南開大學(xué)固體廢物處理與處置課件4

第四章固體廢物分選環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院@南開大學(xué)本章重點【概念】篩分原理;篩分效率;重選/電選/浮選原理【知識點】篩分設(shè)備及應(yīng)用;風(fēng)選設(shè)備及應(yīng)用;電選設(shè)備及應(yīng)用;浮選工藝過程4.1分選方法人工分選和機械分選機械分選。常見的方法包括：利用粒度差異的篩選（也稱篩分）、利用密度差異的重力分選、利用磁性差異的磁力分選、利用導(dǎo)電性差異的電力分選（也稱靜電分選）、利用表面潤滑性差異的浮選、利用光電性（顏色或光澤）差異的光電分選、利用摩擦性差異的摩擦分選、利用彈性差異的彈跳分選等等。

X11+X21+…+Xn1X12+X22+…+Xn2︰X1+Y1X2+Y2進料X0+Y0進料X0+Y0進料X10+X20+…+Xn0二級分選機多級分選機X1+Y1X2+Y2︰Xm+Ym多級分選機X1m+X2m+…+Xnm

圖4.1二級分選機和多級分選機流程圖

回收率是指單位時間內(nèi)某種物料在某個出料口排出量與進入分選裝置量之比。X物料在第一出料口的回收率RX1可用下式表示：

（4-1）同樣，Y物料在第二出料口的回收率RY2可用下式表示：

（4-2）

純度是指單位時間內(nèi)某種物料在某個出料口排出量與該出料口排出總量之比。X物料在第一出料口的純度PX1可用下式表示：

（4-3）同樣，Y物料在第二出料口的純度PY2可用下式表示：

（4-4）

多級分選裝置有兩個以上出料口，包括兩大類。第一類多級分選裝置較為簡單，其特點是待分選的固體廢物只有X物料和Y物料，每一出料口中都排出X物料和Y物料，但含量不同。此時，第i個出料口中X物料的回收率RXi：

（4-5）同樣，第i個出料口中X物料的純度PXi：

（4-6）第二類多級分選裝置應(yīng)用較多，其特點是待分選的固體廢物由N種物料（X1、X2、X3、…、XN）組成，要分選出其中m種物料。此時，第i個出料口中XI物料的回收率RXIi：

（4-7）同樣，第i個出料口中XI物料的純度PXIi：

（4-8）4.2篩選4.2.1篩選的基本原理篩選也稱篩分，它是根據(jù)固體廢物顆粒的粒度差異，利用篩子將廢物中粒度小于篩子孔徑的細(xì)粒物料透過篩面，而大于篩子孔徑的粗粒物料留在篩面上，從而完成粗、細(xì)物料的分離過程。篩選過程分為兩個階段：第一階段是物料分層；第二階段是細(xì)粒透篩。細(xì)粒物料透篩時，盡管其粒度都小于篩子孔徑，但它們透篩的難易程度卻不同，可大致分成兩類：粒度小于篩子孔徑3/4的細(xì)粒物料顆粒，稱為“易篩粒”；粒度大于篩子孔徑3/4的細(xì)粒物料顆粒，稱為“難篩?！?。物料分層過程中，粒度大于篩子孔徑1.5倍的粗粒物料對細(xì)粒物料自上而下向篩面轉(zhuǎn)移時所設(shè)置的障礙并不大；直徑小于篩孔尺寸1~1.5倍的粗粒，在篩面所組成的下層物料,卻能使粒度接近“難篩?！钡念w粒難以接近篩孔。所以，粒度大于篩孔，但又小于篩孔1.5倍的顆粒稱為“阻礙粒”。顆粒透過篩孔的可能性或機會大小，稱為透篩概率。影響顆粒的透篩概率的因素有：篩孔孔徑、顆粒與篩孔的相對尺寸、篩面的開孔率、顆粒的形狀、物料的性質(zhì)（粘性、溫度等）、顆粒運動方向與篩面之間的夾角。

4.2.2篩選效率的影響因素

影響篩選效率的因素很多，主要包括固體廢物性質(zhì)、篩選設(shè)備性能和篩選操作條件三方面，通常篩選效率在85%～95%。⑴固體廢物性質(zhì)的影響固體廢物的粒度及分布對篩選效率影響較大。固體廢物中易篩粒含量越高，篩選效率越高；而難篩粒、阻礙粒含量越高，篩選效率則越低。固體廢物的含水量、形狀等影響。⑵篩選設(shè)備性能的影響

