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1、第三章 固体废物的预处理,学习要求：（1）了解固体废物的预处理（压实、破碎、分选、脱水）的目的和使用场合；（2）掌握各类预处理方法的原理及工艺；（3）熟悉常用设备的主要技术性能。,固体废物的预处理1、概念：固体废物的预处理是以机械处理为主涉及废物中某些组分的简易分离与浓集的废物处理方法。2、预处理技术主要有压实、破碎、分选和脱水等。3、预处理的目的：为固体废物后续的“三化”处理与处置操作提供条件。4、预处理的作用：（1）以填埋为主的废物（压实：降低废物的体积，减少运输量和运输费用，提高填埋场的利用效率）。,（2）以焚烧或堆肥为主的废物（破碎：不需要压实处理，破碎、分选使物料粒度均匀、大小适宜，
2、有利于提高焚烧和堆肥化效率）。（3）废物的资源综合利用（破碎和分选：实现不同物料分别回收利用）,第一节 固体废物的压实,一、压实的概念、目的及适用对象 1、概念：固体废物的压实也称压缩，指用机械方法增加固体废物聚集程度，增大容重和减少固体废物表观体积，提高运输与管理效率的一种操作技术。,2、压实目的,增大容重、减少固体废物体积以便于装卸和运输，降低运输成本。,制取高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作为建筑材料使用。,3、适用对象：压实技术适用于压缩性能大而回复性能小的固体废物；不适用于某些较密实的固体和弹性废物。,当对固体废物实施压实操作时：随着压力，空隙体积，表观体积也随之，而容重。,固体废物
3、经过压实处理后体积减少的程度叫压缩比R：,R=,Vm前Vm后,以城市生活垃圾为例，压实前容重通常在0.10.6t/m3范围，经过一般机械压实后，容重可提高到1t/m3左右。如果通过高压压缩，垃圾容重可达1.1251.38t/m3，体积则可减少为原来体积的1/31/10。固体废物填埋前常需进行压实处理，尤其对松散型废物或中空性废物事先压碎更显必要。压实操作的具体压力大小可根据处理废物的物理性质（如易压缩性、脆性等）而定。一般开始阶段，随压力增加，物料容重较迅速增加，以后这种变化会逐渐减弱，且有一定限度。即使增加外压，并不能使废物容重无限增大（这是由于压实后垃圾会产生反弹力，类似于分子距离太近会使
4、斥力大大增加的道理）。,实践证明，未经破碎的原状城市垃圾，压实容重极限值约为1.1 t/m3。比较经济的方法是先破碎再压实，可提高压实效率，即用较小的压力取得相同的增加容重效果。固体废物经压实处理，增加容重，减少体积后，可以提高收集容器与运输工具的装载效率，在填埋处置时可提高场地的利用率。,三、固体废物压实程度的度量,为判断压实效果，比较压实技术与压实设备的效率，常用空隙比与空隙率、湿密度与干密度、体积减少百分比、压缩比与压缩倍数等指标来表示固体废物的压实程度。,1、空隙比与空隙率,（1）空隙比固体废物可设想为由不同颗粒与颗粒之间的空隙共同构成的集合体。由于固体颗粒本身空隙较大，而且许多固体物
5、料有吸收能力和表面吸附能力，因此，废物中水分主要都存在于固体颗粒中，而不存在空隙中，不占据体积。故固体废物的总体积（Vm）就等于包括水分在内的固体颗粒体积（Vs）与空隙体积（Vv）之和。即：Vm=Vs+Vv(3-1)则废物的空隙比（e）可定义为：e=Vv/Vs(3-2),（2）空隙率,空隙率比空隙比更常用，空隙率()可定义为:=Vv/Vm(3-3)空隙比或空隙率越低，则表明压实程度越高，相应的容重越大。顺便指出空隙率大小对堆肥化工艺供氧、透气性及焚烧过程物料与空气接触效率也是重要的评价参数。,2、湿密度与干密度,如果忽略空隙中的气体质量，固体废物的总质量(mm)就等于固体物质质量(ms)与水份
6、质量(mw)之和，即:mm=ms+mw 固体废物的湿密度：w=mm/Vm 干密度：d=ms/Vm实际上，废物收运及处理过程中测定的物料质量常都包括水分，故一般容重均是湿密度。压实前后固体废物密度值及其变化率不大，是度量压实效果的重要参数，也容易测定，故比较实用。,（2）湿密度与干密度如果忽略空隙中的气体质量，固体废物的总质量(Wm)就等于固体物质质量(Ws)与水份质量(Ww)之和，即:Wm=Ws+Ww 固体废物的湿密度：w=Wm/Vm 干密度：d=Ws/Vm实际上，废物收运，及处理过程中测定的物料质量常都包括水分，故一般容重均是湿密度。压实前后固体废物密度值及其变化率不大，是度量压实效果的重要
