych wytrzymałościowo granulek. Zwykle prędkość kątową bębna przyjmuje się w granicach: ω = (0,22 ÷ 0,4) VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 2g D 7 Andrzej Heim gdzie: g – przyspieszenie ziemskie [ms-2], D – średnica wewnętrzna bębna [m]. Rys. 4. Granulator bębnowy: 1 – bęben granulatora z sitem cylindrycznym, 2 – rolki, 3 – zasyp materiału, 4 – dopływ cieczy wiąŜącej, 5 – odprowadzenie granulek, 6 – powrót materiału niezgranulowanego w dostatecznym stopniu Fig. 4. Drum granulator: 1 – granulator drum with cylindrical sieve, 2 – rolls, 3 – material input, 4 – inflow of the binding liquid, 5 – output of granules, 6 – return of the material not granulated in the sufficient degree Rys. 5. Ruch warstw ładunku podczas obrotu bębna Fig. 5. Movement of load layers during drum rotation Wartość tej prędkości zaleŜy od współczynnika tarcia wewnętrznego materiału i tarcia między warstwą a wewnętrzną powierzchnią bębna. Ten drugi parametr jest praktycznie trudny do oszacowania, gdyŜ dla polepszenia warunków unoszenia warstwy w górę stosuje się często róŜne przegrody (np. w formie listew równoległych do osi, zamocowanych do wewnętrznej powierzchni bębna), a ponadto w czasie procesu wewnętrzna powierzchnia bębna moŜe być oblepiana przez wilgotny materiał. 8 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji Przemysłowe granulatory bębnowe pracują w sposób ciągły dzięki przemieszczaniu się materiału granulowanego wzdłuŜ osi, co wywołane jest pochyleniem bębna. W dolnym jego końcu moŜe być zamocowany, tak jak to pokazano na rysunku 4, klasyfikator sitowy do oddzielenia od produktu materiału niedostatecznie zgranulowanego, który jest zawracany ponownie do bębna. Granulatory przemysłowe mają zwykle średnice w granicach 1,5÷3,5 m, a stosunek długości do średnicy L/D = 2÷3. Granulacja bębnowa moŜe być z powodzeniem stosowana do aglomeracji róŜnego rodzaju odpadów przemysłu wydobywczego, metalurgicznego i maszynowego. Badania granulacji bębnowej pyłów powstałych w zakładach odlewniczych, a zawierających w swoim składzie jako główne składniki tlenki Ŝelaza i krzemionkę, wykonano w Politechnice Łódzkiej [1,9]. W badaniach jako ciecz wiąŜącą zastosowano roztwory wodne szkła wodnego. Określono wpływ stęŜenia tej substancji na przebieg procesu, średni wymiar aglomeratów w produkcie oraz wytrzymałość granulatu. Podobne badania [10,16] wykonano dla szlamu szlifierskiego zawierającego 75% opiłków stalowych i 17% ścierniwa z tarcz szlifierskich. W fazie ciekłej zawartość olejów wynosiła około 7%. Proces aglomeracji w bębnie poprzedzono przygotowaniem wsadu w specjalnym mieszalniku, do którego wprowadzono poza osadem szlamowym ciecz wiąŜącą oraz specjalne dodatki w postaci wapnia i cementu. Stwierdzono wpływ średnicy bębna na przebieg procesu granulacji i właściwości granulatu oraz, Ŝe wytrzymałość aglomeratów moŜna regulować stosując w odpowiedniej ilości dodatki wiąŜące. Na rysunku 6 pokazano schemat granulatora talerzowego. Podstawowy element urządzenia – obrotowy talerz posiada odpowiedniej wysokości obrzeŜe, które łącznie z kątem pochylenia osi talerza decyduje o objętości materiału przesypywanego. Ruch poszczególnych elementów złoŜa wynika z wypadkowej sił cięŜkości oraz odśrodkowej i zaleŜy dodatkowo od sił tarcia wewnętrznego w materiale wsadu. Tworzone granulki razem z materiałem niezgranulowanym przemieszczają się po złoŜonych torach z tendencją, Ŝe aglomeraty o największych wymiarach zajmują obszar w warstwie górnej i w pobliŜu obrzeŜa talerza, skąd jako produkt są odbierane. To w sposób naturalny ułatwia pracę ciągłą aparatu. Miejsce doprowadzenia proszku i cieczy wiąŜącej zaleŜy od wymagań stawianych produktowi. JeŜeli chcemy otrzymać większe aglomeraty złoŜe zrasza się w górnej części a proszek doprowadza się do dolnej części talerza (rysunek 7). JeŜeli chcemy otrzymać produkt bardziej drobnoziarnisty naleŜy proszek dostarczać wyŜej a obszar zraszania