包括篩網(wǎng)的孔徑，篩網(wǎng)的形狀，篩網(wǎng)的形式，還有篩網(wǎng)的運動形式，運動強度，篩面傾斜角等。表4.2不同類型篩子的篩選效率篩子類型固定篩轉(zhuǎn)筒篩搖動篩振動篩篩選效率/%50～606070～80>90⑶篩選操作條件的影響

比如篩面運動幅度和強度的控制等。4.2.3篩選設(shè)備適用于固體廢物處理的篩選設(shè)備種類很多，大體分成固定篩、滾筒篩和振動篩三類。目前應(yīng)用廣泛的是物料運動方向與篩面垂直的振動篩。振動篩的主導(dǎo)產(chǎn)品是圓振動篩和直線振動篩，由此派生的電磁振動篩、高頻振動篩、共振篩、琴弦篩、等候篩、馳張篩、概率篩等。⑴固定篩根據(jù)結(jié)構(gòu)、形狀和用途的不同，固定篩又分為格篩、棒條篩、條縫篩、弧形篩和旋流篩。⑵滾筒篩圖4.3滾筒篩篩面1—給料；2—運動方向；3—排出物；4—篩出物圖4.5滾筒篩內(nèi)物料顆粒運動狀態(tài)⑶振動篩

振動篩的特點是振動方向與篩面垂直或近似垂直，振動次數(shù)600～3600r/min，振幅0.5～1.5mm。物料在篩面上發(fā)生析離現(xiàn)象，密度大而粒度小的顆粒鉆過密度小而粒度大的顆粒之間的空隙，進入下層到達篩面。振動篩的傾角一般在8°～40°之間。振動篩由于篩面強烈振動，消除了堵塞篩孔的現(xiàn)象，有利于濕物料的篩選，可用于粗、中、細(xì)粒的篩分，還可以用于脫水振動和脫泥篩分。振動篩主要有慣性振動篩和共振篩兩類，其中前者廣泛應(yīng)用于固體廢物處理過程。慣性振動篩適用于細(xì)粒（0.1～0.15mm）的篩選，也可用于潮濕或粘性固體廢物的篩選。圖4.6慣性振動篩構(gòu)工作原理示意圖1－篩箱；2－篩網(wǎng)；3－皮帶輪；4－主軸；5－軸承；6－配重輪；7－重塊；8－板簧1－上篩箱；2－下機體；3－傳動裝置；4－共振彈簧；5－板簧；6－支承彈簧圖4.7共振篩的原理示意圖共振篩具有處理能力大、篩選效率高、耗電少及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛，不僅適用于固體廢物中的細(xì)粒篩選，還可用于固體廢物作業(yè)的脫水、脫重介質(zhì)和脫泥篩選。

重力分選簡稱重選，是根據(jù)固體廢物中不同物質(zhì)顆粒間的密度差異，在運動介質(zhì)中受到重力、介質(zhì)動力和機械力的作用，使顆粒群產(chǎn)生松散分層和遷移分離，從而得到不同密度產(chǎn)品的分選過程。按照介質(zhì)的不同，重力分選可分為水力分選、風(fēng)力分選和搖床分選等。水力分選是用水作介質(zhì)進行的分選，可分為：重介質(zhì)分選和跳汰分選。第二節(jié)重力分選環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院@南開大學(xué)重介質(zhì)分選重介質(zhì)分選是在重介質(zhì)（密度大于水的非均勻介質(zhì)，包括重液和重懸浮液兩種流體）中使固體廢物中的顆粒群按其密度的大小分開以達到分離目的的方法。為能達到良好的分選效果，關(guān)鍵是重介質(zhì)的選擇。要求重介質(zhì)的密度應(yīng)介于固體廢物中輕物料密度和重物料密度之間，即：

