4. Pregătirea deşeurilor feroase

O cantitate redusă de deşeuri feroase îndeplineşte normele de calitate

(compoziţie chimică şi stare fizică) impuse de reintroducerea în circuitul de

valorificare la elaborarea oţelurilor. Majoritatea deşeurilor, în special cele vechi,

necesită operaţii de pregătire. Acestea se realizează la producător, la consumator

sau în unităţi autonome, amplasate în locaţii determinate de condiţiile de transport,

depozitare sau utilizare. Pregătirea deşeurilor este hotărâtoare pentru eficienţa

procesului de valorificare şi de aceea acest proces poate fi comparat, din punct de

vedere al importanţei şi rolului, cu procesul de preparare (îmbogăţire) a minereurilor.

Pregătirea deşeurilor reprezintă ansamblul proceselor şi operaţiilor

tehnologice prin care acestea sunt procesate pentru a fi aduse la condiţiile de calitate

cerute de utilizator.

Alegerea operaţiilor de preparare este determinată de provenienţa

(componenţa, calitatea etc.) şi destinaţia deşeurilor (tipul oţelului la elaborarea căruia

sunt folosite, agregatul de elaborare etc.).

Pregătirea deşeurilor cuprinde două etape:

- prelucrarea primară;

- prelucrarea secundară.

Operaţiile de prelucrare primară la care sunt supuse deşeurile metalice

constau în:

● detectarea contaminării radioactive;

● controlul pirotehnic;

● sortarea în funcţie de proprietăţile fizice;

● selectarea în funcţie de proprietăţile chimice;

● pregătirea dimensională.

Operaţiile de prelucrare secundară constau în:

● purificarea prin metode chimice, termice sau altele în scopul reducerii

conţinutului de elemente dăunătoare şi recuperarea elementelor utile.

1

Operaţiile de pregătire a deşeurilor pot avea loc la temperatură ambiantă, (de

exemplu cele fizice de fragmentare mecanică, dezasamblare, etc.) sau la temperaturi

ridicate (unele metode chimice de purificare prin clorurare, metode electrochimice

sau pirometalurgice cu topiri selective etc.) (fig.12).

Fig.12. Ordonarea operaţiilor de pregătire a deşeurilor feroase conform proiectului japonez "Shinseiko" la care Usinor Sacilor a fost partener

4.1. Operaţiile de prelucrare primară la care sunt supuse deşeurile metalice

Detectarea contaminării radioactive. Necesitatea parcurgerii acestei etape

în fluxul operaţiilor de pregătire rezultă din faptul că riscul contaminării radioactive a

deşeurilor metalice care provin din diverse surse creşte în fiecare an, fig.13.

2

Fig.13. Evoluţia frecvenţei contaminărilor radioactive în deşeurile metalice [99]

Una din metodele propuse pentru realizarea acestui control a fost

experimentată la Thyssen Stahl–Sonnenberg şi apoi extinsă în toate unităţile

siderurgice din Uniunea Europeană. Ea presupune controlul încărcăturilor aflate în

mijloacele de transport, fie static (când vehiculele încărcate cu deşeuri sunt oprite),

fie dinamic (când mijloacele de transport auto sau CF se deplasează lent) cu ajutorul

unor porţi destinate detectării contaminării radioactive, fig.14. Metoda dinamică

permite depistarea amplasamentului sursei radioactive de-a lungul axei longitudinale

a vehiculului.

În scopul detectării deşeurilor care pot prezenta pericol de explozie, deşeurile

metalice sunt supuse controlului pirotehnic. acesta se efectuează de către

controlorii pirotehnici. Se analizează deşeurile provenite din muniţii (proiectile, mine,

grenade, etc. care trebuie să fie fără focoase), schije, ţevi de armament, tancuri.

Pericol de explozie prezintă şi unele piese, componente, articole de consum care pot

avea în interior diferite lichide: recipiente, robinete, piese închise tip vană, ţevi cu

capete turtite, cutii, butoaie, baloane, corpuri masive metalurgice (scursuri, etc.).

3

Fig.14. Porţi pentru detectarea contaminării radioactivea deşeurilor la Thyssen Stahl–Sonnenberg

După examinarea în scopul detectării contaminării radioactive şi controlul

pirotehnic, deşeurile metalice şi fierul vechi sunt supuse operaţiei de sortare.

Sortarea se poate realiza în funcţie de:

- caracteristicile chimice;

- caracteristicile fizico-mecanice.

.

Problemele cele mai dificile la sortarea în funcţie de proprietăţile chimice le

pun deşeurile feroase impurificate cu metale neferoase, impurităţi nemetalice,

explozibili, acoperiri, separarea fontei de oţeluri etc.

După separarea deşeurilor metalice de cele nemetalice, sortarea are în

vedere separarea deşeurilor feroase de fracţiile (sau componenţii) neferoase. În

următoarea etapă, deşeurile feroase sunt sortate în deşeuri nealiate, aliate şi

dubioase.