obniŜyć. Podobny efekt uzyskuje się przez rozdzielenie strumienia cieczy (rysunek 7b i c). VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 9 Andrzej Heim Rys. 6. Schemat granulatora tarczowego: 1 – talerz glanulatora, 2 – wał napędzający, 3 – kosz zasypowy surowca, 4 – dozownik surowca, 5 – doprowadzenie cieczy wiąŜącej, 6 – odbiór granulatu Fig. 6. Diagram of plate granulator: 1 – glanulator’s plate, 2 – connecting shaft, 3 – charging hopper of input material, 4 – feeder of the input material, 5 – inflow of the binding liquid, 6 – output of granulated material Rys. 7. MoŜliwości podawania cieczy i proszku w procesie otaczania w granulatorze talerzowym: a) podawanie proszku do dolnej części złoŜa, b) doprowadzanie proszku między dwa strumienie cieczy, c) podawanie na górna część złoŜa, 1 – strumień cieczy, 2 – strumień proszku Fig. 7. Possibilities of liquid and powder input in the enclosing process in plate granulator: a) feeding powder to the lower part of the bed, b) feeding powder between two streams of the liquid, c) feeding on top part of the bed, 1 – stream of the liquid, 2 – stream of powder Granulatory talerzowe z powodu ich naturalnego przystosowania do pracy ciągłej (klasyfikacja wielkościowa granulek) są chętniej stosowane w praktyce przemysłowej. Są one m.in. wykorzystywane do granulacji róŜnego rodzaju odpadów, które moŜna potem wykorzystać jako surowce wtórne lub nawozy. Wiele prac badawczych dotyczy granulowania odpadów paleniskowych i popiołów. Technologię granulacji talerzowej oraz alternatywnie bębnowej odpadów paleniskowych z EC – Łęg w Krakowie opracowano w AGH, 10 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji głównie pod kątem otrzymania granul o wysokiej wytrzymałości [13]. W proponowanych warunkach granulacji otrzymuje się aglomeraty o wysokiej wytrzymałości i duŜym rozrzucie wielkości granulek od 1,5 do 20 mm. W Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla wykonano badania, na podstawie których przedstawiono sposób wykorzystania osadów ściekowych oraz popiołów lotnych z węgla kamiennego do wytwarzania metodą granulacji talerzowej materiałów o właściwościach nawozowo-rekultywacyjnych [23]. Jako 20% dodatek spełniający dodatkowo rolę spoiwa zastosowano wapno hydratyzowane, natomiast stosunek osadów ściekowych do popiołu lotnego był jak 1:2. Uzyskano pozytywna ocenę otrzymanego produktu z uwzględnieniem odpowiednich norm i przepisów, a ponadto pod kątem: moŜliwości wysiewania nawozu za pomocą standardowego sprzętu rolniczego, właściwości higroskopijnych i tendencji do zbrylania się, odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej granul. Zgranulowane popioły lotne ze spalania węgla kamiennego mogą być równieŜ z powodzeniem stosowane jako materiały podsadzkowe, zwykle łączone z osadami ściekowymi [17], osadami poflotacyjnymi otrzymanymi np. przy produkcji miedzi, czy teŜ podczas odpirytowania miałów węglowych [14]. Zastosowanie granulacji pozwala tym odpadom nadać właściwości, które umoŜliwiają ich wykorzystanie równieŜ jako kruszyw do betonów lekkich czy kruszyw dla drogownictwa. Gospodarcze wykorzystanie tych odpadów poza zmniejszeniem powierzchni terenów do ich składowania przynosi dodatkowo takie efekty jak obniŜenie lub wyeliminowanie uciąŜliwego oddziaływania odpadów na środowisko oraz obniŜenie wydobycia surowców naturalnych, szczególnie piasku podsadzkowego, co równieŜ związane jest z degradacją środowiska naturalnego. Technologię wytwarzania nawozów organiczno-wapniowych z wykorzystaniem osadów ściekowych metodą granulacji talerzowej opracowano równieŜ w Instytucie Nawozów Sztucznych w Puławach [18]. Uwzględniono w niej następujące aspekty: a) rolnicze: - kwaśny odczyn większości krajowych gleb, - pogarszającą się strukturę gleb wynikającą z niedostatecznego wprowadzenia składników organicznych (próchnicznych) i niedostatecznego ich wapnowania, b) ekologiczne: - moŜliwości zagospodarowania równieŜ innych odpadów (jako wypełniaczy), - moŜliwości immobilizacji metali cięŜkich zawartych w osadach jak i w glebie, c) sanitarne: - zniszczenie chorobotwórczych organizmów i nieprzyjemnej woni odpadów, VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 11 Andrzej Heim d) ekonomiczne: - z racji uzyskania przydatnego w rolnictwie produktu, osiąganie pewnych korzyści finansowych związanych ze składowaniem odpadów na wysypiskach. Opracowana technologia została wdroŜona na terenie kilku oczyszczalni w całym kraju. Znacznie mniej popularne w porównaniu z aparatami bębnowymi i talerzowymi są granulatory wibracyjne. Schemat klasycznego urządzenia tego typu pokazano na rysunku 8. W wyniku ruchu drgającego materiał granulowany przemieszczany wzdłuŜ rynny przesypuje się jednocześnie na pofalowanej jej powierzchni co stwarza warunki do wystąpienia zjawisk prowadzących do procesu aglomeracji. Rys. 8. Schemat granulatora wibracyjnego: 1 – rynna z dnem falistym, 2 – zawieszenie spręŜyste rynny, 3 – doprowadzenie surowca do granulacji, 4 – odprowadzenie produktu granulacji, 5 – doprowadzenie cieczy wiąŜącej Fig. 8. Diagram of vibratory granulator: 1 – gutter with wavy bottom, 2 – elastic suspension of the gutter, 3 – input of material for granulation the raw, 4 – output of granulation product, 5 – inflow of the binding liquid Oryginalną konstrukcję wibracyjnego granulatora rynnowego opracowano w AGH w Krakowie [20]. Jego schemat pokazano na rysunku 9. Głównym elementem granulatora jest pochylona pod kątem 0,5 – 3o rynna 1 zakończona po stronie wysypu regulowaną przegrodą. Rynna jest połączona z korpusem 2, który za pośrednictwem spręŜyn 3 opiera się na ramie 4. Wzbudzenie rynny w drgania kołowe odbywa się przez silnik 5, przekładnię 6, elastyczne sprzęgło 7 oraz wibrator bezwładnościowy 8. 12 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji Rys. 9. Schemat rynnowego granulatora wibracyjnego (opis w tekście) Fig. 9. Diagram of vibratory gutter granulator Podawany w górnym końcu (od strony napędu) materiał wskutek drgań i pochylenia rynny przemieszcza się w kierunku wysypu. Parametry dynamiczne maszyny muszą być tak dobrane, aby podawany materiał był podrzucany. Stanowi to istotną róŜnicę w porównaniu z klasycznymi granulatorami przesypowymi (bębnowym, talerzowym), gdzie mamy do czynienia z tzw. otaczaniem. W nowym typie granulatora wykorzystuje się dynamiczne oddziaływanie podrzutów, co korzystnie wpływa na szybkość tworzenia granulek. Siła nacisku granulki na materiał w przypadku granulatora przesypowego jest rzędu siły cięŜkości granulki, natomiast w przypadku maszyny wibracyjnej jest wielokrotnie większa, gdyŜ wynika z uderzeń w wyniku podrzucenia aglomeratu. Autorzy prac stwierdzają [6], Ŝe wyniki badań wykazują, Ŝe siła ta jest około trzydziestokrotnie większa od sił nacisku statycznego. Badania wykonane w AGH wykazały, Ŝe urządzenie takie moŜe być z powodzeniem zastosowane do aglomeracji róŜnych pyłów z kotłów elektrownianych. Wykonano wiele prób granulacji dla kilku pyłów róŜniących się składem chemicznym, jak równieŜ uziarnieniem: z kotła fluidalnego KWK Dębińsko, z Elektrociepłowni Czechowice – Dziedzice, z Elektrociepłowni w Hucie Miedzi Głogów, koncentratu rudy miedzi z Huty Głogów. Określono wpływ nawilŜania wodą pyłów na kinetykę procesu oraz skład granulometryczny produktu jak równieŜ wytrzymałość aglomeratów [2,3]. W pracy [6] dokonano teoretycznej analizy dynamiki złoŜa w takim granulatorze rynnowym, którą następnie potwierdzono eksperymentalnie w specjalnej aparaturze badawczej, jak równieŜ wykazano wpływ na tę dynamikę parametrów pracy urządzenia tj. częstości i amplitudy drgań. VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 13 Andrzej Heim 4. Granulacja ciśnieniowa Granulacja ciśnieniowa polega na zagęszczaniu poprzez ściśnięcie określonej porcji materiału ziarnistego w wyniku czego następuje wyparcie powietrza z przestrzeni międzyziarnowej, zbliŜenie