（4-19）

表4.3重懸浮液加重質(zhì)的性質(zhì)種類密度(g/cm3)摩氏硬度（g/cm3）磁性回收方法硅鐵6.963.8強磁性磁選方鉛礦7.52.5～2.73.3非磁性浮選磁鐵礦5.062.5強磁性磁選黃鐵礦4.9～5.162.5非磁性浮選毒砂5.9～6.25.5～62.8非磁性浮選跳汰分選：在垂直高速的水力作用下，使固體廢物按密度分選的一種方法。跳汰分選時，將固體廢物放入跳汰機的篩板上，形成密集的物料層，從篩板的下面周期性的給入脈沖水流，使物料層松散并按密度分層，上層的輕物料被水平水流帶到機外，成為輕產(chǎn)物，下層的重料一部分透過篩板成為篩下重物，還有部分篩上物質(zhì)。（2）跳汰分選跳汰分選原理：（a）分層前顆粒混雜堆積；（b）上升水流將床層抬起；（c）顆粒在水流中沉降分層；（d）下降水流，床層緊密，重顆粒進入底層圖4.11顆粒在跳汰時的分層過程跳汰分選設(shè)備：（a）隔膜鼓動（b）空氣鼓動

圖4.12跳汰機中推動水流運動的形式風(fēng)力分選原理

風(fēng)力分選簡稱風(fēng)選，又稱氣流分選。是以空氣為分選介質(zhì)，在氣流作用下使固體廢物顆粒按密度和粒度進行分選的一種方法。按氣流吹入分選設(shè)備內(nèi)的方向不同，分選設(shè)備可分為兩種類型：水平氣流分選和上升氣流分選。環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院@南開大學(xué)風(fēng)選:按密度分選

圖2.1顆粒在靜止空氣中的受力分析Go=G－P=Vsg－Vg=V(s－)g根據(jù)牛頓定律：有效重力，Go空氣阻力，R沉降速度，V增加：上升氣流水平氣流沉降末速“等降顆?！鳖w粒在空氣中的沉降末速：------顆粒的直徑；

------顆粒的密度；------空氣的密度；------阻力系數(shù)；------重力加速度。式中：（2-1）

固體顆粒實際沉降速度v=v0－ua當(dāng)v>0，顆粒向下作沉降運動；當(dāng)v=0，顆粒作懸浮運動；當(dāng)v<0，顆粒向上作漂浮運動。沉降速度，V有效重力，Go空氣阻力，R上升氣流，ua圖2.2顆粒在上升氣流中的受力分析固體顆粒的實際運動方向：圖2.3顆粒在水平氣流中的受力分析有效重力，Go空氣阻力，R氣流速度，ua沉降末速，vo立式風(fēng)力分選機：上升氣流風(fēng)選機風(fēng)選設(shè)備臥式風(fēng)力分選機：水平氣流風(fēng)選機圖2.4臥式風(fēng)力分選機結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖

圖2.5立式風(fēng)力分選機工作原理示意圖

旋流器給料提取物空氣重質(zhì)組分輕質(zhì)組分給料重質(zhì)組分旋流器空氣提取物輕質(zhì)組分提取物給料風(fēng)機旋流器重質(zhì)組分輕質(zhì)組分空氣重質(zhì)組分給料輕質(zhì)組分空氣（a）鋸齒型風(fēng)力分選機（b）振動式風(fēng)力分選機（c）回轉(zhuǎn)式風(fēng)力分選機提取物給料重質(zhì)組分空氣旋流器輕質(zhì)組分重質(zhì)組分空氣輕質(zhì)組分振動方向給料搖床分選

搖床分選是在一個傾斜的床面上，借助床面的不對稱往復(fù)運動和薄層斜面水流的綜合作用，使細(xì)粒固體廢物按密度差異在床面上呈扇形分布而進行分選的一種方法。搖床分選設(shè)備工作原理：圖4.17搖床上顆粒分帶情況示意圖1－給料端；2－輕產(chǎn)物端；3－傳動端；4－重產(chǎn)物端第三節(jié)磁力分選f磁非磁性產(chǎn)品f機磁性產(chǎn)品廢物磁選分離的關(guān)鍵是確定合適的f磁磁選：利用磁性差異，在不均勻的磁場中進行分離。為比磁化系數(shù)磁選分離的條件：根據(jù)H的大小，磁選設(shè)備可分為三類：①弱磁場磁選設(shè)備，磁極表面H