4

Operaţiile de sortare după compoziţia chimică diferă funcţie de sursa de

provenienţă a deşeului. Dacă sunt depozitate corespunzător, deşeurile proprii

(interne), colectate la locul de formare, nu necesită sortare. Cele din industria

prelucrătoare (deşeuri de uzinare) sunt livrate sortate (nealiate şi aliate, pe mărci de

oţeluri), dar uneori pot fi amestecate. În acest ultim caz, sortarea este greu de

realizat sau imposibilă, elementele de aliere se pierd sau trebuie eliminate prin

procese metalurgice suplimentare, dacă oţelurile care trebuie elaborate nu le au în

compoziţie.

Operaţiunile de sortare se realizează de către operatori calificaţi, pe baza

observaţiilor vizuale sau prin utilizarea unei aparaturi adecvate.

Selectarea după caracteristicile fizico-mecanice are în vedere culoarea,

greutatea, duritatea, sunetul, aspectul spărturii. Sortarea poate avea în vedere şi

aspectul exterior, forma şi provenienţa piesei.

După greutate, deşeurile feroase se pot sorta în:

- fier vechi greu, destinat tăierii (cu flacără sau cu foarfecă);

- fier vechi uşor pentru presare, balotare;

- strunjituri şi ştanţaturi pentru mărunţire, brichetare.

Sortarea deşeurilor se poate realiza mai uşor, după fragmentarea deşeurilor

mixte pe utilaje de mărunţire (shreddere) cu mijloace performante automatizate.

O astfel de soluţie este propusă de Japonia prin proiectul Shinseiko, fig.15.

5

componente motor electric bucăţi de deşeuri

Fig.15. Sistem automatizat de recunoaştere şi sortare a deşeurilor mixte

Deşeurile mărunţite, transportate pe o bandă, sunt inspectate cu ajutorul unei

camere video, la trecerea printr-o zonă puternic iluminată. Imaginea preluată şi

transmisă de aceasta este analizată pe baza culorilor. Rezultatele analizei determină

funcţionarea într-un sens sau altul a unui mecanism simplu de sortare. Rezultatele

testelor experimentale efectuate pe deşeuri mărunţite provenite dintr-un motor

electric au demonstrat eficienţa sistemului prin randamentul de separare a bucăţilor

bogate în Cu (cu o culoare roşiatică diferită de cea a bucăţilor metalice feroase) care

poate atinge maximul, tinzând spre 100%.

În multe cazuri, gabaritul şi alcătuirea sub care se prezintă deşeurile, impun ca

primă operaţie dezmembrarea. Operaţia se poate realiza manual (cu productivitate

mică), prin tăiere sau spargere.

După dezmembrare, sortare şi clasare urmează operaţiile de pregătire

propriu-zise a deşeurilor.

4.2. Pregătirea dimensională a deşeurilor metalice (fierului vechi)

Pregătirea dimensională prin tăierea bucăţilor lungi sau plate de deşeuri se

realizează în scopul obţinerii unor dimensiuni care să permită fie manipularea mai

uşoară, fie adaptarea dimensiunilor la necesităţile impuse de utilizarea lor. Tăierea

se poate realiza cu flacără oxi-acetilenică sau cu foarfece.

Tăierea cu flacără oxi-acetilenică este recomandată în cazul deşeurilor de

dimensiuni mari, cu grosimi şi rezistenţe superioare celor admise la tăierea cu

6

foarfece ghilotină. Operaţia necesită multă manoperă şi consum mare de oxigen şi

are productivitate redusă (5-8t/an şi schimb).

Tăierea cu foarfece de tip aligator are productivităţi mai ridicate, 30 – 50

t/schimb (în funcţie de utilaj) la o alimentare continuă cu deşeuri de forme regulate

(bare, oţel beton, profiluri uşoare şi mijlocii, ţevi subţiri, etc.) şi lungimi mici, pentru a

putea fi manevrate manual.

Tăierea cu foarfece ghilotină se poate grupa în mai multe clase funcţie de forţa

de tăiere ce variază de la 3000 la 20.000kN. Un inconvenient major al mărunţirii cu

foarfecele ghilotină a fierului vechi uşor, de exemplu cel provenit de la caroseriile

auto, îl reprezintă masa volumetrică scăzută obţinută pentru materialul tocat (800–

900kg/m3). Aceasta se datorează în primul rând masei volumetrice iniţiale a

materialului colectat (400–600kg/m3) şi lăţimii mari de tăiere. Foarfecele ghilotină

modern are posibilitatea precomprimării suplimentare a materialului înainte de tăiere,

reducând până la jumătate lăţimea de tăiere şi obţinându-se astfel un material cu o

masă volumetrică mărită (1.000–1.300kg/m3).

Balotarea deşeurilor uşoare feroase se face cu prese hidraulice, cu forţe de

presare cuprinse între 1.000 şi 16.000kN, cu trepte intermediare de 2.500, 4.000 şi

10.000kN. În general, presele hidraulice sunt prevăzute cu cuve de alimentare. Cu

ajutorul unor pistoane acţionate de pompe hidraulice, materialul uşor este introdus în

cuvă şi comprimat succesiv pe cele trei direcţii până la dimensiunile finite ale

balotului. Aceste prese pot prelucra şi strunjituri lungi, până la 15-18% din masa

materialului pregătit. În acest caz se pot asigura pachete compacte care nu se

desfac la manipulare. Balotarea se poate realiza la rece sau la cald. În cazul balotării

la cald, deşeurile se încălzesc până la 700–8500C, temperaturi la care are loc şi

eliminarea unor componente nedorite precum apa, uleiurile etc.

