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1、第三章 固体废物破碎 环境科学与工程学院南开大学 本章重点本章重点 【概念】破碎；低温破碎； 破碎比；破碎段 【知识点】破碎目的；破碎原理； 破碎方法；破碎流程；破碎设备 破碎的目的破碎的目的 减小容积 控制粒度 防止破坏后续设备 增加比表面积 增大压实密度 破碎理论破碎理论 挤压破碎理论 层压破碎理论 自冲击破碎理论 固体废物的机械强度固体废物的机械强度 固体废物的机械强度是指固体废物抗破坏（包 括破碎、磨损、挤压、弯曲、变形等）的能力 ，即固体废物受外力作用时，其单位面积上所 能承受的最大负荷。通常用静载下测定的抗压 强度、抗剪强度、抗弯强度和抗拉强度来表示 。 抗压强度大于250MPa的
2、为坚硬固体废物；40 250MPa的为中硬固体废物；小于40MPa的为软 固体废物。 机械强度与颗粒大小的关系 破碎方法破碎方法 干式破碎 湿式破碎 半湿式破碎 特殊破碎 干式破碎干式破碎 机械能破碎是利用破碎工具（如破碎机的齿板 、锤子、球磨机的钢球等）对固体废物施力而 将其破碎的。 a挤压；b劈碎；c剪切；d磨碎；e冲击破碎 图3.1 机械能破碎几种方式 湿式破碎湿式破碎 湿式破碎是利用纸类、纤维类废物在水中易调制 成浆的特点，对纸类和纤维类垃圾进行回收而发 展起来的一种破碎方法。 图3.2湿式破碎机的结构原理 1电动机；2筛网；3含纸垃圾；4转子；5斗式脱水提升机 ；6有色金属；7铁；8
3、循环用水；9浆液；10减速机 半湿式破碎半湿式破碎 图3.3半湿式破碎机结构原理 破碎比和破碎段破碎比和破碎段 在破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒 度的比值称为破碎比 固体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为 一个破碎段。 图3.4 破碎的基本工艺流程 破碎设备破碎设备 选择破碎设备因素： 破碎设备的破碎能力； 固体废物的性质粒度； 对破碎产品的粒度、组成及形状的要求； 设备的供料方式； 安装操作场所情况等。 破碎固体废物常用的破碎机有颚式破碎机 、锤式破碎机、冲击式破碎机、剪切式破 碎机、辊式破碎机等几种类型。 颚式破碎机 颚式破碎机内有个非常重要的核心部件可移动式 颚板（简称动颚板）。通常按
4、照动颚板的运动特性 将颚式破碎机分为简单摆动型和复杂摆动型，也是 目前工业中应用最广的两种。 图3.5 简单摆动型颚式破碎机 1机架；2固定齿板；3动颚齿板； 4前肘板；5可动颚板；6心轴； 7偏心轴；8连杆；9飞轮；10后肘板；11拉杆；12调整千斤顶 1心轴；2偏心轴；3连杆；4后肘板；5前肘板 图3.6简摆颚式破碎机工作原理示意图 图3.7 复杂摆动型颚式破碎机 1机架；2可动颚板；3固定颚板；4，5破碎齿板； 6偏心转动轴；7轴孔；8飞轮；9肘板；10调节楔；11模块； 12水平拉杆；13弹簧 图3.8复摆颚式破碎机工作原理示意图 1固定颚板；3可动颚板；4前（后）推力板；5偏心轴 新
5、型颚式破碎机新型颚式破碎机 图3.9 新型颚式破碎机 1飞轮 ；2偏心轴；3动颚 ；4定颚（机体）； 5转子；6齿轮 箱；7下料斗；8联轴 器； 9电机；10三角带；11皮带轮 ；12进料斗 图3.10 双腔颚式破碎机机构示意图 1固定颚板a；2活动颚 板a；3动颚 ；4偏心轴；5连杆 ； 6活动颚 板 b；固定颚板b；I破碎腔a；II破碎腔b 图3.11 振动颚 式破碎机 1机座；2颚板；3不平衡振动器；4扭力轴 锤式破碎机锤式破碎机 锤式破碎机是利用冲击摩擦和剪切作用将 固体废物破碎。其主要部件有大转子、铰 接在转子上的重锤（重锤以铰链为轴转动 ，并随大转子一起转动）及内侧的破碎板 。 图
