Ćwiczenie

Granulacja odpadów drobnoziarnistych. Badanie własności otrzymanych granulatów.

Celem ćwiczenia jest:

• określenie możliwości granulacji odpadów drobnoziarnistych bez udziału lepiszcza jako materiału wiążącego;

• granulacja odpadów drobnoziarnistych z dodatkiem różnej ilości oraz różnego rodzaju lepiszcza;

• zbadanie własności mechanicznych otrzymanych granulatów.

Materiały do badań:

• odpady drobnoziarniste: popioły lotne, popioły denne, osady ściekowe i inne;

• materiały wiążące: cement, wapno, gips, bentonit i inne.

Wymagane urządzenia, sprzęt laboratoryjny:

• granulator talerzowy lub bębnowy;

• waga analityczna;

• zraszacz;

• cylinder, łopatki, pojemniki na granulowany materiał itp.

Wstęp teoretyczny:

Granulacja jest procesem fizykochemicznym i fizykomechanicznym umożliwiającym przekształcenie materiałów drobnoziarnistych w aglomeraty o określonym rozmiarze, kształcie oraz właściwościach fizykochemicznych.

Przebieg procesu jest różnorodny, zależy od rodzaju granulowanych materiałów, ich właściwości (np. skład ziarnowy, powierzchnia właściwa, wilgotność, skład chemiczny) jak i od cech konstrukcyjnych stosowanych urządzeń, polega na [1]:

• rozpryskiwaniu cieczy w wolnej przestrzeni a następnie krystalizacji zachodzącej po odparowaniu lub schłodzeniu cieczy;

• prasowaniu suchych materiałów w wyniku działania sił zewnętrznych w celu otrzymania brykietów a następnie ich rozdrobnieniu na granulki o określonej wielkości;

• otaczaniu powodujące zlepianie się równomiernie zwilżonych cząstek granulowanego materiału lub nanoszeniu warstw suchych cząstek na wilgotne zalążki (centra) granulek. Proces ten zachodzi w wyniku działania kapilarno-adrorpcyjnych sił pomiędzy cząsteczkami oraz zagęszczaniu powstających granulek wywołanemu przez siły dynamiczne w czasie przesypywanie się materiału w urządzeniu granulującym

• rozpryskiwaniu cieczy na powierzchnię cząstek w stanie zawieszonym w celu nanoszenia jej warstwami na ich powierzchnię oraz krystalizacji;

• formowaniu lub wytłaczaniu poprzez wyciskanie uwodnionych materiałów (past) przez urządzenia o określonej wielkości otworów a następnie ich suszenie lub chłodzenie powstałych granulek.

Granulacja znalazła szerokie zastosowanie m.in. w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym , metalurgicznym czy też w gospodarce odpadami drobnoziarnistymi (popioły lotne, osady ściekowe, odpady z przemysłu drzewnego, spożywczego, z rolnictwa itp.).

Jedną ze wspomnianych metod granulacji jest granulacja metodą otaczania, w której można wyróżnić następujące etapy:

• mieszanie granulowanych materiałów ze środkami wiążącymi i ułatwiającymi zestalanie (lepiszczami) np. woda, cement, gips, bentonit itp.;

• tworzenie granulek z drobnoziarnistego materiału i rozdrabnianie większych

• otaczanie i zagęszczanie granulatu w wyniku jego przesypywania się w urządzeniu granulującym co powoduje zderzenia się cząstek z innymi lub ze ściankami granulatora.

• utrwalanie wiązań w wyniku przejścia fazy ciekłej w stałą np. poprzez suszenie

Granulowanie metodą otaczania najczęściej prowadzi się w granulatorach talerzowych i bębnowych.

Granulator talerzowy rys. 1a składa się z jednostronnie otwartego bębna (talerza), obracającego się wokół własnej osi, której kąt nachylenia do pionu jest regulowany. Talerz posiada pobocznicę o różnej wysokości, zapewniającej wymagane napełnienie się granulatora. Do podawania cieczy wiążącej nad talerzem montuje się dysze. Powierzchnię roboczą tego typu granulatora jest dno talerza w odróżnieniu od powierzchni bocznej w granulatorze bębnowym.

Granulator bębnowy rys. 1b jest cylindrem obracającym się z określoną prędkością wokół własnej osi, pochylonym pod kątem, przeważnie 1-6^o w kierunku wylotu. Materiał w postaci proszku doprowadza się do obracającego się bębna i wewnątrz zwilża odpowiednią ilością cieczy. Proces granulacji często przebiega w sposób ciągły z zawrotem do środka podziarna (granulatu o wielkości mniejszej od wielkości oczka sita umieszczonego pod wylotem granulatora) i łączeniu go z materiałem surowym.

Rys. 1. Granulator talerzowy (a), granulator bębnowy (b).

Przebieg ćwiczenia

1. Przygotować w pojemnikach ok. 2 kg materiału do granulacji - samego odpadu drobnoziarnistego lub/i odpadu wymieszanego z materiałem wiążącym w stosunku wagowym odpad/materiał wiążący wynoszącym np. 1/0,05; 1/0,1; 1/0,2; 1/0,3

2. Granulować materiał w granulatorze do uzyskania granulatu o średnicy ok. 1 cm.

3. Określić ilość zużytej wody do granulacji.

4. Otrzymany granulat poddać badaniu wytrzymałości na zrzut i uderzenie.

• wytrzymałość na uderzenie, wskaźnikiem jest liczba zrzutów granulki na stalową płytę nie zakończona jej rozbiciem z wysokości 0,3 m (ćwiczenie przeprowadzić dla 10 wybranych granulek, zrzucając każdą z osobna);

• wytrzymałość na spadek; wskaźnikiem jest ilość granulek wyrażona w %, rozbitych po spadku z poszczególnych wysokości np. 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 1; 1,5 m lub największa wysokość, z której określona liczba granulek może być zrzucona, przy czym co najmniej połowa z nich nie ulegnie rozbiciu (ćwiczenie przeprowadzić dla 10 wybranych granulek, w przypadku określania największej wysokości dla pięciu serii, każda obejmująca 10 granulek)

Wyniki badań przedstawić w tabelach w zależności od rodzaju granulowanego odpadu jak i ilości i rodzaju zastosowanego materiału wiążącego.

Literatura:

1. Kłassien P.W., Griszajew I.G. (tłum. Kochański B., Rzyski E.): Podstawy techniki granulacji. WNT, Warszawa 1989.

2. Korpal W., Weiner W., Antoniak M.: Granulaty popiołowo-cementowe w budowie dróg, badania wstępne. Seminarium Naukowo-Szkoleniowe. Popioły a środowisko - przegląd dotychczasowych prac naukowo-badawczych, wyniki gospodarczego wykorzystania popiołów. Prądocim k/Bydgoszczy, 1996 r.

3. Kuczyńska I.: Operacje pomocnicze w przeróbce kopalin. Ćwiczenia laboratoryjne. AGH, Kraków 1978.

4. Pietsch W.: Size enlargement by agglomeration. John Wiley and Sons Inc. New York 1991.

5. Wisła-Walsh. E., Mięso R., Sikora W. S.: Badanie procesu grudkowania popiołów lotnych i wybrane własności fizykochemiczne otrzymanych granulatów. Sesja Naukowa. Masy popiołowo-mineralne i ich wykorzystanie w górnictwie węglowym. Kraków, 1999 r., s. 99-117.

3

---