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