7、参数，也容易测定，故比较实用。,（3）体积减少百分比体积减少百分比（R）用下式表示：R=（ViVf）/Vi100%(3-4)式中，R为体积减少百分比，%；Vi为压实前废物的体积，m3；Vf为压实前废物的体积，m3。,（4）压缩比与压缩倍数 a、压缩比 压缩比（r）可定义为：r=Vf/Vi（r1）(3-5)显然，r越小，说明压实效果越好。b、压缩倍数 压缩倍数（n）可定义为：n=Vi/Vf（n1）(3-6)n 与 r互为倒数，显然n越大，证明压实效果越好，工程上习惯用n更普遍。体积减少百分比R与压实倍数（n）可互相推算。如图3-1所示。,由图看出，体积减少百分比在80%以下变化时，压实倍数在1-
8、5之间，变化幅度较少；当R值越过80%以上时，n值急剧上升，几乎成直线变化。例，当R=90%时，可推出n=Vi/Vf=10；R=95%时，n=Vi/Vf=20。,图2-7-1压缩比与体积减少关系曲线,影响垃圾压实作业的主要参数垃圾的组分情况含水率垃圾层厚度机械滚压次数碾压速度,3.1.2 压实设备类型根据操作情况分，用于固体废物的压实设备可分为固定式和移动式两大类。凡用人工或机械方法（液压方式为主）把废物送到压实机械里进行压实的设备称为固定式。各种家用小型压实器、废物收集车上配备压实器及中转站配置的专用压实机等均属固定式压实设备。而移动式是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压实机、钢轮式布料压实
9、机以及其他专门设计的压实机具。,1.固定式压实设备（1）结构型式 压实器通常由一个容器单元和一个压实单元组成。容器单元通过料箱或料斗（视单位装料量大小而定）接受固体废物物料，并把它们供入压实单元，压实单元通常装有用液压（亦可用气压）控制操作的挤压头，利用一定的挤压力把固体废物压成致密的形式。目前使用的压实器，有的是为处理金属类废物设计的，有的是为处理城市普通垃圾设计的，有的适合于塑料类物质的处理。城市垃圾收集车或中转站通常采用上述固定式挤压操作，可以水平，亦可以垂直进行，常用的是带水平压头的卧式压实器（图3-2）。,图3-2水平式压实结构,（2）基本参数 固定式压实器的基本参数包括：a.装料截
10、面尺寸 b.循环时间 c.压面上的压力 d.压面的行程长度 e.体积排率,2.移动式压实设备移动式压实器是指在填埋现场使用的轮胎式或履带式压实机、钢轮式压实机以及其他专门设计的压实机具。按压实过程工作原理，移动式压实器可分为碾（接）压、夯实、振动三种，相应有碾(治)压压实机、夯实压实机、振动压实机三大类。固体废物压实处理主要采用碾(滚)压方式。图3-3所示为填理场常用压实机。,图3-3填埋场常用的压实机,问题,1、如要将生活垃圾进行焚烧或最肥处理，是否需要压实预处理，为什么？,3.2 固体废物的破碎,3.2.1 破碎的基本概念 1、破碎的定义通过人为或机械等外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分
11、子间作用力，使物体破裂变碎的操作过程统称为破碎。,2、破碎的目的 使运输、焚烧、热解、熔化、压缩等操作能够或容易进行，更经济有效。为分选和进一步加工提供合适的粒度，有利于综合利用。增大比表面积，提高焚烧、热解、堆肥处理的效率。破碎使固体废物体积减小，便于运输、压缩和高密度填埋，加速土地还原利用。,3、破碎流程,图3-4 破碎的基本工艺流程,4、破碎的方法（1）冲击破碎（重力破碎、动破碎）（2）剪切破碎（3）挤压破碎（4）摩擦破碎（5）低温破碎（塑料、橡胶等）（6）湿式破碎（纸类、纤维）,图3-4 机械破碎方法,5、破碎比在破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值称为破碎比。破碎比表示废物粒度
12、在破碎过程中减少的倍数。a、最大粒度法 i=Dmax/dmax(3-7)Dmax 为破碎前的最大粒度；dmax 为破碎后的最大粒度。b、平均粒度法 i=Dave/dave(3-8)Dave为破碎前的平均粒度；dave为破碎后的平均粒度。,3.2.2 破碎机1、辊式破碎机辊式破碎机是利用冲击剪切和挤压作用进行破碎的，用两个相对旋转的辊子抓取并强制送入要破碎的废物。该种破碎机主要用于破碎脆性材料，而对延性材料只能起到压平作用。在资源回收和废物处理领域，既可用于对废物的破碎，也可用作对含有玻璃器皿、铝和铁皮罐的废物进行分选。其简单结构如图3-5所示：,图3-5 齿辊破碎机,2、颚式破碎机 颚式破碎机
