固体废物处理4

1、第四章第四章 固体废物分选固体废物分选环境科学与工程学院南开大学【概念】筛分原理;筛分效率; 重选/电选/浮选原理【知识点】筛分设备及应用; 风选设备及应用; 电选设备及应用; 浮选工艺过程 人工分选和机械分选 机械分选。常见的方法包括：利用粒度差异的筛选（也称筛分）、利用密度差异的重力分选、利用磁性差异的磁力分选、利用导电性差异的电力分选（也称静电分选）、利用表面润滑性差异的浮选、利用光电性（颜色或光泽）差异的光电分选、利用摩擦性差异的摩擦分选、利用弹性差异的弹跳分选等等。 4.1分选方法X11+X21+ +Xn1X12+X22+ +Xn2X1+Y1X2+Y2进料X0+Y0进料X0+Y0进料

2、X10+X20+ +Xn0二级分选机多级分选机X1+Y1X2+Y2Xm+Ym多级分选机X1m+X2m+ +Xnm图4.1 二级分选机和多级分选机流程图%100011xxRX%100022yyRY 是指单位时间内某种物料在某个出料口排出量与进入分选装置量之比。X物料在第一出料口的回收率RX1可用下式表示：（4-1） 同样，Y物料在第二出料口的回收率RY2可用下式表示：（4-2）%1001111yxxPX%1002222yxyPY 是指单位时间内某种物料在某个出料口排出量与该出料口排出总量之比。X物料在第一出料口的纯度PX1可用下式表示：（4-3）同样，Y物料在第二出料口的纯度PY2可用下式表示：

3、（4-4） 多级分选装置有两个以上出料口，包括两大类。第一类多级分选装置较为简单，其特点是待分选的固体废物只有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。此时，第i个出料口中X物料的回收率RXi：%1000 xxRiXi（4-5）同样，第i个出料口中X物料的纯度PXi：%100iiiXiyxxP（4-6）%1000 xIxIRiXIi%10021iiiiXIixNxxxIP 第二类多级分选装置应用较多，其特点是待分选的固体废物由N种物料（X1、X2、X3、XN）组成，要分选出其中m种物料。此时，第i个出料口中XI物料的回收率RXIi：（4-7） 同样，第i个出料口中XI物料的

4、纯度PXIi：（4-8）4.2.1 筛选的基本原理筛选的基本原理4.2 筛选 筛选也称筛分，它是根据固体废物颗粒的粒度差异，利用筛子将废物中粒度小于筛子孔径的细粒物料透过筛面，而大于筛子孔径的粗粒物料留在筛面上，从而完成粗、细物料的分离过程。 筛选过程分为两个阶段：第一阶段是物料分层；第二阶段是细粒透筛。 细粒物料透筛时，尽管其粒度都小于筛子孔径，但它们透筛的难易程度却不同，可大致分成两类： 粒度小于筛子孔径3/4的细粒物料颗粒，称为； 粒度大于筛子孔径3/4的细粒物料颗粒，称为。 物料分层过程中，粒度大于筛子孔径1.5倍的粗粒物料对细粒物料自上而下向筛面转移时所设置的障碍并不大；直径小于筛孔

5、尺寸11.5倍的粗粒，在筛面所组成的下层物料,却能使粒度接近“难筛粒”的颗粒难以接近筛孔。所以，粒度大于筛孔，但又小于筛孔1.5倍的颗粒称为。 颗粒透过筛孔的可能性或机会大小，称为。影响颗粒的透筛概率透筛概率的因素有：筛孔孔径、颗粒与筛孔的相对尺寸、筛面的开孔率、颗粒的形状、物料的性质（粘性、温度等）、颗粒运动方向与筛面之间的夹角。 4.2.2 筛选效率的影响因素筛选效率的影响因素 影响筛选效率的因素很多，主要包括固体废物性质、筛选设备性能和筛选操作条件三方面，通常筛选效率在85%95%。固体废物性质的影响固体废物性质的影响 固体废物的粒度及分布对筛选效率影响较大。固体废物中易筛粒含量越高，筛

6、选效率越高；而难筛粒、阻碍粒含量越高，筛选效率则越低。 固体废物的含水量、形状等影响。 筛选设备性能的影响筛选设备性能的影响 包括筛网的孔径，筛网的形状，筛网的形式，还有筛网的运动形式，运动强度，筛面倾斜角等。表4.2 不同类型筛子的筛选效率筛子类型固定筛转筒筛摇动筛振动筛筛选效率/%506060708090筛选操作条件的影响筛选操作条件的影响 比如筛面运动幅度和强度的控制等。 4.2.3筛选设备筛选设备 适用于固体废物处理的筛选设备种类很多，大体分成固定筛固定筛、滚筒筛滚筒筛和振动筛振动筛三类。目前应用广泛的是物料运动方向与筛面垂直的振动筛。振动筛的主导产品是圆振动筛和直线振动筛，由此派生的