6、3.12 单转 子锤式破碎机的示意图 1检修孔；2盖板；3螺栓 锤式破碎机主要用于破碎中等硬度且腐蚀性弱 的固体废物，例如，煤矸石经一次破碎后小于 25mm的粒度达95%； 锤式破碎机还可破碎含水分及油质的有机物、 纤维结构、弹性和韧性较强的木块、石棉水泥 废料、回收石棉纤维和金属切屑等; 另外，锤式破碎机在破碎大型固体废物，如电 冰箱、洗衣机及废旧汽车方面也具有一定的优 势。其缺点是噪声大，安装需采取防震、隔音 措施。 图3.13 BJD型普通锤式破碎机 1锤子；2旁路；3格栅；4测量头 图3.14 BJD型破碎金属切屑的锤式破碎机 1衬板；2弹簧；3锤子；4筛条；5小门； 6非破碎物收集区
7、；7给料口 图3.15 Hammer Mills型锤式破碎机 1切碎机本体；2锤头 （小）；3锤头 （大）； 4压缩给 料机；5切断垫圈；6栅条；7输送器 图3.16 Novorotor型双转子锤式破碎机 1细粒级产 品出口；2风力分级；3物料入口 冲击式破碎机 图3.17 Universa型冲击式破碎机 1板锤；2筛条；3研磨板；4冲击板；5链幕 图3.18 Hazemag型冲击式破碎机 1固体废物；2一级冲撞板（固定刀）；3二级冲撞板（固定刀）； 4排出口； 5旋转打击刀 剪切式破碎机 剪切式破碎机是以剪切方式为主，对物料 进行破碎的机械设备。剪切破碎机是通过 固定刀和可动刀（往复式刀或旋
8、转式刀） 之间的啮合作用，将固体废物切开或割裂 成需要的形状和尺寸，特别适合对二氧化 硅含量低的松散废物进行破碎。 图3.20 Von Roll型往复剪切破碎机 图3.21 Lindemann型剪切破碎机 1剪切刀片；2压紧 器；3送料器； 图3.22 旋转剪切式破碎机 1旋转刀；2固定刀 辊式破碎机 图3.24 光面双辊式破碎机 （a）双齿辊 破碎机； （b）单齿辊 破碎机 图3.25 齿辊 破碎机工作原理 图3.26 颚辊 破碎机破碎原理图 1颚式破碎机；2破碎物料；3对辊 破碎机；4减振弹簧 图3.27 “石打石”自破碎 自冲击破碎机 废钢破碎机 图3.28 SHD型破碎机构造图 1安全
9、帘；2进料滚筒；3不可破碎物排放门；4转子； 5筛；6钢砧；7废钢 料 图3.29 ZK型破碎机构造图 1废钢 ；2进料辊；3压盖；4转动压 臂；5转子； 6旋转格栅；7活动铁 砧；8抽尘装置 细磨细磨 细磨有三个目的： 对废物进行最后一段粉碎，使其中各种成 分单体分离，为下一步分选创造条件； 对多种废料原料进行粉磨，同时起到把它 们混合均匀的作用； 制造废物粉末，增加物料比表面积，加速 物料化学反应的速度。 细磨机对垃圾的破碎程度远远超过破碎过程。细磨机对垃圾的破碎程度远远超过破碎过程。 细磨程序通常在内装有磨矿介质的磨机中进行细磨程序通常在内装有磨矿介质的磨机中进行 。工业上应用的细磨设备
10、类型很多，如球磨机。工业上应用的细磨设备类型很多，如球磨机 、棒磨机和砾磨机，分别以钢球、钢棒和砾石、棒磨机和砾磨机，分别以钢球、钢棒和砾石 为磨矿介质；若以自身废物作介质，就被称为为磨矿介质；若以自身废物作介质，就被称为 自磨机，自磨机中再加入适量钢球，就构成所自磨机，自磨机中再加入适量钢球，就构成所 谓半自磨机。谓半自磨机。 细磨方式：湿式细磨，干式细磨细磨方式：湿式细磨，干式细磨 细磨设备细磨设备 图图图图3.30 3.30 球磨机球磨机结结结结构构 （a a）和工作原理（）和工作原理（b b）示意）示意图图图图 1 1筒体；筒体；2 2端盖；端盖；3 3轴轴轴轴承；承；4 4大大齿轮齿