13、是利用冲击和挤压作用进行破碎。颚式破碎机俗称老虎口。可分为简单摆动型、复杂摆动型、综合摆动型三种（图3-6）。该机主要用于选矿、建材、化学工业领域。,图3-6 颚式破碎机的主要类型,3、冲击式破碎机冲击式破碎机可分为锤式破碎机和反击式破碎机。锤式破碎机（图3-7）利用冲击、摩擦和剪切作用进行破碎。适用于破碎质地较硬的物料，还可破碎含水分和油质的有机物等。反击式破碎机是一种新型、高效破碎设备（图3-8），适用于破碎中硬、软、脆、纤维性物料。,图3-7 锤式破碎机结构,图3-8 反击式破碎机结构,4、剪切式破碎机剪切式破碎机是通过固定刀和可动刀之间的啮合作用将物料切开或割裂而完成破碎过程（图3-9
14、），特别适合破碎低二氧化硅含量的松散物料。,图3-9 冯罗尔（Von Roll）型往复剪切式破碎机结构,5、球磨机 球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。其种类有很多，如手球磨机，卧式球磨机，球磨机轴瓦，节能球磨机，溢流型球磨机，陶瓷球磨机，格子球磨机等。球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业，可分为干式和湿式两种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。砂磨后的物料粒径可以达到几个m，极限约1 m。,图3-10 球磨机的示意图,图3-11 磨介的运动状态,球磨机应用实例炉渣制备水泥 城市生活垃圾焚烧炉渣(简
15、称炉渣)，含有一定量的Cd、Hg、Pd、As、Cr、Se、Zn等重金属，以及大量碱金属离子K、Na 及 Cl。若按现有方式作填埋处理，其一侵占土地资源，其二重金属的溶出对地下水丰富的南方以及酸雨较严重的地区，会造成严重的二次污染。因此，炉渣的无害化处理与综合利用是目前探讨的新课题。现阶段可考虑在生产砌筑水泥方面对炉渣进行资源化利用。炉渣制备水泥时需先拣去其中大块物件、较大块玻璃及铁钉，混合均匀，烘干，后置于球磨机内粉磨，对粉磨细度需严格控制，再经煅烧后，即可作为水泥掺和料用于水泥制备。,6、低温破碎,图3-12 低温破碎的流程,塑料的低温破碎有关塑料的低温破碎的研究成果，可以归纳如下：（1）塑
16、料脆化点（）：例如，聚氯乙烯-5-20；聚乙烯为-95-135；聚丙烯为020;（2）冷冻装置：冷冻槽绝热壁厚300mm，从顶部喷射液氮雾，塑料置于槽内运输皮带上向前移动4m，从喷射雾开始后4min，槽内温度将为-75；62min后降达-167，温度分布大体上均匀。（3）破碎温度：采用只具有拉伸、弯曲、压缩作用力的破碎机时，所需动力大于常温破碎。如用带冲击力的破碎机时，情况正好相反。因此，若以冲击破碎为主，配合张力和剪切力破碎机最适合于低温破碎。,用低温破碎法从有色金属混合物等废物中回收铜、锌、铝。美国某研究机构对有色金属混合物、废轮胎、包覆电线电缆等废物进行低温选择破碎（72，1min），从
17、2.5cm以上产物中可回收97%的铜，100的铝（不含锌），从2.5cm以下产物中可回收2.8的铜，100%的锌（不含铝），说明能进行选择性破碎。如果采用常温破碎，则锌因为有延展性破碎，25mm以上产物中锌残留率达到82.7，说明低温破碎能进行选择性破碎。,课堂练习,1、为什么要对固体废物进行破碎处理？怎样根据固体废物的性质选择破碎方法？选择破碎机时应综合考虑那些方面？为什么？2、什么是低温破碎？其优点和主要应用是什么？（答案见下页）,习题1答案：目的：将固体废物转变成适合于进一步加工或者能经济地再处理的形状与大小。选择方法：选择破碎方法时，需要根据固体废物的机械强度，特别是废物的硬度来加以确
18、定。一般说来，对于脆硬性废物如废矿石等，应该采用挤压、劈裂、弯曲、冲击和磨碎等方法；对于柔硬性废物，如废钢铁、废塑料等，多用剪切和冲击破碎；对于含有大量废纸的生活垃圾，湿式和半湿式破碎具有较好的效果；对于粗大的固体废物，一般先剪切或者压缩成型后，再利用破碎机进行破碎。,选择破碎机：选择破碎机时，应该满足以下基本要求。设备的处理规模必须根据设计处理量和现有处理能力综合考虑，破碎机的正常处理能力与物料的类型、进料尺寸大小、密度，以及出料尺寸要求等相关。应根据被破碎物料的性质和尺寸大小选择破碎机的机型和种类。使用破碎机械的同时应该设置环境保护措施。对于常温干式破碎机，应该使用除尘装置来防止粉尘污染大
19、气；采取充分的措施消除振动；采取适当的隔音装置来减少噪声。对破碎机械以及工艺过程应该采取保护措施。当被破碎物料中含有易燃易爆物时，应该采取适当的安全措施，如装设喷水龙头等加以防护。,习题2答案低温破碎：利用常温下难以破碎的固体废物在低温时变脆的性能对其进行破碎的方法。同时，还可以根据不同物质的脆化温度的差异进行选择性的破碎。优点：对于含有复合材质的物料，可以进行有效的破碎分离；同一种材料在破碎后粒度均匀，尺寸大体一致，形状好，便于分离；动力消耗较低，噪声水平和振动水平也有所降低；对于极难破碎并且塑性极高的氟塑料废物，采用液氮低温破碎，可以获得碎块和粉末；破碎成品的形状适合于进一步的处理。,应用