7、电磁振动筛、高频振动筛、共振筛、琴弦筛、等候筛、驰张筛、概率筛等。固定筛固定筛 根据结构、形状和用途的不同，固定筛又分为格筛、棒条筛、条缝筛、弧形筛和旋流筛。滚筒筛滚筒筛图4.3 滚筒筛筛面1给料；2运动方向；3排出物；4筛出物图4.5 滚筒筛内物料颗粒运动状态振动筛振动筛 振动筛的特点是振动方向与筛面垂直或近似垂直，振动次数6003600 r/min，振幅0.51.5 mm。物料在筛面上发生析离现象，密度大而粒度小的颗粒钻过密度小而粒度大的颗粒之间的空隙，进入下层到达筛面。振动筛的倾角一般在840之间。 振动筛由于筛面强烈振动，消除了堵塞筛孔的现象，有利于湿物料的筛选，可用于粗、中、细粒的筛

8、分，还可以用于脱水振动和脱泥筛分。振动筛主要有和，其中前者广泛应用于固体废物处理过程。 惯性振动筛适用于细粒（0.10.15 mm）的筛选，也可用于潮湿或粘性固体废物的筛选。图4.6 惯性振动筛构工作原理示意图1筛箱；2筛网；3皮带轮；4主轴；5轴承；6配重轮；7重块；8板簧1上筛箱；2下机体；3传动装置；4共振弹簧；5板簧；6支承弹簧图4.7 共振筛的原理示意图 共振筛具有处理能力大、筛选效率高、耗电少及结构紧凑等优点，应用广泛，不仅适用于固体废物中的细粒筛选，还可用于固体废物作业的脱水、脱重介质和脱泥筛选。 重力分选简称重选，是根据固体废物中不同物质颗粒间的密度差异，在运动介质中受到重力、

9、介质动力和机械力的作用，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。 按照介质的不同，重力分选可分为水力分选、风力分选和摇床分选等。水力分选是用水作介质进行的分选，可分为：重介质分选和 跳汰分选。第二节 重力分选环境科学与工程学院环境科学与工程学院南开大学南开大学重介质分选重介质分选 重介质分选是在重介质（密度大于水的非均匀介质，包括重液和重悬浮液两种流体）中使固体废物中的颗粒群按其密度的大小分开以达到分离目的的方法。为能达到良好的分选效果，关键是重介质的选择。要求重介质的密度应介于固体废物中轻物料密度和重物料密度之间，即： （4-19） WCL c表4.3 重悬浮液加重质

10、的性质种类密度(g/cm3)摩氏硬度（g/cm3）磁性回收方法硅铁6.963.8强磁性磁选方铅矿7.52.52.73.3非磁性浮选磁铁矿5.062.5强磁性磁选黄铁矿4.95.162.5非磁性浮选毒砂5.96.25.562.8非磁性浮选跳汰分选：跳汰分选：在垂直高速的水力作用下，在垂直高速的水力作用下，使固体废物按密度分选的一种方法。跳汰分使固体废物按密度分选的一种方法。跳汰分选时，将固体废物放入跳汰机的筛板上，形选时，将固体废物放入跳汰机的筛板上，形成密集的物料层，从筛板的下面周期性的给成密集的物料层，从筛板的下面周期性的给入脉冲水流，使物料层松散并按密度分层，入脉冲水流，使物料层松散并按密

11、度分层，上层的轻物料被水平水流带到机外，成为轻上层的轻物料被水平水流带到机外，成为轻产物，下层的重料一部分透过筛板成为筛下产物，下层的重料一部分透过筛板成为筛下重物，还有部分筛上物质。重物，还有部分筛上物质。跳汰分选原理跳汰分选原理：（a）分层前颗粒混杂堆积；（b）上升水流将床层抬起；（c）颗粒在水流中沉降分层；（d）下降水流，床层紧密，重颗粒进入底层图4.11 颗粒在跳汰时的分层过程跳汰分选设备跳汰分选设备：（a）隔膜鼓动 （b）空气鼓动 图4.12 跳汰机中推动水流运动的形式原理 风力分选简称风选，又称气流分选。是以空气为分选介质，在气流作用下使固体废物颗粒按密度和粒度进行分选的一种方法。

