4.3固體廢棄物重力分選

1、基本原理重介質(zhì)分選風力分選跳汰分選搖床分選,4.3 重力分選(gravity concentration),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。,重選原理,重力分選的介質(zhì)有空氣、水、重液(比重大于水的液體)、重懸浮液等。固體廢物重力分選的方法很多，按作用原理可分為風力分選、重介質(zhì)分選、跳汰分選、搖床分選等。由于重介

2、質(zhì)分選是在液相介質(zhì)中進行，不適合于包含可溶性物質(zhì)的分選，也不適合于成分復雜的城市垃圾分選。該法主要應用于礦業(yè)廢物的分選過程。,重選過程工藝條件,固體廢物中顆粒間必須存在密度的差異分選過程都在運動介質(zhì)中進行在重力、介質(zhì)動力及機械力的綜合作用下，使顆粒群松散按密度分層分好層的物料在運動介質(zhì)流的推動下互相遷移，彼此分離，并獲取不同密度的最終產(chǎn)品。,也可以概括為：具有密度差異的組分→運動介質(zhì)→分散→沉降→分層→分離。,4.3.1 重介質(zhì)

3、分選,（一）基本概念,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，關鍵是重介質(zhì)的選擇。,所選擇重介質(zhì)密度介于輕物料密度和重物料密度之間： ρL< ρC< ρW,通常重介質(zhì)是由高密度的固體微粒和水構成的固液兩相分散體系，其特點有二：一是密度比水大；二是該體系是

4、非均勻介質(zhì)。,（二）對加重質(zhì)的要求,密度足夠大粘度低，化學穩(wěn)定性好、使用時不易氧化和泥化無毒、無腐蝕性來源豐富，價格低廉，便于制備與再生應有60%～90%的粒度小于200目，且均勻的分散于水中，容積濃度一般為10%～15%，,重介質(zhì)的形式可以是重液和重懸浮液兩大類，但重液價格昂貴，只能在實驗室中使用。在固體廢物分選中只能使用重懸浮液。,重介質(zhì)中高密度固體微粒起著加大介質(zhì)密度的作用，稱為加重質(zhì)。,常用的加重質(zhì),重懸浮液的加重質(zhì)通常

5、主要是硅鐵，其次還可采用方鉛礦、磁鐵礦和黃鐵礦，它們的性質(zhì)如表4.3所示。,重介質(zhì)分選使用的分選介質(zhì)有四種類型：有機溶液、礦物鹽類的水溶液、風砂介質(zhì)（砂粒中充以空氣形成懸浮體）、礦物懸浮液。前兩種為穩(wěn)定介質(zhì)，而后兩種為不穩(wěn)定介質(zhì)（或人為穩(wěn)定介質(zhì)）。,⑴穩(wěn)定介質(zhì):在很長時間內(nèi)能保持自己物理性質(zhì)的介質(zhì)。,①有機溶液：通常使用的有：四氯化碳，四溴乙烷，二溴乙烷，五氯乙烷；三氯乙烷；三溴甲烷。此外還有苯、二甲苯等。②礦物鹽類的水溶液：如氯化鈣

6、、氯化鋅易溶于水，可用于分選。,⑵不穩(wěn)定介質(zhì)（人為穩(wěn)定介質(zhì)）①風砂介質(zhì)：它是利用氣流使固體粒子形成懸浮體（流態(tài)化床層），用以進行干法重介質(zhì)分選（或稱空氣重介質(zhì)分選）。通常采用30～80目的砂粒為介質(zhì)。②礦物懸浮液：它是由很細的固體微粒與水混合組成懸浮液。礦物懸浮液與重液不同，它屬于粗分散體系。固體微粒為分散相，水為分散媒。,常用重液表,加重質(zhì)的性質(zhì),,結構：主要由5部分組成主要技術參數(shù) 轉(zhuǎn)鼓長度 轉(zhuǎn)鼓直徑 分選面積

7、 給料粒度 1800mm 1800mm 3.24m2 30-50mm 處理能力 轉(zhuǎn) 速 15-20t/臺·h 2r/min,圖4.8 圓筒形轉(zhuǎn)鼓,（三）重介質(zhì)分選設備,該設備外形為一圓筒形轉(zhuǎn)鼓，由四個滾輪支撐，通過圓筒腰間的大齒輪由傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)。在圓筒內(nèi)壁沿縱向設有揚板，用以提升重產(chǎn)品到溜槽內(nèi)。圓筒水平安裝。固體廢物和重介質(zhì)一起由圓筒一端給入，在向另

