第四章 固体废物预处理-分选

水平式：构造简单，维修方便，精度不高 一般与破碎、筛分、立式风力分选机联合使用
立式：与水平式相比精度较高
锯齿形：每个转折实际上起到了单独的一个分 选机的作用 振动式：振动＋气流分选 回转式：圆筒筛分＋气流分选
(三)重介质分选 1．重介质分选原理 所谓重介质，就是密度大于水的介 质．包括重液和重悬浮液两种流体。重 介质的密度一般应介于大密度和小密度 颗粒之间，即ρS2＞ρ＞ρSl
共振筛
下机体和筛箱受反作用力沿倾斜方向振动
筛箱＋弹簧＋下机体＝弹性系统——固有自 振频率于传动装置的强迫振动频率相近或 相同——筛子共振筛分
• 处理能力大、筛分效率高、耗电少及结构 紧凑等，是一种有发展前途的筛分设备； 但其制造工艺复杂，机体较重。
影响筛分效率的因素
• 物料性质：易筛粒含量；含水量；含泥量； 颗粒形状
破碎流程
筛分效率：指实际得到的筛下产品质量与入筛废 物中所含小于筛孔尺寸的细粒物料的质量之比， 用百分数表示， 式中E为筛分效率，％； Q为入筛固体废物质量 Q1为筛下产品质量； α为入筛固体废物中小于筛孔的细粒含量，％。
设固体废物入筛质量(Q)等于筛上产品质 量(Q2)和筛下产品质量(Q1)之和，即 Q＝Q1＋Q2 固体废物中小于筛孔尺寸的细粒质量等于 筛上产品与筛下产品中小于筛孔尺寸的细粒 质量之和，即 Qα＝Q1β＋Q2θ
(一)重力分选原理
一个悬浮在流体介 质中的颗粒．其运动 速度受自身重力、介 质阻力和介质的浮力 三种力作用。分别表 示为FE(重力)、 FB(介质浮力)、 FD(介质摩擦阻力)
力平衡——牛顿公式
如果假定流体运动为层流，则CD＝24／Re ——斯托克斯公式
(二) 气流分选(亦叫风选)
作用：将轻物料从较重的物料中分离出来
(二)筛分分类
根据筛分在工艺过程中应完成的任务，筛分 作业可分为以下六类： (1)独立筛分 目的在于获得符合用户要求的 最终产品的筛分，称为独立筛分
(2)准备筛分 目的在于为下一步作业做准备 的筛分，称为准备筛分；
(3)预先筛分 在破碎之前进行筛分，称为预 先筛分，目的在于预先筛出合格或无须破 碎的产品，提高破碎作业的效率，防止过 度粉碎和节省能源； (4)检查筛分 对破碎产品进行筛分，又称为 控制筛分； (5)选择筛分 利用物料中的有用成分在各粒 级中的分布，或者性质上的显著差异所进 行的筛分 (6)脱水筛分 脱出物料中水分的筛分，常用 于废物脱水或脱泥。
• 重液有四溴乙烷和丙酮的混合物，密度为 2.4g/cm3，可以将铝从较重的物料中分 离出来。另一种常用的重液是五氯乙烷， 密度为1.67g/cm3，在选煤中已有应用。
• 重悬浮液中加的介质有硅铁，将硅铁与水按 85:15的比例混合，相对密度可以达到3.0 以上。另外还有方铅矿、磁铁矿和黄铁矿等 重介质。加重质的粒度约200目，占60％ 一80％．与水混合形成微细颗粒的重悬浮 液。
基本原理：气流将较轻的物料向上带走或在 水平方向带向较远的地方，而重物料则由 于向上气流不能支承它而沉降，或是由于 重物料的足够惯性而不被剧烈改变方向穿 过气流沉降。被气流带走的轻物料再进— 步从气流中分离出来， 一般用旋流器分离。