do siebie poszczególnych ziaren i wytworzenie w rezultacie sił łączących te ziarna. W celu zwiększenia sił spójności między ziarnami i w konsekwencji wytrzymałości aglomeratu, często dodaje się płynnego środka wiąŜącego. Otrzymany w wyniku granulacji ciśnieniowej produkt charakteryzuje się ściśle określonym kształtem i wymiarami wynikającymi z geometrii komory roboczej urządzenia . Jeśli wymiary aglomeratów są znaczne (zwykle wynoszą kilka lub kilkanaście centymetrów) to nazywamy je brykietami. Sam proces określa się wtedy jako brykietowanie, a maszyny noszą nazwy brykieciarek lub pras do brykietowania. Natomiast gdy wymiary produktu są małe (zwykle poniŜej 1 cm) taki proces nazywamy tabletkowaniem, a maszyny tabletkarkami. Mają one zastosowanie głównie w przemyśle farmaceutycznym. Dlatego w dalszej części opracowanie ograniczone zostanie do brykietowania i brykieciarek. Wytrzymałość brykietów jest w pierwszym rzędzie zaleŜna od właściwości surowca, w tym równieŜ kształtu ziaren i składu granulometrycznego, ale wpływ na nią posiada ponadto ciśnienie prasowania (deformacje ziaren) oraz zawartość i rodzaj cieczy wiąŜącej. Ogólnie przy stosowaniu większych ciśnień otrzymujemy wypraski bardziej wytrzymałe, chociaŜ trzeba podkreślić, Ŝe w zakresie niŜszych ciśnień jego wzrost powoduje większe przyrosty wytrzymałości niŜ przy ciśnieniu wyŜszym. Jeśli chodzi o zawartość cieczy wiąŜącej, to występuje tutaj dla kaŜdego układu jakaś wartość optymalna, przy której wytrzymałość otrzymanego produktu jest najwyŜsza. Analizując zjawiskowo oddziaływanie cieczy w ściskanej warstwie ziarnistej naleŜy podkreślić korzystny jej wpływ na obniŜenie tarcia między przemieszczającymi się względem siebie ziarnami oraz między warstwą ziarnistą a roboczymi powierzchniami ograniczającymi komorę formującą, przez co łatwiej jest uzyskać wysokie zagęszczenie ziaren w złoŜu juŜ przy niŜszych ciśnieniach prasowania. Prasowanie materiału proszkowego moŜe odbywać się w obszarze zamkniętym czego przykładem jest prasa walcowa (rysunek 10) lub teŜ w obszarze częściowo otwartym (przykładowo maszyny pokazane na rysunkach 11,12,13). W tym drugim przypadku wartość ciśnienia prasowania w duŜym stopniu jest uzaleŜniona od współczynników tarcia wewnętrznego i zewnętrznego materiału aglomerowanego. Jedną z częściej stosowanych maszyn do brykietowania jest prasa walcowa, której schemat działania pokazano na rysunku 10. Powierzchnie walców posiadają odpowiedniego kształtu wgłębienia, w których materiał ziarnisty jest prasowany w czasie obrotów walców (rysunek 10b). W pierwszym momencie 14 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji po zakończeniu ściskania, gdy objętość przestrzeni utworzonej przez wgłębienia w powierzchniach walców zaczyna rosnąć, następuje częściowe rozpręŜenie się wytworzonej wypraski (brykietu), co wynika z jej spręŜystości. Zostało to zaznaczone na rysunku 10b. Rys. 10. Zasada pracy prasy walcowej: a) kształt walców, b) etapy prasowania, 1 – walce, 2 – wgłębienia, 3 – zasyp surowca Fig. 10. Principle of roll press work: a) shape of rollers, b) stages of pressing, 1 – rollers, 2 – pits, 3 – input of material Na rysunku 11 pokazana jest schematycznie prasa tłokowa, która posiada przestrzenie zagęszczania 2a i 2b w formie cylindryczno-stoŜkowej. W czasie ruchu tłoka 1 w lewo wytworzona wolna przestrzeń w kanale 2a wypełnia się surowcem, który grawitacyjnie zsypuje się z zasobnika lejem 4. Gdy tłok przesuwa się w prawo następuje ściskanie materiału znajdującego się po prawej stronie tłoka, co powoduje jego zagęszczanie. Powietrze z przestrzeni międzyziarnowych jest odprowadzane przewodem 5. KaŜdy cykl ruchu tłoka powoduje utworzenie cylindrycznego brykietu, który następnie przetłaczany w prawo, w stoŜkowej części kanału 2b, jest dodatkowo ściskany (prasowany). W kolejnej, teŜ stoŜkowej, ale rozszerzającej się części kanału 2c, następuje częściowe rozpręŜenie wytłoczki (wynikające z deformacji spręŜystej z jaką częściowo mamy do czynienia w czasie wcześniejszego ściskania), by na końcu gotowy produkt w postaci brykietu o kształcie walca opuścił prasę prze otwór 3. VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 15 Andrzej Heim Rys. 11. Schemat prasy tłokowej (opis w tekście) Fig. 11. Diagram of ram baler Pokazana schematycznie na rysunku 12 prasa ślimakowa zagęszcza materiał ziarnisty w wyniku zmniejszenia przekroju przepływu w komorze 2 w stosunku do przekroju komory 1 oraz zamknięcia komory 2 dnem z otworami (matrycą). Przez te otwory w matrycy wytłaczany jest sprasowany materiał, cięty następnie noŜem na walcowe brykiety. Rys. 12. Schemat prasy ślimakowej: 1 – cylindryczna komora zagęszczania wstępnego, 2 – cylindryczna komora prasowania końcowego, 3,4 – ślimaki transportująco -prasujące, 5 – zasyp surowca, 6 – mieszadło ułatwiające dozowanie surowca, 7 – kanał do odprowadzenia powietrza wytłoczonego z przestrzeni międzyziarnowych, 8 – dno z otworami (matryca), 9 – nóŜ do cięcia wyprasek Fig. 12. Diagram of worm press: 1 – cylindrical chamber of preliminary thickening, 2 – cylindrical chamber of terminal pressing, 3,4 – transporting and pressing worm, 5 – input of the material, 6 – agitator facilitating dosing of material, 7 – channel for transferring air embossed from intergranular spaces, 8 – bottom with holes (matrix), 9 – knife for cutting mouldings 16 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji Budowę maszyny brykietującej z płaską matrycą pokazuje schemat na rysunku 13. Składa się ona z nieruchomej matrycy 3 oraz dwóch obrotowych rolek prasujących 2. Rolki są napędzane z silnika 8 poprzez przekładnię pasową 6 i wał 9 łoŜyskowany w obudowie 4. W górnej części znajduje się dozownik 1, który moŜe być unoszony bądź opuszczany przez co zmienia się szczelina S między krawędzią otworu zasobnika a powierzchnią stoŜka zamontowanego na wale 9. W ten sposób reguluje się natęŜenie zasilania maszyny surowcem. Materiał do granulacji grawitacyjnie zsypuje się na matrycę o odpowiedniej grubości i sztywności, w której wykonanych jest szereg otworów formujących. Właśnie w tych otworach stoŜkowo-cylindrycznych odbywa się zagęszczanie materiału w wyniku nacisku rolek. Sprasowany materiał wyciskany przez otwór w dół jest obcinany przez obrotowy nóŜ 10, a powstające brykiety w formie walców są odprowadzane na zewnątrz przez otwór 5. Omówione elementy maszyny spoczywają na podstawie 7. Rys. 13. Brykieciarka z płaską matrycą (opis w tekście) Fig. 13. Briquetting machine with flat matrix VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 17 Andrzej Heim Granulacja ciśnieniowa jest szeroko stosowana do brykietowania miału węglowego oraz w przemyśle metalurgicznym. MoŜliwość zastosowania tej metody aglomeracji do pyłów z elektrofiltrów, szlamów konwertorowych i mułów wielkopiecowych badał Jovanovic ze wsp. [15]. Jako materiał wiąŜący stosowano bentonit, wapno, cement, melasę oraz szkło wodne. Badano wytrzymałość mechaniczną otrzymanych brykietów. W AGH w Krakowie od wielu lat są prowadzone prace badawczowdroŜeniowe nad brykietowaniem na maszynach walcowych róŜnego rodzaju odpadów, głównie z przemysłu metalurgicznego. W tabeli 1 zebrano opracowane technologie utylizacji tych odpadów [5] poprzez ich prasowanie. Jednym z waŜniejszych osiągnięć są pozytywne wyniki brykietowania odpadowego tlenku cynku z moŜliwością uŜycia go jako komponentu uzupełniającego wsad do pieców szybowych [13]. Badania aglomeracji ciśnieniowej w maszynach walcowych z płaską matrycą odpadów w przemyśle przetwórczym drewna oraz materiałów odpadowych pochodzenia roślinnego (np. słomy, suszu traw) są prowadzone od kilkunastu lat w Politechnice Białostockiej. Wytwarzane brykiety przeznaczone są do spalania jako czynnik energetyczny. Prace tego zespołu dotyczą badań podstawowych, tj. zmiany własności fizyko-mechanicznych materiału zagęszczonego (gęstości, współczynników tarcia) i ich wpływu na rozkład ciśnień w prasowanym materiale [4,11] jak równieŜ zagadnień konstrukcyjnych brykieciarek [12]. 