20、：目前，由于破碎成本和技术的限制，低温破碎的应用并不普及，主要有几个方面：从有色金属混合物、废轮胎、包覆电线中回收铜、铝、锌等金属；塑料的低温破碎；橡胶轮胎的破碎。,分选是将固体废物中可回收利用或不利于后续处理、处置工艺要求的物料用人工或机械方法分门别类地分离出来，并加以综合利用的过程。分选方法包括人工拣选和机械分选。机械分选又分为筛分、重力分选、磁力分选、电力分等。,3.3 固体废物的分选,粒度差异筛选（筛分）密度差异重力分选磁性差异磁力分选导电性差异电力分选（静电分选）表面润湿性（物理化学性质）差异浮选光电性差异光电分选摩擦性差异摩擦分选弹性差异弹跳分选,分选效果的评价指标评价分选效果的好
21、坏的常用指标有：回收率、纯度、综合效率。所谓回收率是指单位时间某一排料口中排出的某一组分的量与进入分选机的此组分量之比。对于最简单的二级分选设备，如果以x、y代表两种物料，x在两个排出口被分为x1、x2（质量），y在两个排出口被分为y1、y2（质量），则在第一排出口x和y回收率为:,式中，Rx1、Ry1分别为第一排出口物料x、y的回收率，%；但用回用率的概念不能完全说明分选效果，还应考虑某一组分物料在同一排出口排出物所占的分数，即纯度。则在第一排放口x及y的纯度为：式中，Px1、Py1为在第一排出口物料x、y的纯度，%.,回收率又因分选方法的不同而又有不同的含义。如对筛分来说，回收率又成为筛分
22、效率。理想的分选设备既要有高的回收率，也需要有高的纯度，在计算时，一般采用综合效率E来表示：,3.3.1 筛分1、定义筛分是利用筛子使物料中小于筛孔的细粒物料透过筛面，而大于筛孔的粗粒物料滞留在筛面上，从而完成粗细物料分离的过程。该分离过程可以看作是物料分层和细粒透筛两个阶段组成。物料分层是完成分离的条件，细粒透筛是分离的目的。,2、目计量单位目粒度是指原料颗粒的尺寸,一般以颗粒的最大长度来表示。网目是表示标准筛的筛孔尺寸的大小。在泰勒标准筛中，所谓网目就是2.54厘米(1英寸)长度中的筛孔数目,并简称为目。泰勒标准筛制：泰勒筛制的分度是以200目筛孔尺寸0.074mm为基准，乘或除以主模数方
23、根（1.141）的n次方（n1，2，3），就得到较 200粗或细的筛孔尺寸，如果 数2的四次方根（1.1892）的n次方去乘或除0.074mm，就可以得到分度更细的一系列 的筛孔尺寸。,目数越大，表示颗粒越细。类似于金相组织的放大倍数。目数前加正负号则表示能否漏过该目数的网孔。负数表示能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸小于网孔尺寸；而正数表示不能漏过该目数的网孔，即颗粒尺寸大于网孔尺寸。例如，颗粒为-100目+200目，即表示这些颗粒能从100目的网孔漏过而不能从200目的网孔漏过，在筛选这种目数的颗粒时，应将目数大（200）的放在目数小（100）的筛网下面，在目数大（200）的筛网中留下的即为-
24、100200目的颗粒。,米与目数对照表 1微米-12500目 1.3微米-8000目 2微米-6250目 2.6微米-5000目 5微米-2500目 6.5微米-2000目 10微米-1250目 15微米-800目 20微米-625目 33微米-425目 37微米-400目 44微米-325目 74微米-200目 149微米-100目 350微米-45目,3、筛分效率 由于筛分过程较复杂，影响筛分质量的因素也多种多样，通常用筛分效率来表示筛分过程的优劣。筛分效率是指筛分时实际得到的筛下物的质量与物料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料的质量之比。,筛分效率的简易表达式为：E=Q1/(Q)100%(3-
25、9)E为筛分效率，%Q1筛下物质量；Q为入筛原料重量；为原料中小于筛孔尺寸的颗粒重量的百分比，%。但是在实际筛分过程中要测定Q1和Q是比较困难的，因此必须换成便于计算的式子。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：Q=Q1+Q2(3-10),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：Q=100Q1+Q2(3-11)为筛上产品中所含有小于筛孔尺寸的细粒质量百分数，%。将(3-11)代入(3-10)得到：Q1=（-）Q/（100-）(3-12)将(3-12)代入(3-9)得到：E=100（-）/（100-）%(3-13)必须指出，筛