• 气流分选机实质上包含了两种分离过程： 将轻颗粒与重颗粒分离．再进一步将轻颗 粒从气流中分离出来。 • 第一过程：有效直径和筒壁因素的影响 ——达拉法尔提出如下模型 立式汽流分选机 水平式气流分选机
式中，θ、β为筛上、筛下产品中所含有小于 筛孔尺寸的细粒质量百分数％ β＝l00
(四)筛分设备 适用于固体废物处理的筛分设备主要有固 定筛、筒形筛、振动筛和摇动筛。 （1）固定筛：棒条筛、格筛 棒条筛：筛孔尺寸为筛下粒度的1.1-1.2倍， 棒条宽度大于固体废物最大块度的2.5倍 ——适用于筛分粒度大于50mm的粗粒废物 ——粗碎和中碎之前 格筛：粗碎机之前 特点：简单方便，应用广泛；但易于堵塞
滚筒筛筛分效率影响因素：
临界转速，r为筒半径
筛分效率与圆筒筛的转速和停留时间有关，一 般认为物料在筒内滞留25—30s．转速5—6r／ min为最佳。 例如，有的筒形筛的直径为1．2m，长1．8m， 转速18r／min．当生产率为2t/h，效率95％一 100％；当生产率达到2．5t/h，效率下降为91 ％。另外．筒的直径和长度也对筛分效率有很 大影响。
（2）滚筒筛
具有带孔的圆柱形筛面或截头的圆锥体筛面 • 筛筒转速10—15r/min • 为使废物在筛内沿轴线方向前进，筛筒的 轴线应倾斜3－5°安装。
• 沉落状态 物料颗粒由于筛子的圆周运动被 带起，然后滚落到向上运动的颗粒上面： • 抛落状态 筛子运动速度足够时．颗粒飞入 空中，然后沿抛物线轨落回筛底。 筛分效率达到最高：当筛分物料以沉落状态 运动时，物料达到最大的紊流状态 如果筒形筛的转速进一步提高，会达到某一 临界速度，这时粒子呈离心状态运动，结料和筛面之间适当的相对运动——筛面上 的物料层处于松散状态——即按颗粒大小分 层，形成粗糙位于上层，细粒位于下层的规 则排列．细粒到达筛面并透过筛孔。
• 物料和筛面之间适当的相对运动——使堵在 筛孔上的颗粒脱离筛孔，以利于细粒透过筛 孔。
细粒透筛时，尽管粒度都小于筛孔，但它们 透筛的难易程度却不同： • 粒度小于筛孔3／4的颗粒，很容易通过粗 粒形成的间隙到达筛面而透筛，称为“易 筛粒”； • 粒度大于筛孔3／4的颗粒，很难通过粗粒 形成的间隙到达筛面透筛，而且粒度越接 近筛孔尺寸就越难透筛，称为“难筛粒”。
互雷提出另一种方法，同样也能得出评价 两级分选机性能的综合分选效率，即综合 分选效率等于第一排出物流中X的回收率与 第二排出物流中Y的回收率的乘积，其式如 下：
2.4.2 筛分
(一)筛分原理
筛分——利用筛子将粒度范围较宽的颗粒群 分成窄级别的作业。 该分离过程可：物料分层＋细粒透过筛子两个 阶段组成的。 物料分层是完成分离的条件 细粒透过筛子是分离的目的
• 大密度颗粒下沉，小密度颗粒悬浮，精度很高； 粒度范围较宽；
• 但如粒度过小，特别是ρs≈ρ时，υs很小， 分离很慢。所以实际分离前，应筛去细粒部分， 大密度物料，粒度下限2～3mm；轻密度物 料粒度下限3～6mm。采用重悬浮液时，粒 度下限可降至0.5mm
2．重介质
重介质有重液和重悬浮液
工业上应用的分选机一般分为鼓形重介质分 选机和深槽式、浅槽式、振动式、离心式 分选机。
2.4.1 物料分选的一般理论