5. Podsumowanie Szybki postęp cywilizacji we współczesnym świecie charakteryzuje się m.in. duŜą ilością i róŜnorodnością dóbr konsumpcyjnych ale powoduje niestety wzrost ilości odpadów powstających tak w zakładach produkcyjnych jak i w miejscu zamieszkania człowieka. Mimo podejmowania szeregu działań mających na celu wprowadzenie do przemysłu technologii mało i bezodpadowych nie obserwuje się spadku ilości odpadów. W wielu przypadkach jak np. w energetyce opartej na spalaniu węgla jest to niemoŜliwe. Odpady te w większości występują w formie wysokorozdrobnionej. Przy ich utylizacji lub zagospodarowaniu z reguły zachodzi konieczność aglomeracji. Jak wykazano w wielu opracowaniach naukowo-badawczych w tym celu moŜliwe są do zastosowania róŜne sposoby bezciśnieniowej i ciśnieniowej aglomeracji. 18 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji Tabela 1. MoŜliwości brykietowania wybranych materiałów odpadowych dla ich utylizacji wg [5] Table 1. Possibilities of selected waste materials briquetting for their utilization according to [5] L. Nazwa odpadu p. 1. 2. 3. Drobny węgiel brunatny Miał węgla kamiennego Podziarno wapna palonego Symbol stosowanej lub Sposoby wykorzystania brykietów proponowanej prasy PW500 bez lepiszcza Substytut węgla kamiennego PW1000 Sposób brykietowania z lepiszczem PW500 bez lepiszcza PW500 Substytut węgla kawałkowego Substytut kawałkowego wapna palonego Dodatek uszlachetniający cement, surowiec do produkcji gipsu budowlanego Komponent wsadu pieca szybowego do cynku i ołowiu Komponent wsadu pieca szybowego do cynku i ołowiu Komponent wsadu pieca szybowego do kamienia miedziowego 4. Gips z procesu odsiarczania spalin bez lepiszcza PW500 PW1000 5. Pyły cynkowoołowiowe z lepiszczem PW500 3. Tlenek cynku z lepiszczem PW500 z lepiszczem PW360 bez lepiszcza PW360 Wsad złomowy do pieca tyglowego z lepiszczem PW360 Komponent wsadu wielkopiecowego oraz mat. do produkcji farb i lakierów z lepiszczem PW500 PW 1000 Komponent wsadu wielkopiecowego z lepiszczem PW500 Komponent wsadu wielkopiecowego 12. Mułki zgorzelinowe z lepiszczem PW500 13. Pył wielkopiecowy z lepiszczem PW500 14. Szlam konwertorowy z lepiszczem PW500 15. Zendra walcownicza z lepiszczem PW500 16. Drobny Ŝelazomangan z lepiszczem PW500 17. Pyły grafitowe z lepiszczem PW500 18. Fluorek wapnia bez lepiszcza PW500 19. Drobny fosforyt 20. Podziarno karbidu z lepiszczem bez lepiszcza PW 500 PW500 21. Drobny Ŝelazokrzem z lepiszczem PW500 Pyły i zgary miedzionośne Wióry brązów 8. łoŜyskowych Poregeneracyjny 9. tlenek Ŝelaza Pyły i szlamy 10. Ŝelazonośne Szlamy z mokrej 11. oczyszczalni gazów wielkopiecowych 7. VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Komponent wsadu wielkopiecowego oraz konwertorowego Komponent wsadu wielkopiecowego Komponent wsadu wielkopiecowego oraz konwertorowego Komponent wsadu wielkopiecowego Dodatek wykańczający i odtleniający stal Komponent wsadu wielkopiecowego oraz konwertorowego Dodatek upłynniający ŜuŜel, zmniejszający zawartość siarki i fosforu podczas wytopu stali Komponent wsadu wielkopiecowego Substytut karbidu kawałkowego Dodatek wykańczający i odtleniający stal 19 Andrzej Heim Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 20 Asłanowicz M., Gluba T., Kochański B., Strobin W.: Aglomeracja pyłów odpadowych powstających w odlewni. Przegląd odlewnictwa, 2, 1986. s.79. Banaszewski T., Kobiałka R.: Wpływ wilgoci na wielkość grudek i czas ich wytwarzania w grudkowniku wibracyjnym. Materiały X Jubileuszowej Konferencji Naukowej nt. Problemy w konstrukcji i eksploatacji maszyn hutniczych i ceramicznych. Tom I, Kraków 2000. s.123. Banaszewski T., Filipowicz A., Feliks J.: Rynnowy granulator wibracyjny. Materiały VI Ogólnopolskiego Seminarium Granulacja, Puławy 2001. Demianiuk L., Seweryn A.: Siły tarcia