26、分效率的计算公式(3-13)是在筛下产品100%都是小于筛孔尺寸的前提下导出的。实际生产中由于筛网磨损而常有部分大于筛孔尺寸的粗粒进入筛下产品，此时，筛下产品不是100Q1，而是Q，则此时筛分效率计算公式为：E=（-）/（-）%(3-14),4、影响筛分的因素主要有：（1）入筛物料的性质，包括物料的粒度状态、含水率(10%)和含泥量及颗粒形状；（2）筛分设备的运动特征（固定运动）；（3）筛面结构，包括筛网类型及筛网的有效面积，筛面倾角；（4）筛分设备防堵挂、缠绕以及使物料沿筛面均匀分布的性能；（5）筛分操作条件，包括连续均匀给料、及时清理与维修筛面等。,5、筛分设备（1）固定筛筛面由许多平行的
27、筛条组成，可以水平安装或倾斜安装。结构简单、不消耗动力、设备费用低、维修方便。分为格筛和棒条筛。格筛一般安装在粗破碎机之前，以保证入料块度适宜。棒条筛主要用于粗碎和中碎之前，为保证废物料沿筛面下滑，安装角应大于废物对筛面的摩擦角，一般为30-350。棒条筛筛孔尺寸为筛下粒度的倍，一般筛孔尺寸不小于50mm。筛条宽度应大于固体废物中最大粒度的2.5倍。,棒条式筛板,（2）筒形筛筒形筛是一个倾斜的圆通，置于若干滚子上，圆筒的侧壁上开有许多筛孔。圆筒以很慢的速度转动，因此不需要很大动力，其优点是不会堵塞。筒形筛筛分时，固体废物在筛中不断滚翻，较小的物料颗粒最终进入筛孔筛出。物料在筛子中的运动状态有两
28、种：（1）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；（2）抛落状态 筛子运动速度足够时，颗粒飞入空中，然后沿抛物线轨道落回筛底。,筒形筛,筒形筛筛中颗粒的运动状态,筒形筛分析图,（3）振动筛振动方向与筛面垂直或近似垂直，物料在筛面上发生离析现象，密度大而粒度小的颗粒钻过密度小而颗粒大的颗粒的空隙，进入下层到达筛面，大大有利于筛分的进行。振动筛的倾角一般为8-40。,图3-13 惯性振动筛构造及工作原理图,激振力：离心惯性力,CYA型圆振动筛,LZS系列冷矿振动筛,SZR系列热矿振动筛,ZSG系列直线振动筛,GZT系列高频振动筛,煤粉振动筛,各种振动筛,ZSG系列
29、直线振动筛是一种新型、高效的筛分设备，主要用于冶金矿山、煤炭、建材、建材、电力、化工等行业，尤以冶金行业用途最为广泛，是高炉糟下、焦化厂、选矿场常用的筛分机械，该机采用新型节能振动电机或激振器作振动源，橡胶弹簧支撑并隔振，具有处理量大、筛分效率高、筛网更换方便、安装及维修简单等优点。工作原理及结构特点：ZSG系列直线振动筛是利用振动电机或普通电机拖动激振器，使筛体沿激振力方向作周期性往复振动，物料在晒面上沿直线方向作抛物线运动，从而达到筛分目的。ZSG系列直线振动筛由振动源、筛体、筛网、减振装置和底拖组成，筛机侧板采用优质钢板制作而成，侧板与横梁、激振器底座采用高强度螺栓或环槽铆钉连接，结构合
30、理，坚固耐用。,技术参数表（配用振动电机）,3.3.2 重力分选1、重力分选定义 根据固体废物颗粒间密度的差异，以及在运动介质中所受的重力、流体动力和其他机械力不同而实现按密度分选的过程。2、重力分选分类（1）气流分选（2）重介质分选（3）摇床分选（4）跳汰分选（5）磁力分选,3、重力分选的特点（1）固体颗粒间必须存在密度（或粒度）的差异；（2）分选过程在运动介质中进行；（3）在重力、流体动力、颗粒间摩擦力的综合作用下，固体 颗粒群松散并按密度（或粒度）分层；（4）分好层的物料在运动介质的托运下达到分离。,图3-14 立式气流分选机,4、重力分选介绍（1）气流分选,图3-15 水平气流分选机,
31、图3-16 锯齿形、振动式和回转式气流分选机,当物料颗粒悬浮在气流中时，气流的速度可以用牛顿公式来表示：,物料和气流的分选过程,图3-17 旋流器的工作原理图,2、重介质分选所谓重介质，就是密度大于水的介质，重介质有重液和重悬浮液两大类。在重介质中使固体废物中的颗粒群按密度分开的方法称为重介质分选。为使分选过程有效地进行，选择的重介质密度（c）需介于固体废物中轻物料密度（L）和重物料密度（W）之间，即：LcW凡颗粒密度大于重介质密度的重物料都下沉，集中于分选设备的底部成为重产物；颗粒密度小于重介质密度的轻物料都上浮，集中于分选设备的上部成为轻产物。它们分别排出，从而达到分选的目的。,重液有四溴