8、一端流動過程中，密度大于重介質(zhì)的顆粒沉于槽底，由揚板提升落入溜槽內(nèi)，被排出槽外為重產(chǎn)品；密度小于重介質(zhì)的顆粒隨重介質(zhì)流入圓筒溢流口排出成為輕產(chǎn)物。,圓筒形轉(zhuǎn)鼓結構及原理,,,,,重介質(zhì)分選原則流程,重介質(zhì)分選的一般工藝流程包括重介質(zhì)制備、分選、介質(zhì)回收與利用等。,重介質(zhì)分選的優(yōu)缺點,優(yōu)點分選指標高，處理能力大；（按密度差異分選，粒度和形狀影響?。┓诌x粒度范圍寬，分選流程簡單；（無須分級入選）設備構造簡單，操作容易 缺點重介質(zhì)的

9、制備，回收，再生系統(tǒng)復雜設備磨損快（重介質(zhì)密度、濃度大）,4.3.2 跳汰分選(jigging),分選原理及工作過程跳汰機影響因素,（1）分選原理及工作過程,概念跳汰分選是利用跳汰機構產(chǎn)生交變水流，使物料在松散和沉降過程中按密度分層進而分離的一種重選方法。分選原理及過程物料給入→在上升水流作用下松散→在下降水流中沉降→在交變作用下分層→分別排出（圖4-10）；物料在交變水流中的分層過程見圖4-11。,圖4-10 隔膜跳汰

10、機的分選示意圖,,圖4-11 物料顆粒在跳汰時的分層過程,（2）跳汰機(jigs),跳汰機主要按水流運動方式分為兩類：見（圖4-12）。隔膜跳汰機：通過偏心連桿機構帶動橡膠隔膜往復運動，以推動水流脈沖運動。無活塞跳汰機：采用壓縮空氣推動水流脈動。,圖4-12 跳汰中推動水流的形式a. 隔膜鼓動； b.空氣鼓動,（3）分選過程的影響因素,沖程(stroke)與沖次(frequency)：與搖床相同；篩下補加水：通過增大或減小下

11、降水流的速度影響物料的松散，若要獲得重產(chǎn)品的質(zhì)量，可增加篩下水，反之可減小篩下水。此外，粒度大的篩下水量多。如選擇16～6mm的物料，篩下補加水達55t/t，2～0mm物料，篩下水為15～22t/t。給料量：量大，分選精度降低給料濃度：濃度大，相應的給料水少，分選精度降低，處理能力提高；反之結果也相反。,4.3.2 風力（氣流）分選,氣流分選的作用是將輕物料從較重的物料中分離出來。氣流分選的基本原理是氣流將較輕的物料向上帶走或在水

12、平方向帶向較遠的地方，而重物料則由于向上氣流不能支承它而沉降或是由于重物料的足夠慣性而不被劇烈改變方向穿過氣流沉降。被氣流帶走的輕物料再進一步從氣流中分離出來，一般用旋流器分離。,（一）原理,由于分離精度不太高，風選常作為城市垃圾的粗分手段，把密度相差較大的有機組分和無機組分分開。,,,由于空氣密度較小，與顆粒密度相比之下忽略不計，故顆粒在空氣中的沉降末速（v0）為：,,式中，d為顆粒的直徑，ρS為顆粒的密度，ρ為空氣的密度，ψ為阻力系

13、數(shù)，g為重力加速度。由上式可知，當顆粒粒度一定時，密度大的顆粒沉降末速大；當顆粒密度相同時，直徑大的顆粒沉降末速大。,,,,由于顆粒的沉降末速同時與顆粒的密度、粒度及形狀有關，因而在同一介質(zhì)中，密度、粒度和形狀不同的顆粒在特定的條件下，可以具有相同的沉降速度。這樣的相應顆粒稱為等降顆粒。等降顆粒中，密度小的顆粒粒度（dr1）與密度大的顆粒粒度（dr2）之比，稱為等降比，以e0表示，即：,,等降比的大小可由沉降末速的個別公式或通式寫出

14、，如兩顆粒等降，則 ，那么：,,,,從公式可見，等降比（e0）將隨兩種顆粒的密度差 的增大而增大；而且e0還是阻力系數(shù)（ψ）的函數(shù)。理論與實踐都表明，e0將隨顆粒粒度變細而減小。所以，為了提高分選效率，在風選之前需要將廢物進行窄分級，或經(jīng)破碎使粒度均勻后，使其按密度差異進行分選。,,,,,,,,固體顆粒實際沉降速度v=v0－ua 當v>0，顆粒向下作沉降運動； 當v=0，顆粒作懸浮運動； 當v<0