Pregătirea strunjiturilor cu masă volumică foarte redusă, în special cele lungi

în stare foioasă (200– 300kg/m3), începe cu sortarea în aşchii scurte (sub 50mm) şi

lungi (se poate realiza simplu cu un tambur rotativ înclinat prevăzut cu orificii). Ele

sunt pregătite prin mărunţire (concasare) şi brichetare. Pentru mărunţire se folosesc

mori cu ciocane cu productivităţi de la 1t/h la peste 20t/h iar pentru brichetare se

utilizează prese cu productivităţi de 1,5–10t/h. Brichetele cu masa variind între 3 şi

20kg/buc (şi o masă volumetrică mai mare de 4.000kg/m3) pot intra în încărcătura

cuptorului electric.

7

Aşchiile pot fi supuse unei operaţii de ardere în scopul îndepărtării resturilor de ulei,

fig.16.

Fig.16. Instalaţii pentru ars aşchii: 1 – aşchii; 2 – cilindru pentru

ardere; 3 – rezervor de apă cu argilă; 4 – bandă transportoare

Şpanul din fontă utilizat în încărcătura cuptoarelor electrice cu inducţie trebuie

prelucrat şi pentru micşorarea gradului de oxidare. Rugina, Fe(OH)3, se transformă,

în aer, în Fe2O3 iar aceasta prin încălzire se descompune în Fe3O4 şi O2. Oxidul

Fe3O4 se desprinde uşor de partea metalică, astfel că poate fi îndepărtat cu ajutorul

unui jet de aer. După aceste operaţii, conţinutul de oxizi în şpanul uscat scade la

0,1…1,5%. În fig.17 este prezentată schema instalaţiei de prelucrare a şpanului de

fontă şi încărcarea acestuia în cuptor.

Fig.17. Instalaţie de prelucrare a şpanului de fontă: 1 – şpan neprelucrat, 2 – disc magnetic; 3 – pod rulant, 4 – ciur; 5 – siloz depozitare; 6 – alimentator; 7 – cuptor

de uscare; 8,9 – benzi de răcire, 10 – siloz; 11 – bandă de evacuare; 12 – elevator; 13 – siloz pentru şpan uscat; 14 – transportor pneumatic care duce

şpanul la cuptor; 15 – siloz pentru primire şi cântărire; 16 – dozator; 17 – instalaţie de cântărire; 18 – cuptor cu inducţie

Pregătirea fontei vechi (piese din utilaje casate cu batiuri, volanţi, carcase,

lingotiere, poduri de turnare, obiecte uz casnic) constă în spargerea mecanică sau

pirotehnică la dimensiunile şi masa unitară corespunzătoare cerinţelor tehnologice de

utilizare ulterioară. La spargerea mecanică sunt utilizate sonete cu bilă de 1-2t şi

8

înălţimea de cădere de 5-8m şi zdrobitoare cu bile de 10-20t şi înălţimea de cădere

de 15-25m, fig.18.

Fig.18. Sonetă pentru spargerea deşeurilor masive

de fontă

Pentru piesele de grosime mare se recurge la spargerea pirotehnică în locuri

deschise (între dealuri) sau în gropi de explozie blindate. Deoarece această metodă

produce zgomot, trepidaţii, aruncarea unor bucăţi la distanţe mari se utilizează din ce

în ce mai rar iar în scopul atenuării acestor efecte, se recurge la metoda de spargere

pirotehnică în mediul lichid (aplicabilă în special la dezmembrarea lingotierelor mari).

Dacă este necesară o mărunţire mai avansată, aceasta se completează cu

mărunţirea la foarfecă ghilotină de mare putere sau se utilizează mărunţirea

criogenică.

Mărunţirea criogenică este o metodă modernă, cu randament ridicat de

separare, care poate fi combinată cu metoda mecanică de tocare pe shredder. Ea se

bazează pe răcirea deşeurilor la temperaturi sub –1200C, când oţelul, spre deosebire

de metalele neferoase, devine casant. Ca agent de răcire se utilizează azotul lichid.

Mărunţirea se continuă într-o moară tip shredder iar separarea se realizează cu un

separator magnetic. Schema unei astfel de instalaţii care utilizează mărunţirea

criogenică şi rezultatele operaţiei sunt prezentate în fig.19.

9

Înfăşurare de motor electric

Înainte de sfărâmarea la temperatură coborâtă

După sfărâmarea la temperatură coborâtă (sârmă de cupru separată de componenta feroasă); temperatura de sfărâmare -1050C

Părţi mărunţite pe shredder cu material plastic

Înainte de sfărâmarea la temperatură coborâtă

După sfărâmarea la temperatură coborâtă (partea de material plastic complet

separată de cea feroasă)temperatura de sfărâmare -1750C

Fig.19. Mărunţirea criogenică a deşeurilor

10