第四章 固体废物预处理-分选

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
回收率：单位时间内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。X物料的回收率可用下式表示： 式中．Rxl为回收率。 同样在第二排料口的物流中，y物料的 回收率可用下式表示： 由于物料流保持质量平衡：X0＝Xl+X2，
因此：
仅用回收率不能说明分选的效率，可以设想，如 果一台两级分选机进行分选达到X2＝Y2＝0， 那样会发生什么情况呢?虽然此时X物料的回收 率达到100％，但是它根本没有进行分选。因 此需要引入第二个工作参数．通常用纯度来表示。 Pxl是X物料从第一排料口排出的纯度。
• 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。
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
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
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
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；
(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
(3)振动筛 振动筛在筑路、建筑、化工、冶金和谷物加工 等部门得到广泛应用。 特点：振动方向与筛面垂直或近似垂直，振动 次数600—3600r／min，振幅0.5— 1.5mm。振动筛的倾角一般在8°－40°之 间。
• 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粒度大的颗粒的 空隙，进入下层到达筛面，大大有利于筛 分的进行。 • 强烈振动——消除了堵塞筛孔的现象，有 利于湿物料的筛分，可用于粗、中、细粒 (0.1－0.15mm)废物的筛分．还可以用 于脱水振动和脱泥筛分。 振动筛主要有惯性振动筛和共振筛两种
• 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。
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
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。
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
2.4 分选
第二章 固体废物预处 理
2.4.1 物料分选的一般理论 2.4.2 重力分选
分选
• 目的和意义：处理、处置与回用之前，将 有用的成分分选出来加以利用，并将有害 的成分分离出来。 • 根据：物料的物理性质或化学性质(这些性 质包括粒度、密度、重力、磁性、电性、 弹性等)． • 类型：分别采用不同的分选方法，包括人 工手选、筛分、风力分选、跳汰机、浮选、 磁选、电选等分选技术。
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：
(3)适当的机械搅拌促使悬浮液更加稳定。
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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
（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 果使物料颗粒附在简壁上不会掉下，使筛 分效率降低。
（二）多级分选机：两类。 第一类多级分选机，其给料中只有x和y两 种物料，分选机有两个以上的排料口，每 一排料口中都有x和Y物料，但含量不同， 这时第一排出口物流中x物料的回收率是：
同理在第一排出口物流中x物料的纯度为：
在第m个出料口中，x的物料回收率为
第二类多级分选机是最常用的，进料中含有几
(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。
• 物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”。
• 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