zewnętrznego w matrycy otwartej podczas zagęszczania trocin. Mat. X Konferencji Problemy w konstrukcji i eksploatacji maszyn hutniczych i ceramicznych. Tom I, Kraków 2000. s.157. Drzymała Z.: Odpady przemysłowe hamulcem rozwoju gospodarczego kraju. Mat. X Jubileuszowej Konferencji Naukowej nt. Problemy w konstrukcji i eksploatacji maszyn hutniczych i ceramicznych. Tom I, Kraków 2000. s.31. Feliks J.: Badanie wpływu parametrów technicznych na efekty pracy rynnowego grudkownika wibracyjnego. Praca doktorska. AGH, Kraków, 2004. Fisher R.A.: On the Capillary Forces in an Ideal Soil. Journal of Agricultural Science, 16, 1926. pp.492÷505 Goldstick T.K.: The Strenght of Granules and Agglomerates, Discusion, Agglomeration (W.A. Knepper ed.). Interscience, New York 1962. p.415. Heim A., Gluba T., Kochański B.: Granulacja aglomeracyjna drobnoziarnistych odpadów przemysłu metalurgicznego. Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 29, 1995. s.135. Heim A., Kochański B.: Granulacja szlamu odpadowego. Mat. III Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej nt. Kompleksowe i szczegółowe problemy inŜynierii środowiska, Koszalin 1997. ss.327. Hejft R.: Wpływ wydajności na energochłonność procesu brykietowania oraz gęstość i wytrzymałość brykietów. Mat. VI Konferencji Budowa i eksploatacja maszyn w przemyśle spoŜywczym. Tom I, Gdańsk 1993. ss.218. Hejft R.: Konstrukcje brykieciarek do materiałów pochodzenia roślinnego. Mat. X Konfer Problemy w konstrukcji i eksploatacji maszyn hutniczych i ceramicznych. Tom I, Kraków 2000. ss.187. Janewicz A., Hryniewicz M.: Wybrane wyniki badań procesu granulacji odpadów produkcyjnych. Materiały VI Ogólnopolskiego Seminarium granulacja, Puławy 2001. Jarema-Suchorowska S.: Wyniki prac Energopomiaru w zakresie granulacji talerzowej odpadów energetycznych. Materiały VI Ogólnopolskiego Seminarium granulacja, Puławy 2001. Jovanovic V. i in.: Possibility of pelletization waste metallurgical powder using different binding agents with particular review on mechanical properties of obtaining products. 7th International Symposium on Agglomeration, Vol. 2, Albi 2001. p.825. VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji 16. Kochański B., Heim A., Strobin W., Gluba T.: Warunki granulowania szlamów szlifierskich. III Ogólnopolskie Sympozjum Granulacja. Mat. Konfer., Puławy 1988. ss. 21. 17. Kubica K. i inni: Wytarzanie materiałów do podsadzki hydraulicznej metodą granulowania odpadów. Materiały VI Ogólnopolskiego Seminarium Granulacja, Puławy 2001. 18. Nastaj S., Rusek P.: Przetwarzanie osadów ściekowych na nawozy wapniowoorganiczne granulowane. Materiały VI Ogólnopolskiego Seminarium Granulacja, Puławy 2001. 19. Newitt D.M, Conway-Jones J.M.: A Contribution to the Theory and Practicle of Granulati. Transactions, Instytution of Chemical Eng., 36, 1958. pp.422÷442. 20. Patent PL nr 17389B1, Grudkownik wibracyjny. 21. Pietsch W., Pressure Agglomeration-State of Art. Proc. 2nd Int. Symp. on Agglomeration 77 (K.V.S. Sastry ed.) AIME, New York, 1977. pp.649÷677 22. Pietsch W. An interdisciplinary approach to size enlargment by agglomeration. 7th International Symposium on Agglomeration, Albi 2001, Preprints. p.25. 23. Robak J., Kubica K., Kubica S.: Granulowane mieszaniny osadowo-popiołowe do zastosowań przyrodniczych. Materiały VI Ogólnopolskiego Seminarium granulacja, Puławy 2001. 24. Rumpf H.: The Strenght of Granules and Agglomerates (W.A.K. Knepper ed.), Agglomeration, Interscience, New York 1962. pp.379÷414. 25. Rumpf H.: Particle Adhesion, Some Fundamential Aspects of the Selective Agglomeration of Fine Coal. Agglomeration 77 (K.V.S. Sastry ed), AIME, New York 1977. pp.97÷129. 26. Schubert H.: Tensile Strenght and Capillary Pressure of Moist Agglomerates. Proc. 2 nd Int. Symp. on Agglomeration (K.V.S. Sastry ed.) Agglomeration 77, AIME, New York 1977. pp.144÷155. 27. Szymocha K.: Industrial applications of the agglomeration process. 