12、 按气流吹入分选设备内的方向不同，分选设备可分为两种类型：水平气流分选和上升气流分选。风力分选环境科学与工程学院环境科学与工程学院南开大学南开大学风选风选: :按密度分选按密度分选 图图2.1 颗粒在静止空气中的受力分析颗粒在静止空气中的受力分析Go=GP=VsgVg= V(s)g根据牛顿定律：根据牛顿定律：dtdvmRGo22vdR 而有效重力，有效重力， G Go o空气阻力，空气阻力， R R沉降速度，沉降速度，V V606020gdvdvgdtdvssssssdfgdv,60sssssssodvgdvdgdVvdgVmRGdtdv2322322666)(则有：增加：增加：上升气流上升气

13、流水平气流水平气流沉降末速沉降末速“等降颗粒”颗粒在空气中的沉降末速 ：06sdvg 0v - 颗粒的直径； - 颗粒的密度； - 空气的密度； - 阻力系数； - 重力加速度。dsg式中：（2-1） 固体颗粒实际沉降速度固体颗粒实际沉降速度v=vv=v0 0u ua a 当当v0v0，颗粒向下作沉降运动；，颗粒向下作沉降运动； 当当v=0v=0，颗粒作悬浮运动；，颗粒作悬浮运动； 当当v0v38381010-6-6 cmcm3 3/g/g；弱磁性物质弱磁性物质，x x0 0= =（0.190.197.57.5）1010-6-6 cm cm3 3/g/g；非磁性物质非磁性物质，x x0 00.

14、190.191010-6-6 cmcm3 3/g/g。HgradHmxf0磁图图3.1 3.1 吸持型磁选机吸持型磁选机 给料给料电磁铁电磁铁刮片刮片磁性产品磁性产品非磁性产品非磁性产品（a a）滚筒式吸持磁选机）滚筒式吸持磁选机（b b）带式吸持磁选机）带式吸持磁选机旋转方向旋转方向电磁铁电磁铁刮片刮片磁性产品磁性产品 非磁性产品非磁性产品给料给料（a a）一般式除铁器）一般式除铁器磁性产品磁性产品带式磁选机带式磁选机非磁性产品非磁性产品给料给料图图3.2 3.2 悬吊型磁选机悬吊型磁选机 （b b）带式除铁器）带式除铁器电磁铁电磁铁给料给料非磁性物质非磁性物质磁性物质磁性物质磁性物质磁性物

15、质分隔档板分隔档板运输皮带运输皮带（a a）永磁磁力滚筒结构示意图）永磁磁力滚筒结构示意图固体废物固体废物磁性物质磁性物质分离块分离块隔离板隔离板非磁性物质非磁性物质图图3.3 3.3 永磁滚筒磁选机结构与工作原理图永磁滚筒磁选机结构与工作原理图（b b）磁滚筒分选原理图）磁滚筒分选原理图磁选机磁选机目前使用的电选机，按电场特征主要分为目前使用的电选机，按电场特征主要分为 （1 1）静电分选机）静电分选机 （2 2）电晕）电晕- -静电复合电场分选机静电复合电场分选机 根据导电性，废物分为根据导电性，废物分为 导体导体 半导体半导体 非导体非导体 第四节第四节 电力分选电力分选 电选电选：电性

16、：电性 图4.24 电选分离过程示意图1给料斗；2辊筒电极；3电晕电极；4偏向电极；5高压绝缘子；6毛刷电极电极转鼓转鼓导体导体产品槽产品槽非导体非导体产品槽产品槽电电荷荷电电荷荷（a a）静电辊筒式分选机）静电辊筒式分选机（b b）YD-4YD-4型高压电选机型高压电选机图图4.1 4.1 颗粒带电方式颗粒带电方式: :直接传导带电、电晕带电直接传导带电、电晕带电 浮选浮选是在固体废物与水调制的料浆中是在固体废物与水调制的料浆中, ,加入加入浮选剂浮选剂, ,并通过空气形成无数细小气泡并通过空气形成无数细小气泡, ,使欲使欲选物质颗粒粘附在气泡上选物质颗粒粘附在气泡上, ,随气泡上浮于料浆随

17、气泡上浮于料浆表面成为泡沫层表面成为泡沫层, ,然后刮出回收然后刮出回收; ;不浮的颗粒不浮的颗粒仍留在料浆内仍留在料浆内, ,通过适当处理后废弃。通过适当处理后废弃。第五节第五节 浮选浮选 润湿性润湿性: :物质被水润湿的程度物质被水润湿的程度. . 许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易许多无机废物极易被水润湿，而有机废物则不易被水润湿。易被水润湿的物质，称为被水润湿。易被水润湿的物质，称为亲水性物质亲水性物质；不易被水润湿的物质，称为不易被水润湿的物质，称为疏水性物质疏水性物质。浮选药剂浮选药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂：捕收剂、起泡剂、调整剂常用的捕收剂常用的捕收剂异极性捕收剂：黄药