15、，顆粒向上作漂浮運動。,沉降速度，V,球形顆粒在上升氣流中的受力分析,顆粒在上升氣流中達到沉降末速時，顆粒的沉降速度（v）等于顆粒對介質(zhì)的相對速度（v0）和上升氣流速度（ua）之差，即v=v0－ua。所以，上升氣流可以縮短顆粒達到沉降末速的時間和距離。因此，在風選過程中常采用上升氣流。,上升氣流干涉沉降,水平氣流干涉沉降,,在風選中還常應用水平氣流。在水平氣流分選器中，物料是在空氣動壓力及本身重力作用下按粒度或密度進行分選的。,當水平氣

16、流速度u一定，顆粒粒度d相同時，密度ρs大的顆粒沿與水平夾角較大方向運動;密度ρs較小的顆粒則沿夾角較小的方向運動，從而達到按密度差異分選的目的。,顆粒的運動方向和空氣動壓力及顆粒重力的合力方向一致，并且由合力與水平夾角（α）的正切值來確定：,,風選在國外主要用于城市垃圾的分選，將城市垃圾中的有機物與無機物分離，以便分別回收利用或處置。,（二）風選設備,臥式風力分選機結構和工作原理示意圖,臥式風力分選機從側(cè)面送風，固體廢物經(jīng)破碎機破碎和

17、圓筒篩篩分使其粒度均勻后，定量給入機內(nèi)，當廢物在機內(nèi)下落時，被鼓風機鼓入的水平氣流吹散，固體廢物中各種組分沿著不同運動軌跡分別落入重質(zhì)組分、中重組分和輕質(zhì)組分收集槽中。,⑴臥式風力分選機,臥式風力分選機構造簡單，維修方便，但分選精度不高。一般很少單獨使用，常與破碎、篩分、立式風力分選機組成聯(lián)合處理工藝。,臥式風力分選機的最佳風速為20 m/s。,該系統(tǒng)設有粉碎機。破碎后的垃圾落入氣流工作室內(nèi)。水平氣流使金屬等重物料分別落入三條輸送皮帶

18、上。導料板用以防止垃圾掉到輸送帶之間。廢紙、織物、塑料薄膜及細灰粒等被氣流帶入管，并在風機產(chǎn)生的氣流推動下帶入其他處理裝置中。此系統(tǒng)簡單、緊湊，工作室內(nèi)沒有活動部件，但卻有較高的分選效率。,立式風力分選機工作原理示意圖,經(jīng)破碎后的城市垃圾從中部送入風力分選機，物料在上升氣流作用下，垃圾中各組分按密度進行分離，重質(zhì)組分從底部排出，輕質(zhì)組分從頂部排出，經(jīng)旋風分離器進行氣固分離。與臥式風力分選機比較，立式曲折風力分選機分選精度較高。,⑵立式曲

19、折風力分選機,垃圾投入料斗后，由帶葉片的輸送機投入垂直分離室。由風機產(chǎn)生的氣流將輕質(zhì)物料升起，并進入減縮通道。垃圾從窄頸部入第一分離柱，利用風機的上升氣流進行輕質(zhì)物料的第一分離。在分離柱中輕質(zhì)再被托起，經(jīng)縮頸部進入第二分離柱，進行第二次分離。重質(zhì)組分則經(jīng)柵格、落到集料斗中，由輸送機輸出。分離柱的數(shù)量可根據(jù)物料所需分離的純度而定。這種分離器和其他立式分離器相比，不僅效率高，且操作最為簡便。,氣流分選機有效識別輕、重物料的一個重要前提是：必

20、須使氣流在分選筒中產(chǎn)生強烈的湍流和剪切力，從而把物料團塊進行分散，達到較好的分選效果。因此，必須對分選筒進行改進。采用了鋸齒形、振動式或回轉(zhuǎn)式分選筒的氣流通道，它是讓氣流通過一個垂直放置的、具有一系列直角或60°轉(zhuǎn)折的筒體，如下圖所示。,（a）鋸齒型風力分選機,（b）振動式風力分選機,（c）回轉(zhuǎn)式風力分選機,鋸齒形：每個轉(zhuǎn)折實際上起到了單獨的一個分選機的作用振動式：振動＋氣流分選回轉(zhuǎn)式：圓筒篩分＋氣流分選,旋風除塵器對于