32、乙烷和丙酮的混合物，密度为2.4kg/L，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。加重质的粒度约200目，占6080，与水混合形成微细颗粒的重悬浮液。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。,表3.3.2 重悬浮液加重质的性质,用于重介质分选的常用加重质有硅铁、磁铁矿等。硅铁含硅量为13%18%，其密度为6.8g/cm3，可配制成密度为3.23.5g/cm3的重介质。硅铁具有耐氧化、硬度大、带强磁化性等特点，使用后经筛分和磁选可以回收再生。纯磁铁矿密度为5.0g/cm3，用含铁6
33、0%以上的铁精矿粉可配制得重介质，其密度达2.5g/cm3。磁铁矿在水中不易氧化，可用弱磁选法回收再生利用。,1圆形转鼓 2.大齿轮 3.辊轮 4.扬板 5.溜槽图3-18 重介质分选机工作原理,3、摇床分选,图3-19 摇床结构示意图,摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细粒固体按密度差异在床面上呈扇形分布面进行分选的一种方法。摇床分选目前主要用于从含硫铁矿较多的煤矸石中回收硫铁矿，是一种分选精度很高的单元操作。在摇床分选设备中最常用的是平面摇床。平面摇床主要由床面、床头和传动机构组成。床面近似呈梯形，横向有1.55的倾斜。,图3-20 摇床上颗
34、粒分带情况示意图,摇床床面上扇形分带是不同性质颗粒横向运动和纵向运动的综合结果，大密度颗粒具有较大的纵向移动速度和较小的横向移动速度，其合速度方向偏离摇动方向的倾角小，趋向于重产物端；小密度颗粒具有较大的横向移动速度和较小的纵向移动速度，其合速度方向偏离摇动方向的倾角大，趋向于轻产物端。大密度粗粒和小密度细粒则介于上述两者之间。,在摇床分选过程中，物料的松散分层及在床面上的分带，直接受床面的纵向摇动及横向水流冲洗作用支配。床面摇动及横向水流流经床条所形成的涡流，造成水流的脉动，使物料松散并按沉降速度分层。由于床面的摇动，导致细而重的颗粒钻过颗粒的间隙，沉于最底层，这种作用称为析离。析离分层是摇
35、床分选的重要特点。它使颗粒按密度分层更趋完善。分层的结果是粗而轻的颗粒在最上层，其次是细而轻的颗粒，再次之是粗而重的颗粒，最底层是细而重的颗粒。,图3-21 摇床上析离分层示意图,摇床分选具有以下特点：床面的强烈摇动使物料松散并按沉降速度分层，分选过程中析离（通过床面摇动使细而重的颗粒穿过间隙沉于最底层的作用）占主导，使其按密度分选更加完善；摇床分选是斜面薄层水流分选的一种，因此，等径颗粒可因移动速度的不同而达到按密度分选；不同性质颗粒的分离，不单纯取决于纵向和横向的移动速度，而主要取决于它们的合速度偏离摇动方向的角度。,4、跳汰分选,图3-22 隔膜跳汰及分选示意图,跳汰分选是在垂直变速介质
36、流中按密度分选固体废物的一种方法，它使磨细的混合废物中的不同粒子群，在垂直脉动运动介质中按密度分层，小密度的颗粒群位于上层，大密度的颗粒群（重质组分）位于下层，从而实现物料的分离。在生产过程中，原料不断地送进跳汰装置，轻重物质不断分离并被淘汰掉，这样可形成连续不断的跳汰过程。跳汰介质可以是水或空气，但目前用于固体废物分选的介质都是水。在固体废物的分选中，国外主要用作混合金属废物的分离。,图3-23 颗粒在跳汰时的分层过程,图3-24 跳汰机中推动水流运动的形式,隔膜鼓动脉动频率一般为每分钟100300次。,图3-25 跳汰分选装置及工作过程,磁力分选,3.3.3.1 磁选1、基本概念（1）磁矩
37、、磁化强度 矿物颗粒在外磁场中磁化后，可以看成一根等效的磁棒。磁棒的磁矩为：M=Q磁L式中Q磁磁棒的磁极强度，安米；L磁棒的长度，米。但磁矩M不能说明矿粒被磁化的程度。例如有甲乙两个磁性和体积各不相同的物体，甲物体被磁化后的磁矩大，而乙较小，似乎甲比乙磁化得厉害，其实并不一定。如果乙物体中的分子或原子磁矩全部沿外磁场方向取向了，则说明乙磁化得厉害。,因此为了描述矿物颗粒的磁化状态（磁化方向和强度），需要引入磁化强度的概念才能反映物体被磁化的程度。磁化强度在数值上是矿物颗粒单位体积内的磁矩。用J表示，即J=M/V式中J矿物颗粒的磁化强度，安/米；M 矿物颗粒的磁矩，安平方米；V矿物颗粒的体积，立