1700OS，②強磁場磁選設(shè)備，磁極表面H

6000～26000OS；③中等磁場磁選設(shè)備，磁極表面H=2000～6000OS。根據(jù)x0的大小，廢物可分成三類：①強磁性物質(zhì)，x0>38×10-6

cm3/g；②弱磁性物質(zhì)，x0=（0.19～7.5）×10-6cm3/g；③非磁性物質(zhì)，x0<0.19×10-6

cm3/g。圖3.1吸持型磁選機

給料電磁鐵刮片磁性產(chǎn)品非磁性產(chǎn)品（a）滾筒式吸持磁選機（b）帶式吸持磁選機旋轉(zhuǎn)方向電磁鐵刮片磁性產(chǎn)品非磁性產(chǎn)品給料（a）一般式除鐵器磁性產(chǎn)品帶式磁選機非磁性產(chǎn)品給料圖3.2懸吊型磁選機

（b）帶式除鐵器電磁鐵給料非磁性物質(zhì)磁性物質(zhì)磁性物質(zhì)分隔檔板運輸皮帶（a）永磁磁力滾筒結(jié)構(gòu)示意圖固體廢物磁性物質(zhì)分離塊隔離板非磁性物質(zhì)圖3.3永磁滾筒磁選機結(jié)構(gòu)與工作原理圖（b）磁滾筒分選原理圖磁選機目前使用的電選機，按電場特征主要分為（1）靜電分選機（2）電暈-靜電復(fù)合電場分選機

根據(jù)導(dǎo)電性，廢物分為導(dǎo)體半導(dǎo)體非導(dǎo)體第四節(jié)電力分選電選：電性圖4.24電選分離過程示意圖1－給料斗；2－輥筒電極；3－電暈電極；4－偏向電極；5－高壓絕緣子；6－毛刷電極轉(zhuǎn)鼓導(dǎo)體產(chǎn)品槽非導(dǎo)體產(chǎn)品槽－電荷＋電荷（a）靜電輥筒式分選機（b）YD-4型高壓電選機圖4.1顆粒帶電方式:直接傳導(dǎo)帶電、電暈帶電浮選是在固體廢物與水調(diào)制的料漿中,加入浮選劑,并通過空氣形成無數(shù)細(xì)小氣泡,使欲選物質(zhì)顆粒粘附在氣泡上,隨氣泡上浮于料漿表面成為泡沫層,然后刮出回收;不浮的顆粒仍留在料漿內(nèi),通過適當(dāng)處理后廢棄。第五節(jié)浮選潤濕性:物質(zhì)被水潤濕的程度.許多無機廢物極易被水潤濕，而有機廢物則不易被水潤濕。易被水潤濕的物質(zhì)，稱為親水性物質(zhì)；不易被水潤濕的物質(zhì)，稱為疏水性物質(zhì)。浮選藥劑：捕收劑、起泡劑、調(diào)整劑常用的捕收劑異極性捕收劑：黃藥類、脂肪酸類非極性油類捕收劑：煤油、柴油等

（1）捕收劑：主要作用是使欲浮的廢物顆粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向氣泡附著。

圖5.1黃藥分子與固體顆粒表面作用示意圖從煤矸石中回收黃鐵礦時，常用黃藥作捕收劑；從粉煤灰中回收未燃盡碳、廢石墨等，常用煤油作捕收劑。

（2）起泡劑：表面活性物質(zhì)，主要作用在水-氣界面上使其界面張力降低，促使空氣在料漿中彌散，形成小氣泡，防止氣泡兼并，增大分選界面，提高氣泡與顆粒的粘附和上浮過程中的穩(wěn)定性，以保證氣泡上浮形成泡沫層常用的起泡劑:松油、松醇油、脂肪醇等。松醇油的主要成分為α-萜烯醇（C10H17OH）結(jié)構(gòu)式為：

圖5.2起泡劑與捕收劑的相互作用

圖5.1起泡劑在氣泡表面的吸附表5.1常用的調(diào)整劑種類調(diào)整劑系列pH調(diào)整劑活化劑抑制劑絮凝劑分散劑典型代表酸、堿金屬陽離子、陰離子HS－、HSiO3－等O、SO2和淀粉、單寧等腐植酸、聚丙烯酰胺水玻璃磷酸鹽

