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1、第四章 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,图4.1 二级分选机和多级分选机流程图,回收率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
2、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）,纯度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：,（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：,（4-5）,同样，第i个出料口中X物料的纯度PXi：,（4-6）,第二类多
3、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物料的纯度PXIi：,（4-8）,4.2.1 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：
4、 粒度小于筛子孔径3/4的细粒物料颗粒，称为“易筛粒”； 粒度大于筛子孔径3/4的细粒物料颗粒，称为“难筛粒”。,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“阻碍粒”。,颗粒透过筛孔的可能性或机会大小，称为透筛概率。影响颗粒的透筛概率的因素有：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
5、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 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,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、滚筒筛和振动筛三类。目前应用
6、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,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,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
7、。,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类，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
8、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、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南开大学,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
9、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）,表4.3 重悬浮液加重质的性质,跳汰分选：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入脉冲水流，使物料层松散并按密度分层，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重物，还有部分筛上物质。,（2）跳 汰 分 选,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
10、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。 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南开大学,风选:按密度分选,图2.1 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：,增加： 上升气流 水平气流,沉降末速,“等降颗粒”,颗粒在空气中的沉降末速 ：,- 颗粒的直径； - 颗粒的密度； - 空气的密度； - 阻力系数； - 重力加速
11、度。,式中：,（2-1）,固体颗粒实际沉降速度v=v0ua 当v0，颗粒向下作沉降运动； 当v=0，颗粒作悬浮运动； 当v0，颗粒向上作漂浮运动。,沉降速度，V,图2.2 颗粒在上升气流中的受力分析,固体颗粒的实际运动方向：,图2.3 颗粒在水平气流中的受力分析,立式风力分选机：上升气流风选机,风选设备,卧式风力分选机：水平气流风选机,图2.4 卧式风力分选机结构和工作原理示意图,图2.5 立式风力分选机工作原理示意图,（a）锯齿型风力分选机,（b）振动式风力分选机,（c）回转式风力分选机,摇床分选是在一个倾斜的床面上，借助床面的 不对称往复运动和薄层斜面水流的综合作用，使细 粒固体废物按密度
12、差异在床面上呈扇形分布而进行 分选的一种方法。,摇 床 分 选,摇床分选设备工作原理：,图4.17 摇床上颗粒分带情况示意图 1给料端；2轻产物端；3传动端；4重产物端,第三节 磁力分选,磁选分离的关键是确定合适的f磁,磁选：利用磁性差异，在不均匀的磁场中进行分离。,为比磁化系数,磁选分离的条件：,根据 H 的大小，磁选设备可分为三类： 弱磁场磁选设备，磁极表面H 1700 OS， 强磁场磁选设备，磁极表面H 600026000 OS； 中等磁场磁选设备，磁极表面H = 20006000 OS。,根据x0的大小，废物可分成三类： 强磁性物质，x03810-6 cm3/g； 弱磁性物质，x0=（
13、0.197.5）10-6 cm3/g； 非磁性物质，x00.1910-6 cm3/g。,图3.1 吸持型磁选机,给料,电磁铁,刮片,磁性产品,非磁性产品,（a）滚筒式吸持磁选机,（b）带式吸持磁选机,（a）一般式除铁器,图3.2 悬吊型磁选机,（b）带式除铁器,（a）永磁磁力滚筒结构示意图,图3.3 永磁滚筒磁选机结构与工作原理图,（b）磁滚筒分选原理图,磁选机,目前使用的电选机，按电场特征主要分为 （1）静电分选机 （2）电晕-静电复合电场分选机,根据导电性，废物分为,导体,半导体,非导体,第四节 电力分选,电选：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
14、电极；5高压绝缘子；6毛刷,（a）静电辊筒式分选机,（b）YD-4型高压电选机,图4.1 颗粒带电方式:直接传导带电、电晕带电,浮选是在固体废物与水调制的料浆中,加入 浮选剂,并通过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。,第五节 浮选,润湿性: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 被水润湿。易被水润湿的物质，称为亲水性物质； 不易被水润湿的物质，称为疏水性物质。,浮选药剂：捕收剂、起泡剂、调整剂,常用的捕收剂,异极性捕收剂：黄药类、脂肪酸类,非极性油类捕收剂：
15、煤油、柴油等,（1）捕收剂：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。,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）起泡剂：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和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层,常用的起泡剂:松油、松醇油、脂肪醇等。 松醇油的主要成分为-萜烯醇（C10H17OH） 结构式为：,图5.2 起泡剂与捕收剂的相互作用,图5.1 起泡剂在气泡表面
16、的吸附,表5.1 常用的调整剂种类,（3）调整剂：主要作用是调整捕收剂的作用 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：包括调浆、调药、调泡三个程序。 （1）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。 （2）调药：浮选过程药剂的调整，包括提高药效、合理添加、混合用药、料浆中药剂浓度调节与控制等。
