第五章固体废物的分选

第五章固体废物的分选,本章重点掌握筛分、重力分选、磁力分选等分选方法的原理及特点，了解各类分选设备的应用。,5-1物料分选的一般理论,为了从一种混合物料中将各种纯净的物质分选出来，分选过程可以按两级识别（两个排物料口）或多级识别（两个以上排料口）来确定。,一两级分选机,进料X0+Y0,两级分选机,X1+Y1,X2+Y2,X物料的回收率可用下式表示：Y物料的回收率可用下式表示：纯度：,二多级分选机,进料X0+Y0,多级分选,X1Y1,X2Y2,Xm+Ym,X物料的回收率是:X物料的纯度为：,三分选效率,雷特曼定义其综合分选效率为综合分选效率,5-2筛分,一筛分原理,利用固体废物的粒度差，使固体废物颗粒在具有一定孔径的筛网上振动，把通过筛孔的小粒子群和未能通过筛孔的大粒子群分开的过程。“易筛粒”-粒度小于筛孔尺寸3/4的颗粒。“难筛粒”-粒度大于筛孔尺寸3/4的颗粒。,二筛分分类,筛分作业可分为六类：独立筛分其目的在于获得符合用户要求的最终产品；准备筛分其目的在于为下一步作业做准备；预先筛分在破碎之前有筛分，目的在于预先筛分出合格或无须破碎的产品，提高破碎作业的效率，防止过度破碎并节省能源；检查筛分对破碎的产品进行筛分，又称为控制筛分；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，来进行筛分作业；脱水筛分脱出物料中的水分，该法常用于废物脱水或脱泥,三筛分效率,筛分效率：Q入筛固体废物重量；Q1筛下固体废物重量；入筛固体废物中小于筛孔的细粒含量，%；筛上产品中含有小于筛孔尺寸的细粒重量百分数，%；筛下产品中含有小于筛孔尺寸的细粒重量百分数，%；,四影响筛分效率的因素,筛分物料性质的影响：固体废物颗粒尺寸、固体废物的含水率和含泥量、固体废物的颗粒形状筛分设备性能对筛分效率的影响：筛子的筛面、筛孔、筛孔尺寸、筛面、筛面运动方式、筛面倾角。筛分操作条件的影响：连续均匀给料、及时清理和维修筛面、筛子的运动强度,五筛分设备类型及应用,固定筛滚筒筛：（转筒筛）振动筛,滚筒筛,颗粒P受到几个力的作用,重力,向心力,离心力,当F离F向时，颗粒不会落下，此时,此时,当转速增大时：此时颗粒不再落下，这时的转速称为临界转速,园振筛,5-3重力分选,重力分选就是根据固体废物中不同颗粒间的密度差异，以及在运动介质中受到的重力、介质动力和其它机械力的作用不同，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度产品的分选过程。,各种重力分选过程具有的共同工艺条件是：,（1）固体废物中颗粒间必须存在密度的差异；,（2）分选过程都是在运动介质中进行的；,（3）在重力、介质动力和其它机械力的综合作用下，使颗粒群松散并按密度分层；,（4）分好层的物料在运动介质的推动下互相迁移，彼此分离，并获得不同密度的最终产品。,一重力分选原理,重力,浮力,介质摩擦阻力,当FE、FB、FD三个力达到平衡时，加速度为零时的速度为末速度，此时有：,CD是与颗粒的尺寸及运动状况有关，通常用雷诺数Re来表述,如果假定液体运动为层流，则CD=24/Re。则得：,二重介质分选,1重介质分选原理：在重介质中使固体废物中的颗粒按密度分开的方法称为重介质分选。S2S1沉降速度S可用牛顿公式表示：2重介质：重液和重悬浮液,重液,重液是一些可溶性高密度的盐溶液（如CaCl2、ZnCl2等）或高密度的有机液体(如CCl4、CHCl3、CHBr3、四溴乙烷等)。,重悬浮液是在水中加入高密度的固体微粒（加重质）而构成的固液两相分散体系，其密度可随固体颗粒的种类和含量而变。悬浮液的密度（又称视在密度）：式中：CV-为重介质所占体积百分数a-为重介质本身的干密度加重质的加入量：悬浮液的粘度（又称视在粘度a）或式中：为组成悬浮液的液体的粘度；C为悬浮液中固体微粒的体积浓度；X为悬浮液中液体体积百分比。,重悬浮液,工业应用中为保持悬液的稳定，可以采用以下方法：,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；,加入胶体稳定剂。如水玻璃、铝酸盐、淀粉、烷基硫酸盐、膨润土和合成聚合物等；,适当的机械搅拌促使悬浮液更加稳定。,3重介质分选设备,三跳汰分选,1跳汰分选原理,不同密度的固体颗粒，在垂直脉冲运动（垂直变速）介质流中反复交替地膨胀收缩，按密度分选固体废物的一种方法。