18、类、脂肪酸异极性捕收剂：黄药类、脂肪酸类类非极性油类捕收剂：煤油、柴油等非极性油类捕收剂：煤油、柴油等 （1 1）捕收剂捕收剂：主要作用是使欲浮的废物颗粒：主要作用是使欲浮的废物颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着。表面疏水，增加可浮性，使其易于向气泡附着。 图5.1 黄药分子与固体颗粒表面作用示意图从煤矸石中回收黄铁矿时，常用黄药作捕收剂；从粉煤灰中回收未燃尽碳、废石墨等，常用煤油作捕收剂。 （2 2）起泡剂起泡剂：表面活性物质表面活性物质，主要作用在水，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

19、并，增大分选界弥散，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和上浮过程中的稳定面，提高气泡与颗粒的粘附和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层性，以保证气泡上浮形成泡沫层 常用的起泡剂常用的起泡剂: :松油、松醇油、脂肪醇等。松油、松醇油、脂肪醇等。松醇油的主要成分为松醇油的主要成分为-萜烯醇（萜烯醇（C10H17OH） 结构式为：结构式为： 图图5.2 5.2 起泡剂与捕收剂的相互作用起泡剂与捕收剂的相互作用 图图5.1 5.1 起泡剂在气泡表面的吸附起泡剂在气泡表面的吸附表表5.1 5.1 常用的调整剂种类常用的调整剂种类调整调整剂系剂系列列pHpH调调整剂整剂活

20、化剂活化剂抑制剂抑制剂絮凝剂絮凝剂分散剂分散剂典型典型代表代表酸 、酸 、碱碱金 属 阳 离金 属 阳 离子 、 阴 离子 、 阴 离子子 H S、HSiO3等等O、SO2和淀粉、和淀粉、单宁等单宁等腐植酸、腐植酸、聚 丙 烯聚 丙 烯酰胺酰胺水玻璃水玻璃磷酸盐磷酸盐 （3 3）调整剂调整剂：主要作用是调整捕收剂的作用：主要作用是调整捕收剂的作用及介质条件。及介质条件。1叶轮；2盖板；3受浆箱；4进浆管；5循环孔；6槽子；7套管；8轴；9皮带轮；10进气管；11槽间隔板；12调节循环量的闸门；13闸门；14闸门；15稳流板图4.31 空气自吸式机械搅拌浮选机及其吸气装置构造图4. 32国产浮选

21、柱结构示意图1竖管充气器；2下体；3上体；4中间圆筒；5风室；6给矿器；7尾矿管浮选工艺过程：包括浮选工艺过程：包括调浆调浆、调药调药、调泡调泡三个程序。三个程序。 （1 1）调浆：浮选前料浆浓度的调节，它是浮选过程的调浆：浮选前料浆浓度的调节，它是浮选过程的一个重要作业。一般，浮选密度较大、粒度较粗的废物颗一个重要作业。一般，浮选密度较大、粒度较粗的废物颗粒，往往用较浓的料浆；反之浮选密度较小的废物颗粒，粒，往往用较浓的料浆；反之浮选密度较小的废物颗粒，可用较稀的料浆。可用较稀的料浆。 （2 2）调药：浮选过程药剂的调整，包括提高药效、合调药：浮选过程药剂的调整，包括提高药效、合理添加、混合

22、用药、料浆中药剂浓度调节与控制等。理添加、混合用药、料浆中药剂浓度调节与控制等。 （3 3）调泡：浮选气泡的调节。调泡：浮选气泡的调节。气泡越小，数量越多，气泡越小，数量越多，气泡在料浆中分布越均匀，料浆的冲气程度越好，为欲浮气泡在料浆中分布越均匀，料浆的冲气程度越好，为欲浮颗粒提供的气液界面越充分，浮选效果越好。颗粒提供的气液界面越充分，浮选效果越好。对机械搅拌对机械搅拌式浮选机，当料浆中有适量起泡剂存在时，大多数气泡直式浮选机，当料浆中有适量起泡剂存在时，大多数气泡直径介于径介于0.40.40.8mm0.8mm，最小，最小0.05mm0.05mm，最大，最大1.5mm1.5mm，平均，平均