21、直徑大于10?m的顆粒，可選擇旋風除塵器收集。,含顆粒物的氣體經(jīng)螺旋運動被加速，顆粒產(chǎn)生離心力，從而從旋轉(zhuǎn)的氣體中被拋出，撞擊到除塵器的器壁上。然后滑落到底部被收集起來。,4.3.4 搖床(shaking tables)分選,搖床的分選原理搖床的構造影響分選效果的操作因素床條作用和最終分離搖床分選特點,（1）搖床的分選原理,搖床分選是在一個傾斜的床面上，借助床面的不對稱往復運動和薄層斜面水流的綜合作用，使細粒固體廢物按密度差異在

22、床面上呈扇形分布而進行分選的一種方法。,搖床分選目前主要用于從含硫鐵礦較多的煤矸石中回收硫鐵礦，是一種分選精度很高的單元操作。在搖床分選設備中最常用的是平面搖床。,密度和粒度不同的顆粒在搖床床面上受到兩個力：一是搖動裝置產(chǎn)生的縱向推力，二是水流產(chǎn)生的橫向推力，不同顆粒的運動方向則取決于這兩個力的合力（見右下圖）。于是，顆粒移動方向的偏離角也取決于兩個力所給予的速度的比值： 在圖中，顯然β1＞β2＞β3＞β4，所以它

23、們能在床面上成扇面分離，分開截取，就可得到不同的產(chǎn)品。,不同密度和不同粒度的顆粒在床面上分離的情況,搖床分選,,水平分布—扇形分布規(guī)律,床面上扇形分帶是不同性質(zhì)顆粒橫向運動和縱向運動的綜合結果，大密度顆粒具有較大的縱向移動速度和較小的橫向移動速度，其合速度方向偏離搖動方向的傾角小，趨向于重產(chǎn)物端；小密度顆粒具有較大的橫向移動速度和較小的縱向移動速度，其合速度方向偏離搖動方向的傾角大，趨向于輕產(chǎn)物端。大密度粗粒和小密度細粒則介于上述兩者之

24、間。,垂直分布—析離分層,床面搖動及橫向水流流經(jīng)床條所形成的渦流，造成水流的脈動，使物料松散并按沉降速度分層。由于床面的搖動，導致細而重的顆粒鉆過顆粒的間隙，沉于最底層，這種作用稱為析離。析離分層是搖床分選的重要特點。它使顆粒按密度分層更趨完善。分層的結果是粗而輕的顆粒在最上層，其次是細而輕的顆粒，再次之是粗而重的顆粒，最底層是細而重的顆粒。,（2）搖床的構造,床面：工業(yè)型床面一般為4500×1800mm，長寬比約為2～2.5

25、，床面上有給料槽和給水槽，床面的表面有兩種形式，一為刻槽，二為外加的矩形來復條，均為縱向排列；搖動機構（又叫床頭）：使床面產(chǎn)生往復搖動的動力機構。由于采用偏心肘板式或凸輪杠桿式驅(qū)動，使床面的往復運動產(chǎn)生不對稱性，前進快，后退慢，使物料往前運動。機架：主要由支承裝置和調(diào)整裝置組成支承裝置：有滑動支承和滾動支承兩種，前者平穩(wěn)，后者節(jié)省動力。調(diào)整裝置：可調(diào)節(jié)橫向和縱向坡度,圖4.16 搖床結構示意圖1－床面；2－給水槽；3－給料槽；

26、4－床頭；5－滑動支承；6－彈簧；7－床條,（3）影響分選效果的操作因素,主要影響因素有給料濃度，粒度，給料量，橫向坡度和補加水，沖程和沖次，以及縱向坡度。給料濃度：一般為15～30%，粒度粗時取高值；給料粒度： 一般小于2mm，并需預先分級；給料量：粗砂搖床一般為2～2.5t/臺時，細粒搖床一般為0.2～0.5t/臺時；橫向坡度和補加水：坡度大和水流大都會增加顆粒的橫向速度；沖程和沖次：具有相互聯(lián)系性，一般，粗顆粒采用大沖程

27、和小沖次，細顆粒反之；縱向坡度：一般為0.5～1º，有時也采用負值。,（4）床條作用和最終分離,床面上的床條不僅能形成溝槽，增強水流的脈動，增加床層松散，有利于顆粒分層和析離，而且所引起的渦流能清洗出混雜在大密度顆粒層內(nèi)的小密度顆粒，改善分選效果。床條高度由傳動端向重產(chǎn)物端逐漸降低，使分好層的顆粒，依次受到?jīng)_洗?？傊?，在床條間的顆粒的分層主要是由于沉降分層和析離分層的聯(lián)合結果。因此，分層后位于最上端的輕而粗的顆粒由于最先