其运动介质为水，故称为水力跳汰分选。,2跳汰分选设备,隔膜跳汰机无活塞跳汰机,隔膜跳汰机,四风力分选（风选或气流分选）,1风力分选原理：是以空气为分选介质，在气流作用下使废物颗粒按密度和粒度进行分选。,浮力：,重力：,有效重力（合力）：,若,静止介质中固体废物的运动状态主要受介质密度的影响,颗粒在空气介质中都作沉降运动，受到的空气阻力与运动方向相反。,空气阻力：,为阻力系数,根据牛顿定律：,则：,刚开始沉降时，v0，此时,为球形颗粒的初加速度，也是最大加速度,随着t的延长，v逐渐增大，导致,逐渐减小，最后,此时，沉降速度达到最大，固体颗粒在G0、R的作用下达到动态平衡而作等速沉降运动,最大沉降速度v0(沉降末速度）：,由于在空气介质中，而,因此有,当颗粒的粒径一定时，0S，密度大的颗粒沉降末速度大；当颗粒密度相同时，0d，直径大的颗粒沉降末速度大。由于沉降末速度同时与颗粒的密度、直径（粒度）及形状有关，因而在同一介质中，密度、粒度和形状不同的颗粒在特定条件下，可以具有相同的沉降末速度。这一现象称为等降，这样的颗粒称为等降颗粒。其中密度小的颗粒粒度（dr1）与密度大的颗粒粒度（dr2）之比，称等降比e0。,如果颗粒在上升气流中沉降，则达到沉降末速度时，颗粒的沉降速度（）等于颗粒对介质的相对速度（0）和上升气流速度（ua）之差。,因此，可以通过控制上升气流速度，控制固体废物中不同密度颗粒的运动状态，使有的固体颗粒上浮，有的下沉，从而将这些不同密度的颗粒加以分分离。,在水平气流中分选器中，颗粒的受力,颗粒受两个力作用：空气的动压力：,重力：,颗粒实际运动方向：,达拉法尔提出了适用于气流分选的经验模型,立式气流分选机：,水平式分选机：,2风选设备及应用,风选设备按气流吹入分选设备内方向不同分为水平气流风选机（卧式风力分选机）上升气流风选机（立式风力分选机）,卧式风力分选机,立式风力分选机,其他形式风力分选机,五摇床分选,摇床分选是使固体废物颗粒群在倾斜床面的不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用下按密度差异在床面上呈扇形分布而进行的一种方法。,5-3磁力分选,根据固体废物中各种物质的磁性差异，利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现分选。分类：（1）磁选（2）磁流体分选,一.磁选,1磁选原理：利用固体废物的磁性差异在非均匀磁场中进行分选的一种处理方法。,固体颗粒在磁选机内受到两个力的作用：磁力f磁；机械力f机（包括重力、离心力、介质阻力、摩擦力）。颗粒分离的必要条件是：磁力f磁f机,比磁力fm：,式中：X0为比磁化系数；V为颗粒体积；为颗粒密度；H为磁场强度，dH/dX为磁场梯度。,2磁选设备,磁选机中使用的磁铁有两类：电磁用通电方式磁化或极化铁磁材料；永磁利用永磁材料形成磁区。,常见的几种设备是：磁力滚筒；湿式CTN型永磁圆筒式磁选机；悬吊磁铁器。,永磁自卸式除铁器,二磁流体分选（MHS）,1磁流体分选的原理：磁流体分选是利用磁流体为分选介质，在磁场或磁场与电场的联合作用下产生“加重”作用，按固体废物各组分的磁性和密度的差异或磁性、导电性和密度的差异，使不同组分分离。,磁流体：是指某种能够在磁场或磁场与电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒具有磁浮力作用的稳定分散液。通常采用强电解质溶液、顺磁性溶液和铁磁性胶体悬浮液。,1磁流体静力分选：,是在不均匀的磁场中，以铁磁性胶体悬浮液或顺磁性液体为分选介质，根据物料之间的密度和比磁化系数的差异进行分选的方法。,在Z轴方向上，作用于颗粒上的力有如下几种：,重力：,磁力：,浮力：,磁浮力：,平衡时：,即：,X0-颗粒体积磁化系数,X0-介质体积磁化系数,m-介质密度,令：,则：,-颗粒在磁化加重液体中的浮升条件,式中：s颗粒密度与m介质密度之差，kg/cm3；0介质体积磁化系数0与颗粒体积磁化系数0差，m3/kg；H和dH/dz颗粒浮升高度处的磁场强度和磁场梯度，A/m2。,讨论：,对于一定的介质和颗粒而言，所以颗粒将在某点悬浮，说明不同的颗粒在磁加重的流体中确实有确定的沉浮点，以点为例：,粒子群中颗粒的C值差别越大，分选效果越好。