（3）調(diào)整劑：主要作用是調(diào)整捕收劑的作用及介質(zhì)條件。1－葉輪；2－蓋板；3－受漿箱；4－進漿管；5－循環(huán)孔；6－槽子；7－套管；8－軸；9－皮帶輪；10－進氣管；11－槽間隔板；12－調(diào)節(jié)循環(huán)量的閘門；13－閘門；14－閘門；15－穩(wěn)流板圖4.31空氣自吸式機械攪拌浮選機及其吸氣裝置構(gòu)造圖4.32國產(chǎn)浮選柱結(jié)構(gòu)示意圖1－豎管充氣器；2－下體；3－上體；4－中間圓筒；5－風(fēng)室；6－給礦器；7－尾礦管浮選工藝過程：包括調(diào)漿、調(diào)藥、調(diào)泡三個程序。（1）調(diào)漿：浮選前料漿濃度的調(diào)節(jié)，它是浮選過程的一個重要作業(yè)。一般，浮選密度較大、粒度較粗的廢物顆粒，往往用較濃的料漿；反之浮選密度較小的廢物顆粒，可用較稀的料漿。（2）調(diào)藥：浮選過程藥劑的調(diào)整，包括提高藥效、合理添加、混合用藥、料漿中藥劑濃度調(diào)節(jié)與控制等。（3）調(diào)泡：浮選氣泡的調(diào)節(jié)。氣泡越小，數(shù)量越多，氣泡在料漿中分布越均勻，料漿的沖氣程度越好，為欲浮顆粒提供的氣液界面越充分，浮選效果越好。對機械攪拌式浮選機，當(dāng)料漿中有適量起泡劑存在時，大多數(shù)氣泡直徑介于0.4～0.8mm，最小0.05mm，最大1.5mm，平均0.9mm左右。浮選的應(yīng)用

浮選是固體廢物資源化的一種重要技術(shù)。我國已經(jīng)應(yīng)用于從粉煤灰中回收炭，從煤矸石中回收硫鐵礦，從焚燒爐灰渣中回收金屬等。浮選的缺點：在浮選前有些工業(yè)固體廢物需要破碎和磨碎到一定細(xì)度；浮選時需要消耗一定數(shù)量的浮選藥劑且易造成環(huán)境污染或增加相配套的凈化設(shè)施；另外還需要一些輔助工序如濃縮、過濾、脫水、干燥等。第六節(jié)其他分選方法一、摩擦與彈跳分選

摩擦與彈跳分選：根據(jù)固體廢物中各組分在斜面上摩擦系數(shù)和碰撞系數(shù)的差異，造成不同組分在斜面上具有不同的運動速度和彈跳軌跡而實現(xiàn)彼此分離的一種處理方法。（1）分選原理

給料顆粒廢物纖維廢物重力摩擦力（2）分選設(shè)備：三種顆粒廢物細(xì)粒灰土纖維廢物給料（a）帶式篩

特點：帶面由篩網(wǎng)或刻溝的膠帶制成；傾斜安裝帶有振動裝置；帶面安裝傾角大于顆粒廢物的摩擦角，小于纖維廢物的摩擦角。重的彈性顆粒輕的非彈性顆粒斜板運輸機給料（b）斜板運輸分選機特點：廢物中的磚瓦、鐵塊、玻璃等與斜板板面產(chǎn)生彈性碰撞，向板面下部彈跳，從斜板分選機下端排出。而纖維織物、木屑等與斜板板面為塑性碰撞，不產(chǎn)生彈跳，因而隨斜板運輸板向上運動，從斜板上端排出。（c）反彈滾筒分選機特點：廢物由傾斜拋物皮帶運輸機拋出，與回彈板碰撞，其中鐵塊、磚瓦、玻璃等與回彈板、分料滾筒產(chǎn)生彈性碰撞，被拋入重的彈性產(chǎn)品收集倉。而纖維廢物、木屑等與回彈板為塑性碰撞，不產(chǎn)生彈跳，被分料滾筒拋入輕的非彈性產(chǎn)品收集倉，從而實現(xiàn)分離。回彈板滾筒重的彈性顆粒給料