38、方米。磁化强度是矢量，其方向则因矿粒性质而异；对反磁性矿粒，磁化强度的方向与外磁场方向相反；对于顺磁性矿粒，则与外磁场方向相同。磁化强度愈大，表明矿粒被外磁场磁化的程度愈大。,把磁化的矿物颗粒看成一根等效的磁棒。其磁化强度可以表示为：J=M/V=Q磁L/（SL）=Q磁/S=Q0式中 S矿物颗粒的等效面积，平方米；L矿物颗粒的等效长度，米；Q0单位面积上的磁极强度（磁极面密度），安/米。即矿物颗粒的磁化强度与它等效的磁棒单位面积上的磁极强度或磁极面密度相等。矿物颗粒被磁化后，也可以看成一个由许多表面圆电流构成的等效螺线管。螺线管的磁矩M为：M=NIS,式中 N螺线管的匝数；I螺线管的电流强度，安
39、；螺线管的截面积，平方米。因此，矿物颗粒的磁化强度也可以表示为：（）0式中表面圆电流的数目；每一表面圆电流的电流强度，安；等效螺线管的截面积，平方米；等效螺线管的长度，米；0单位长度上的表面圆电流强度，安米。即矿物颗粒的磁化强度等于与它等效的螺线管单位长度上的表面圆电流强度。,（2）磁化系数与比磁化系数的定义如果磁性和体积都相同的甲乙两物体，分别在不同的外磁场中磁化，设甲物体在较强的磁场中磁化，乙物体在较弱的磁场中磁化，那么肯定甲物体磁化强度大，乙物体磁化强度小，能否说甲比乙的磁性强呢？显然不能。若在相同的外磁场中磁化，它们的磁化强度是相同的。所以物体的磁化强度与外磁场强度有关。实验证明：在没
40、有达到磁饱和之前，物体的磁化强度与外磁场成正比例变化，也就是：0式中物体的磁化强度，安米；外磁场强度，安米；0比例系数，称为体积磁化系数，无量纲。0（）,由上式可以看出，体积磁化系数0就是矿物颗粒的磁化强度与外磁场强度的比值，是矿物的一个重要磁性指标，其物理意义是表示单位体积的矿物颗粒在单位磁场强度中磁化时产生的磁矩。显然，0的大小表示物体被磁化难易程度，0值愈大，表明愈容易被磁化。对于逆磁性矿粒0对于顺磁性矿粒0。但是由于物体的结构往往不均匀，其内部常存在着空隙，这样对于同一性质（化学组成相同）体积相同的两物体在相同的外磁场中磁化时，可以有不同的磁化强度，不同的0值，这主要是物体体积内空隙影
41、响的结果。空隙越多，取向的磁矩数量越少。,当然，除了空隙外，还有影响物体磁化的其他因素，目前还研究得不够。为此就需要用单位质量的磁化系数，也就是物体的比磁化系数0来说明物的磁性。即0（）0比磁化系数0就是单位质量的矿粒在单位强度的外磁场中所产生的磁矩。它能更确切地表示物体的磁性。应当指出，0和0一样是一个和矿粒性质密切相关的重要磁性常数。对于大多数物体，如弱磁性物体0与0是一个常数，只有少数物体，例如强磁性矿物的0与0不是常数。,2、磁选原理磁选是利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。磁选过程是将固体废物输入磁选机后，磁性颗粒在不均匀磁场作用下被磁化，从而受磁场
42、吸引力的作用，使磁性颗粒吸在圆筒上，并随圆筒进入排料端排出；非磁性颗粒由于所受的磁场作用力很少，仍留在废物中而被排出。固体废物颗粒通过磁选机的磁场时，同时受到磁力和机械力（包括重力、离心力、介质阻力、摩擦力等）的作用。磁性强的颗粒所受的磁力大于其所受的机械力，而非磁性颗粒所受的磁力则以机械力占优势，由于作用在各种颗粒上的磁力和机械很小，则以机械力占优势。由于作用在各种颗粒上的磁力的合力不同，使它们的运动轨迹也不同，从而实现分离。,磁性颗粒分离的必要条件是磁性颗粒所受的磁力必须大于与它方向相反的机械力的合力，即：f磁f机 式中：f磁磁性颗粒所受的磁力；f机与磁力方向相反的机械力的合力。该式不仅说
43、明了不同磁性颗粒的分离条件，同时也说明了磁选的实质，即磁选是利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的。,3、磁选机的磁场 在磁选机能够使磁体产生磁力作用的空间，称为磁选机的磁场。磁场可分为均匀磁场和非均匀磁场两种类。均匀磁场中各点的磁场强度大小相等，方向一致。非均匀磁场中各点的磁场强度大小和方向都是变化的。磁场的非均匀性可用磁场梯度来表示。磁场强度随空间位移的变化率称为磁场梯度，用dH/dx表示。磁场梯度为一矢量，其方向为磁场强度变化最大的方向，并且指向H增大的一方，对均匀磁场中dH/dx=0，非均匀磁场中dH/dx0。,磁性颗粒在均匀磁场中只受转矩的作用，使它的长轴平行于磁场方向。在
44、非均匀磁场中，颗粒不仅受转矩的作用，还受磁力的作用，结果使它既发生转动，又向磁场梯度增大的方向移动，最后被吸在磁极外表面上。这样磁性不同的颗粒才能得以分离。因此磁选只能在非均匀磁场中实现。4、固体废物中各种物质磁性的分类根据固体废物比磁化系数的大小，可大致分为以下三类：（1）强磁性物质其比磁化系数（X0）3810-6m3/kg，在弱磁场磁选机中可分离出这类物质。,（2）弱磁性物质其比磁化系数（X0）=（）10-6m3/kg，可在强磁场磁选机中分离出这类物质。（3）非磁性物质其比磁化系数（X0）0.1910-6m3/kg，在磁选机中可以与磁性物质分离。,5、磁选设备及应用（1）磁力滚筒磁力滚筒又