C值相近颗粒难以分离，分选取机所能提供的最大HdH/dz不能小于拟浮颗粒的C值。,当分选物料均为非磁性颗粒时，0=0，F=Fg+Ff，颗粒在磁流体中只按密度分选，如上所述，当分选物料之一为铁磁性物质时，则按密度和磁性分选。,2磁流体动力分选,在磁场（均匀或不均匀）与电场联合作用下，以强电解质溶液为分选介质，根据物料之间密度、比磁化系数及电导率的差异进行分选的方法。磁流体动力分选。,磁场对运动电荷的作用称为罗仑兹力（Fe）：,对于电解质溶液：,式中：J电流强度；B磁感应强度,式中：溶液的电导率；E电磁场强度,一般情况下，B=H，在绝对电磁制中磁导率=1，故B=H。,可见，对位于均匀磁场中的强电解质溶液外加电场使深溶液通过电流，此时罗仑兹力对介质的作用，对流本单元总作用力等于重力和罗仑兹力的矢量和，即：,流体被加重，调整磁场和电场的方向，使Fg和Fe方向一致，即可获得最大视在密度max：,位于介质中的颗粒所受介质浮力Ff为：,考虑到固体颗粒本身电导率i时，罗仑兹力可用下式表示；,那么介质中颗粒所受的浮力为：,对于非导体：i可忽略不计，则：,此时罗仑兹力反向。上述分析表明，只要电流密度和磁场强度足够大，即可利用罗仑兹力分选良导体和非导体。,在不均匀磁场中，除了重力、罗仑兹力外，还有磁场力的作用，此时流体单元上的作用力F为：,则作用在固体单元上的作用力F为：,综上所述，磁流体分选创造了按物料密度、导电性和磁性进行综合分选的可能性，为固体废物分选回收提供了一个新方法。,3磁流体分选设备,5-5电力分选,利用固体废物中各组分在高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法。,一原理,二电选设备及应用,粉煤灰电选脱碳机,粉煤灰负压分选系统,粉煤灰正压分选系统,5-6浮选,是依据各种物料的表面性质的差异，在浮选剂的作用下，借助于气泡的浮力，从物料悬浮液中分选物料的过程。,一浮选原理,浮选是在固体废物与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒仍留在料浆内，通过适当处理后废弃,浮选的关键是固体废物中各组分对气泡粘附的选择性，它是由固体颗粒、水、气泡组成的三相界面间的物化特性所决定的，其中重要的是物质的表面润湿性。,物质表面的亲水、疏水性，可以通过浮选药剂的作用而加强（正确选用浮选剂是调整物质可浮性的主要外因条件）。颗粒能否附着于气泡上的关键是能否最大限度地提高被选颗粒的疏水性。,二浮选药剂,根据药剂在浮选过程中的作用不同。可分为捕收剂起泡剂调整剂,捕收剂,捕收剂能够选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面上，使其疏水性增强，提高可浮性，并牢固地粘附在气泡上而上浮。良好的捕收剂应具备：捕收作用强，具有足够的活性；有较高的选择性，最好人对一种物质颗粒具有捕收作用；易溶于水、无毒、成分稳定、不易变质；价廉易得。常用的捕收有异极性捕收剂（如黄药、油酸）和非极性油类捕收剂（如煤油）。,起泡剂,起泡剂是一种表面活性物质，主要作用在水-气界面上，使其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附性和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。起泡剂应具备：用量少，能形成量多、分布均匀、大小适宜、韧性适当和粘度不大的气泡；有良好的流动性，适当的水溶性，无毒、无腐蚀性、便于使用；无捕收作用，对浆料的PH变化和浆料中的各种物质颗粒有较好的适应性。常用的起泡剂有松油、松醇油、脂肪醇等。,调整剂,调整剂的作用主要是调整其他药剂（主要是捕收剂）与物质颗粒表面之间的作用。还可调整浆料的性质，提高浮选过程的选择性。调整剂按其作用可分为四类：活化剂；抑制剂；介质调整剂；分散与混凝剂。,三浮选设备,组合式浮选机,叶轮式浮选机,机械搅拌自吸式浮选机,其它分选技术,摩擦与弹跳分选光电分选涡电流分选惯性分选,带式筛,斜板式运输分选机,反弹滚筒分选机,摩擦与弹跳分选,电光分选,涡电流分离器分离原理,涡轮式分选机,根据摩擦学原理和冲刷磨损，分级机采用了先进的涡轮分级结构，从而使涡轮形成精确的强制涡流，