为了从一种混合物料中将各种纯净物质选别 出来，分选过程可以按两级识别(两个排料 口)或按多级识别(两个以上排料口)来确定。 例如：一台具有一系列不同大小筛孔的筛分 机，能够分选出若干种产品，故而是一种 多级分选装置。
(一)两级分选机 两级分选机和多机分选机的流程如下图所 示。 在两级分选机中，给人的物料是由X和Y组成 的混合物，X、Y为待选别的物料。 单位时间内进入分选机的X物料和Y物料的分 别为X0和Y0； 单位时间内X和Y从第一排出口排出的量分别 为XI和Y1，从第二排料口排出的量为X2 和y2。 分选效率可以用回收率来表示。
υ为气流速度，m／s；d为颗粒直径，m; γ 为颗粒密度，g/m3。
第二：物料与气流的 分离过程 • 常用的物料与气 流分离方法是用离心 分离机或叫作旋流器 的装置进行分离。 • 旋流器的目的：是要 使颗粒在离心力作用 下向外侧运动．因而 颗粒的径向运动速度 是重要参数——可由 斯托克斯公式确定。
(3)适当的机械搅拌促使悬浮液更加稳定。
• 筛分设备特性：有效面积；筛分设备运动 方式；筛面长宽比；筛面倾角 棒条筛 钢板冲空筛 钢丝编织筛 • 筛分操作条件：连续均匀给料
2.4.3 重力分选
重力分选：在活动的或流动的介质中按颗粒的 密度或粒度进行颗粒混合物的分选过程。 介质：有空气、水、重液(密度大于水的液体)、 重悬浮液等。 作用原理：气流分选、惯性分选、重介质分选、 摇床分选、跳汰分选等。 重介质分选：是在液相介质中进．不适合于包 含可溶性物质的分选，也不适合于成分复杂的 城市垃圾分选。该法主要应用于矿业废物的分 选过程。
粘度增大：会使颗粒在其中运动的阻力增 大，从而降低分选精度和设备生产率。
• 降低悬浮液的粘度可以提高物料分选速度，但 会降低悬浮液的稳定性，工业应用中可以采用 如下方法保证其稳定性： (1)选择密度适当、能造成稳定悬浮液的加 重质，或在粘度要求允许的条件下，把加重质 磨碎一些；
(2)加入胶体稳定刑，如水玻璃、亚硫酸盐、 铝酸盐、淀粉、烷基硫酸盐、膨润土和合成聚 合物等；
种成分(xlo，x20，x30，…xn0。)，要
分选出的m种物料，在第一排出物流中，
x11是xl物料最终进人第二排出物流中的部
分；x21是第二物料x2进人第一排出物流
中的部分。以此类推，因此xl在第一排出物
流中的回收率为Rx11
在第一排出物流中x1的纯度为；
(三)分选效率 雷特曼提出了综合分选效率这一参数，对于给料 中含有X和Y两种物料的两级分选过程来说， 雷特曼定义其综合分选效率为：
惯性振动筛
原理：不平衡体旋转——离心惯性力——筛箱 振动 不平衡体：配重轮上的重块/重锤
水平分力：弹簧横向刚度大，被吸收
垂直分力：筛面——促使弹簧拉伸及压缩
筛箱运动轨迹：椭圆或近似于圆
惯性振动筛构造原理图
激振力：离心 惯性力
• 原理：电动机——下机体上偏心轴转动— —连杆往复——弹簧——筛箱
影响重介质分选效率的悬浮液基本性质是 密度、粘度和稳定性。 • 水和加重质的悬浮液密度，是单位体积 内水和加重质的质量之和，悬浮液的密度 称为视在密度。
式中，ρ为重悬浮液密度；Cv为重介质所 占体积百分比；ρα为重介质本身的干密 度 • 加重质的加入量
• 视在粘度 μα为悬浮液视在粘度； μ为组成悬浮液的液体 的粘度； c为悬浮泊中固体微粒 的体积浓度； X为悬浮液中液体积百 分比
2.4 分选