45、称磁滑轮，有永磁和电磁两种。应用较多的是永磁滚筒（图3-26）。这种设备的主要组成部分是一个回转的多极磁系，和套在磁系外面的用不锈钢或铜、铝等非导磁材料制的圆筒。一般磁系包角为360。磁系与圆筒固定在同一个轴上，安装在皮带运输机头部(代替传动滚筒)。将固体废物均匀地给在皮带运输机上，当废物经过磁力该筒时，非磁性或磁性很弱的物质在离心力和重力作用下脱离皮带面，而磁性较强的物质受磁力作用被吸在皮带上，并由皮带带到磁力滚筒的下部，当皮带离开磁力滚筒伸直时，由于磁场强度减弱而落人磁性物质收集槽中。,这种设备主要用于工业固体废物或城市垃圾的破碎设备或焚烧护前，除去废物中的铁器，防止损坏破碎设备或焚烧炉。
46、,图3-26 永磁滚筒磁选机结构与工作原理,（2）湿式CTN型永磁圆筒式磁选机 CTN型永磁圆筒式磁选机的构造型式为逆流型（图3-27）。它的给料方向和圆筒旋转方向或磁性物质的移动方向相反。物料液由给料箱直接进入圆筒的磁系下方，非磁性物质由磁系左边下方的底板上排料口排出。磁性物质随圆筒逆着给料方向移到磁性物质排料端，排入磁性物质收集槽中。,图3-27 湿式逆流型永磁圆筒式磁选机,（3）悬吊磁铁器悬吊磁铁器主要用于去除城市垃圾中的铁器，保护破碎设备及其它设备免受损坏。悬吊磁铁器有一般式除铁器和带式除铁器两种（图3-28）。当铁物数量少时采用一般式，当铁物数量多时采用带式。一般式除铁器是通过切断电
47、磁铁的电流排除铁物，而带式除铁器则是通过胶带装置排除铁物。,图3-28 悬吸型磁选机,3.3.3.2 磁流体分选（MHS）,1、磁流体分选原理磁流体分选是利用磁流体作为分选介质，在磁场或磁场和电场的联合作用下产生密度的差异或磁性，用磁流体作为分选介质，在磁场或磁场和电“加重”作用，按固体废物各组分的磁性和导电性和密度的差异，使不同组分分离。当固体废物中各组分间的磁性差异小而密度或导电性差异较大时，采用磁流体可以有效地进行分离。所谓磁液体是指某种能够在磁场或磁场和电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒产生磁浮力作用的稳定分散液。,磁流体通常采用强电解质溶液，顺磁性溶液和铁磁性胶体悬浮液。似加
48、重后的滋流体仍然具有液体原来的物理性质，如密度、流动性、粘滞性等。似加重后的密度称为视在密度，它可以通过改变外磁场强度、磁场梯度或电场强度来调节。视在密度高于流体密度（真密度）数倍，流体真密度一般为14001600kg/m3左右，而似加重后的流体视在密度可高达19000 kg/m3，因此，磁流体分选可以分离密度范围宽的固体废物。磁流体分选根据分离原理与介质的不同，可分为磁流体动力分选和磁流体静力分选两种。,（1）磁流体动力分选（MHDS)磁流体动力分选是在磁场（均匀磁场或非均匀磁场）与电场的联合作用下，以强电解质溶液为分选介质，按固体废物中各组分间密度、比磁化率和电导率的差异使不同组分分离。磁
49、流体动力分选的研究历史较长，技术也较成熟，其优点是分选介质为导电的电解质溶液，来源广、价格便宜，粘度较低，分选设备简单，处理能力较大，处理粒度为0.56mm的固体废物时，可达50t/h，最大可达100600t/h。缺点是分选介质的视在密度较小，分离精度较低。,（2）磁流体静力分选（MHSS)磁流体静力分选是在非均匀磁场中，以顺磁性液体和铁磁性胶体悬浮液为分选介质，按固体废物中各组分间密度和比磁化率的差异进行分离。由于不加电场，不存在电场和磁场联合作用产生的特性涡流，故称为静力分选。其优点是视在密度高，如磁铁矿微粒制成的铁磁性胶体悬浮液视在密度高达19000kg/m3，介质粘度较小，分离精度高。
50、缺点是分选设备较复杂，介质价格较高，回收困难，处理能力较小。通常，要求分离精度高时，采用静力分选；固体废物中各组分间电导率差异大时，采用动力分选。,磁流体分选是一种重力分选和磁力分选联合作用的分选过程。各种物质在似加重介质中按密度差异分离，这与重力分选相似，在磁场中按各种物质间磁性（或电性）差异分离与磁选相似。不仅可以将磁性和非磁性物质分离，而且也可以将非磁性物质之间按密度差异分离。因此，磁流体分选法在固体废物处理与利用中占有特殊的地位。它不仅可以分离各种工业固体废物，而且还可以从城市垃圾中回收铝、铜、锌、铅等金属。,2、分选介质（1）顺磁性盐溶液顺磁性盐溶液有三十多种，Mn、Fe、Ni、Co