11、轮齿轮齿轮 ；5 5钢钢钢钢球球 （a）泻落状态；（b）抛落状态；（c）离心状态 图3.31 磨介的运动状态 球磨机由于规格、卸料和传动方式等不同 分为多种类型，如流溢型球磨机、格子型 球磨机和风力排料球磨机等。 图3.32 流溢型球磨机构造图 1筒体；2端盖；3大齿圈；4轴承；5、6衬板； 7给料器；8给料管；9排料管；10人孔 图3.34格子型球磨机构造图 1给料器；2进料管；3主轴承；4端衬板；5端盖；6筒体；7筒体衬板； 8人孔；9楔形压条；10中心衬板；11排料格子板；12大齿轮；13端盖； 14锥形体；15楔铁；16联轴节 ；17电动机 图3.33 格子型球磨机工作原理示意图 1格
12、子板；2举板 棒磨机 棒磨机和溢流型球磨机结构基本类似，但是前者采用钢 棒作为细磨介质。为了防止筒体旋转时钢棒歪斜而产生 乱棒现象，棒磨机的锥形端盖敷上衬板后，内表面是平 直的。钢棒长度一般比筒体长度短2050 mm。 棒磨机的钢棒是通过“线接触”产生的压碎和研磨作用 来粉碎固废。因此具有选择性的破碎作用，更减少了固 体废物的过粉碎。其产品粒度均匀，钢棒消耗量低。它 一般用于第一段的粗磨。在钨、锡或其他稀有金属矿的 重选厂或磁选厂从尾矿中回收其金属时，为了防止固废 中的金属过粉碎，常采用棒磨机。 棒磨机工作转速通常约为临界转速的6070；充填 系数一般为3540；固体废物粒度不宜大于25 mm
13、 。 砾磨机 砾磨机是一种用砾石或卵石作细磨介质的细磨 设备，是古老的细磨设备之一。由于细磨机的 生产率与细磨介质的比重成正比，因此砾磨机 的筒体尺寸要比相同生产率的球磨机大。同时 ，其衬板一般要求能够夹住细磨介质，形成“ 自衬”，以减少衬板磨损，加强提升物料能力 和固体废物间的粉碎作用。因此，采用网状衬 板和梯形衬板，或者两者的组合。使用砾磨机 时，转速一般比球磨机略高，常为临界转速的 8590。 砾磨机具有单位处理能耗小，生产费用低、节 省金属材料（如细磨介质）、能避免金属对物 料的污染等特点，适用于对产品有某种特殊要 求的场合。 自磨机 自磨机又称无介质磨机，分干磨与湿磨两种。 干式自磨
14、机的物料粒度一般为300400 mm，一 次磨细到0.1 mm以下，粉碎比可达30004000， 比球磨机等有介质磨机大数十倍。 低温破碎低温破碎 利用物质在低温下易变脆的特性或者利用利用物质在低温下易变脆的特性或者利用 不同废物脆化温度的差异，在低温下对其不同废物脆化温度的差异，在低温下对其 进行选择性破碎的过程，即为低温破碎。进行选择性破碎的过程，即为低温破碎。 低温破碎通常需要配置制冷系统，液氮具低温破碎通常需要配置制冷系统，液氮具 有制冷温度低、无毒、无爆炸危险等优点有制冷温度低、无毒、无爆炸危险等优点 ，常用来做制冷剂。然而，由于制备液氮，常用来做制冷剂。然而，由于制备液氮 需耗用大
15、量能源，且需要量较大，造成费需耗用大量能源，且需要量较大，造成费 用昂贵。用昂贵。 图3.37 低温破碎工艺流程图 低温破碎的应用 塑料低温破碎 有关塑料的低温破碎的研究结果如下： 各种塑料的脆化点。PVC（聚氯乙烯）：520；PE（聚乙 烯）：95135；PP（聚丙烯）：020。 冷冻装置。将塑料放在4 m长皮带运输机上，在绝热壁厚为300 mm 的冷却槽内移动。从槽顶喷入液氮，4 min后温度降至75；62 min后温度降至167。 采用仅具有拉伸、弯曲、压缩作用力的简单破碎机时，低温破碎所 需动力大于常温破碎。采用冲击式破碎机时，则低温破碎所需动力 比常温破碎要小得多。 膜状塑料难于低温破碎。 根据以上判断，低温破碎应选择以冲击力为主、拉力和剪切力为辅 的破碎机合适。 金属混合物的选择性低温破碎 美国矿山局利用低温破碎技术从有色金属混合物 、包覆电线等固体废弃物中回收铜、铝、锌。 多次试验发现，对2575 mm大小的混合金属进 行低温破碎(72，1 min)后，所得25 mm以下 产物中可回收97的铜，100的铝(不含