23、0.9mm0.9mm左右。左右。 浮选是固体废物资源化的一种重要技术。我国已经应用于从粉煤灰中回收炭，从煤矸石中回收硫铁矿，从焚烧炉灰渣中回收金属等。 浮选的缺点：在浮选前有些工业固体废物需要破碎和磨碎到一定细度；浮选时需要消耗一定数量的浮选药剂且易造成环境污染或增加相配套的净化设施；另外还需要一些辅助工序如浓缩、过滤、脱水、干燥等。浮选的应用第六节 其他分选方法一、摩擦与弹跳分选 摩擦与弹跳分选摩擦与弹跳分选：根据固体废物中各组分：根据固体废物中各组分在斜面上在斜面上摩摩擦系数擦系数和和碰撞系数碰撞系数的差异，造成不同组分的差异，造成不同组分在斜面上在斜面上具有具有不同不同的的运动速度运动速

24、度和和弹跳轨迹弹跳轨迹而实现彼此分离的一种处理方法。而实现彼此分离的一种处理方法。 （1 1）分选原理）分选原理 给料给料颗粒废物颗粒废物纤维废物纤维废物重力重力摩擦力摩擦力（2 2）分选设备：三种）分选设备：三种颗粒废物颗粒废物细粒灰土细粒灰土纤维废物纤维废物给料给料（a a）带式筛）带式筛 特点特点：带面由筛网或刻沟的胶带制成；带面由筛网或刻沟的胶带制成； 倾斜安装带有振动装置；倾斜安装带有振动装置； 带面安装倾角大于颗粒废物的带面安装倾角大于颗粒废物的摩擦角摩擦角，小于，小于纤维废物的摩擦角。纤维废物的摩擦角。重的弹性颗粒重的弹性颗粒轻的非弹性颗粒轻的非弹性颗粒斜板运输机斜板运输机给料给

25、料（b b）斜板运输分选机）斜板运输分选机 特点特点：废物中的砖瓦、铁块、玻璃废物中的砖瓦、铁块、玻璃等与斜板板面产生弹等与斜板板面产生弹性碰撞，向板面下部弹跳，从斜板分选机下端排出。而性碰撞，向板面下部弹跳，从斜板分选机下端排出。而纤维纤维织物、木屑织物、木屑等与斜板板面为塑性碰撞，不产生弹跳，因而随等与斜板板面为塑性碰撞，不产生弹跳，因而随斜板运输板向上运动，从斜板上端排出。斜板运输板向上运动，从斜板上端排出。（c c）反弹滚筒分选机）反弹滚筒分选机 特点：特点：废物由倾斜抛物皮带运输机抛出，与回弹板碰撞，废物由倾斜抛物皮带运输机抛出，与回弹板碰撞，其中其中铁块、砖瓦、玻璃等与回弹板、分料

26、滚筒产生弹性碰撞铁块、砖瓦、玻璃等与回弹板、分料滚筒产生弹性碰撞，被抛入重的弹性产品收集仓。而被抛入重的弹性产品收集仓。而纤维废物、木屑等与回弹板为纤维废物、木屑等与回弹板为塑性碰撞塑性碰撞，不产生弹跳，被分料滚筒抛入轻的非弹性产品收集，不产生弹跳，被分料滚筒抛入轻的非弹性产品收集仓，从而实现分离仓，从而实现分离 。回弹板回弹板滚筒滚筒重的弹性颗粒重的弹性颗粒给料给料轻的非弹性颗粒轻的非弹性颗粒抛物皮带运输机抛物皮带运输机二、光电分选利用物质表面利用物质表面光反射特性光反射特性的不同而分离物料的方法。的不同而分离物料的方法。电子放大装置电子放大装置料斗料斗振动溜振动溜槽槽标准色板标准色板光学箱

27、光学箱光电元件光电元件有高速沟的进料皮带有高速沟的进料皮带压缩空气喷管压缩空气喷管分离板分离板1 1号分离物号分离物2 2号分离物号分离物 固体废物预先分级、排队进入光检区。颗固体废物预先分级、排队进入光检区。颗粒受光源照射，背景板显示颗粒的颜色或色调，粒受光源照射，背景板显示颗粒的颜色或色调，如果颗粒颜色与背景颜色不同，反射光经光电如果颗粒颜色与背景颜色不同，反射光经光电倍增管转换为电信号，电子电路分析后，产生倍增管转换为电信号，电子电路分析后，产生控制信号驱动高频气阀，喷射出压缩空气，将控制信号驱动高频气阀，喷射出压缩空气，将其吹离原来下落轨道，加以收集。而颜色符合其吹离原来下落轨道，加以收集。而颜色符合要求的颗粒仍按原来的轨道自由下落加以收集，要求的颗粒仍按原来的轨道自由下落加以收集，从而实现分离。从而实现分离