7th International Symposium on Agglomeration, Albi 2001, Preprints, p.471. Streszczenie Szybki postęp cywilizacji we współczesnym świecie charakteryzuje się m.in. duŜą ilością i róŜnorodnością dóbr konsumpcyjnych ale powoduje niestety wzrost ilości odpadów powstających tak w zakładach produkcyjnych jak i w miejscu zamieszkania człowieka. Mimo podejmowania szeregu działań mających na celu wprowadzenie do przemysłu technologii mało i bezodpadowych nie obserwuje się spadku ilości odpadów. W wielu przypadkach jak np. w energetyce opartej na spalaniu węgla jest to niemoŜliwe. Odpady te w większości występują w formie wysokorozdrobnionej. Przy ich utylizacji lub zagospodarowaniu z reguły zachodzi konieczność aglomeracji. Jak wykazano w wielu opracowaniach naukowo-badawczych w tym celu moŜliwe są do zastosowania róŜne sposoby bezciśnieniowej i ciśnieniowej aglomeracji. VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 21 Andrzej Heim W Polsce mimo znacznego ograniczenia produkcji na początku lat 90-tych, masa wytwarzanych odpadów przemysłowych jest bardzo duŜa. Przykładowo w roku 1997 wyniosła ona 120 mln ton, z których 44% przypadło na odpady górnicze, 22% poflotacyjne a 18% na ŜuŜle i popioły lotne z elektrowni i elektrociepłowni. Do tego dodać naleŜy osady ściekowe z oczyszczalni, których ilość systematycznie rośnie. Technologie utylizacji i zagospodarowania tego typu odpadów zwykle opierają się na ich mieszaniu z dodatkiem innych składników a następnie granulacji. W pracy omówiono podstawy teoretyczne zjawiska aglomeracji cząstek wysokorozdrobnionego ciała stałego, oraz róŜne sposoby technicznej realizacji tego procesu. Szczegółowiej opisano granulację przesypową proszków i pyłów z zastosowaniem aparatów bębnowych, talerzowych i wibracyjnych oraz brykietowanie, podając przykłady zastosowania tych metod aglomeracji w technologiach przetwarzania róŜnego rodzaju odpadów przemysłowych i komunalnych. Process And Apparatus Issues Of Agglomeration Abstract Quick progress of the civilisation in the contemporary world is characterized by the big quantity and the variety of consumer goods among other things but unfortunately it is causing the increase of quantity of waste rising in factory units and in the place of the people residence. Despite taking a number of actions purposing application in the industry technologies little and wasteless, a drop in the quantity of waste is not observed. In many cases, e.g. in the power industry basing on incineration of coal it is impossible. This waste in most cases is occurring in the highly grinded form. Necessity of their agglomeration is occurring as a rule when it is utilized or disposed. As it is shown in many research studies various methods of pressure and pressureless agglomeration are possible for application in this purpose. In Poland despite of the considerable production rundown at the beginning of the 90’s, the quantity of produced industrial waste is very big. For instance in the year 1997 it was 120 millions of tons, from which 44% was mining waste, 22% post flotation waste and 18% slags and fly ashes from the power and heat plants. It is necessary to add sewage sludge from sewage treatment plants, which quantity is growing systematically. Technologies of utilization and disposal of this type of waste usually are based on their mixing with addition of other components and then granulation. The paper discusses theoretical bases of agglomeration phenomenon of highly grinded particles of solids, and various methods of the technical realization of this process. The paper also presents in more details pouring granulation of powder and dust with application of drum, plate and vibratory as well as briquetting apparatus, giving examples of the application of these agglomeration methods in technologies of processing various kinds of industry and municipal waste. 22 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa
