4.3固體廢棄物重力分選

1、基本原理重介質(zhì)分選風(fēng)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(yùn)動(dòng)介質(zhì)中受到重力、介質(zhì)動(dòng)力和機(jī)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(guò)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(fēng)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(jìn)行，不適合于包含可溶性物質(zhì)的分選，也不適合于成分復(fù)雜的城市垃圾分選。該法主要應(yīng)用于礦業(yè)廢物的分選過(guò)程。,重選過(guò)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(guò)程都在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中進(jìn)行在重力、介質(zhì)動(dòng)力及機(jī)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(yùn)動(dòng)介質(zhì)流的推動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dá)到分離目的的方法。為能達(dá)到良好的分選效果，關(guān)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(gòu)成的固液兩相分散體系，其特點(diǎn)有二：一是密度比水大；二是該體系是

4、非均勻介質(zhì)。,（二）對(duì)加重質(zhì)的要求,密度足夠大粘度低，化學(xué)穩(wěn)定性好、使用時(shí)不易氧化和泥化無(wú)毒、無(wú)腐蝕性來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，便于制備與再生應(yīng)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(jià)格昂貴，只能在實(shí)驗(yàn)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(jī)溶液、礦物鹽類的水溶液、風(fēng)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能保持自己物理性質(zhì)的介質(zhì)。,①有機(jī)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(fēng)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(jìn)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(xì)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(jié)構(gòu)：主要由5部分組成主要技術(shù)參數(shù) 轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)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(tái)·h 2r/min,圖4.8 圓筒形轉(zhuǎn)鼓,（三）重介質(zhì)分選設(shè)備,該設(shè)備外形為一圓筒形轉(zhuǎn)鼓，由四個(gè)滾輪支撐，通過(guò)圓筒腰間的大齒輪由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在圓筒內(nèi)壁沿縱向設(shè)有揚(yáng)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(dòng)過(guò)程中，密度大于重介質(zhì)的顆粒沉于槽底，由揚(yáng)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(jié)構(gòu)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(diǎn),優(yōu)點(diǎn)分選指標(biāo)高，處理能力大；（按密度差異分選，粒度和形狀影響小）分選粒度范圍寬，分選流程簡(jiǎn)單；（無(wú)須分級(jí)入選）設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作容易 缺點(diǎn)重介質(zhì)的

9、制備，回收，再生系統(tǒng)復(fù)雜設(shè)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(guò)程跳汰機(jī)影響因素,（1）分選原理及工作過(guò)程,概念跳汰分選是利用跳汰機(jī)構(gòu)產(chǎn)生交變水流，使物料在松散和沉降過(guò)程中按密度分層進(jìn)而分離的一種重選方法。分選原理及過(guò)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(guò)程見(jiàn)圖4-11。,圖4-10 隔膜跳汰

10、機(jī)的分選示意圖,,圖4-11 物料顆粒在跳汰時(shí)的分層過(guò)程,（2）跳汰機(jī)(jigs),跳汰機(jī)主要按水流運(yùn)動(dòng)方式分為兩類：見(jiàn)（圖4-12）。隔膜跳汰機(jī)：通過(guò)偏心連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)橡膠隔膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)水流脈沖運(yùn)動(dòng)。無(wú)活塞跳汰機(jī)：采用壓縮空氣推動(dòng)水流脈動(dòng)。,圖4-12 跳汰中推動(dòng)水流的形式a. 隔膜鼓動(dòng)； b.空氣鼓動(dòng),（3）分選過(guò)程的影響因素,沖程(stroke)與沖次(frequency)：與搖床相同；篩下補(bǔ)加水：通過(guò)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(bǔ)加水達(dá)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(yīng)的給料水少，分選精度降低，處理能力提高；反之結(jié)果也相反。,4.3.2 風(fēng)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(lái)。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(yuǎn)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(guò)氣流沉降。被氣流帶走的輕物料再進(jìn)一步從氣流中分離出來(lái)，一般用旋流器分離。,（一）原理,由于分離精度不太高，風(fēng)選常作為城市垃圾的粗分手段，把密度相差較大的有機(jī)組分和無(wú)機(jī)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(jì)，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(dāng)顆粒粒度一定時(shí)，密度大的顆粒沉降末速大；當(dāng)顆粒密度相同時(shí)，直徑大的顆粒沉降末速大。,,,,由于顆粒的沉降末速同時(shí)與顆粒的密度、粒度及形狀有關(guān)，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(yīng)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(gè)別公式或通式寫出

14、，如兩顆粒等降，則 ，那么：,,,,從公式可見(jiàn)，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(shí)踐都表明，e0將隨顆粒粒度變細(xì)而減小。所以，為了提高分選效率，在風(fēng)選之前需要將廢物進(jìn)行窄分級(jí)，或經(jīng)破碎使粒度均勻后，使其按密度差異進(jìn)行分選。,,,,,,,,固體顆粒實(shí)際沉降速度v=v0－ua 當(dāng)v>0，顆粒向下作沉降運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)v=0，顆粒作懸浮運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)v<0

15、，顆粒向上作漂浮運(yùn)動(dòng)。,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(dá)到沉降末速時(shí)，顆粒的沉降速度（v）等于顆粒對(duì)介質(zhì)的相對(duì)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(dá)到沉降末速的時(shí)間和距離。因此，在風(fēng)選過(guò)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(fēng)選中還常應(yīng)用水平氣流。在水平氣流分選器中，物料是在空氣動(dòng)壓力及本身重力作用下按粒度或密度進(jìn)行分選的。,當(dāng)水平氣

16、流速度u一定，顆粒粒度d相同時(shí)，密度ρs大的顆粒沿與水平夾角較大方向運(yùn)動(dòng);密度ρs較小的顆粒則沿夾角較小的方向運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到按密度差異分選的目的。,顆粒的運(yùn)動(dòng)方向和空氣動(dòng)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(lái)確定：,,風(fēng)選在國(guó)外主要用于城市垃圾的分選，將城市垃圾中的有機(jī)物與無(wú)機(jī)物分離，以便分別回收利用或處置。,（二）風(fēng)選設(shè)備,臥式風(fēng)力分選機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖,臥式風(fēng)力分選機(jī)從側(cè)面送風(fēng)，固體廢物經(jīng)破碎機(jī)破碎和

17、圓筒篩篩分使其粒度均勻后，定量給入機(jī)內(nèi)，當(dāng)廢物在機(jī)內(nèi)下落時(shí)，被鼓風(fēng)機(jī)鼓入的水平氣流吹散，固體廢物中各種組分沿著不同運(yùn)動(dòng)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(fēng)力分選機(jī),臥式風(fēng)力分選機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，維修方便，但分選精度不高。一般很少單獨(dú)使用，常與破碎、篩分、立式風(fēng)力分選機(jī)組成聯(lián)合處理工藝。,臥式風(fēng)力分選機(jī)的最佳風(fēng)速為20 m/s。,該系統(tǒng)設(shè)有粉碎機(jī)。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(dǎo)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(xì)灰粒等被氣流帶入管，并在風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流推動(dòng)下帶入其他處理裝置中。此系統(tǒng)簡(jiǎn)單、緊湊，工作室內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)部件，但卻有較高的分選效率。,立式風(fēng)力分選機(jī)工作原理示意圖,經(jīng)破碎后的城市垃圾從中部送入風(fēng)力分選機(jī)，物料在上升氣流作用下，垃圾中各組分按密度進(jìn)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(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。與臥式風(fēng)力分選機(jī)比較，立式曲折風(fēng)力分選機(jī)分選精度較高。,⑵立式曲

19、折風(fēng)力分選機(jī),垃圾投入料斗后，由帶葉片的輸送機(jī)投入垂直分離室。由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流將輕質(zhì)物料升起，并進(jìn)入減縮通道。垃圾從窄頸部入第一分離柱，利用風(fēng)機(jī)的上升氣流進(jìn)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(jìn)入第二分離柱，進(jìn)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(jī)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(jiǎn)便。,氣流分選機(jī)有效識(shí)別輕、重物料的一個(gè)重要前提是：必

20、須使氣流在分選筒中產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流和剪切力，從而把物料團(tuán)塊進(jìn)行分散，達(dá)到較好的分選效果。因此，必須對(duì)分選筒進(jìn)行改進(jìn)。采用了鋸齒形、振動(dòng)式或回轉(zhuǎn)式分選筒的氣流通道，它是讓氣流通過(guò)一個(gè)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(fēng)力分選機(jī),（b）振動(dòng)式風(fēng)力分選機(jī),（c）回轉(zhuǎn)式風(fēng)力分選機(jī),鋸齒形：每個(gè)轉(zhuǎn)折實(shí)際上起到了單獨(dú)的一個(gè)分選機(jī)的作用振動(dòng)式：振動(dòng)＋氣流分選回轉(zhuǎn)式：圓筒篩分＋氣流分選,旋風(fēng)除塵器對(duì)于

21、直徑大于10?m的顆粒，可選擇旋風(fēng)除塵器收集。,含顆粒物的氣體經(jīng)螺旋運(yùn)動(dòng)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(lái)。,4.3.4 搖床(shaking tables)分選,搖床的分選原理?yè)u床的構(gòu)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(diǎn),（1）搖床的分選原理,搖床分選是在一個(gè)傾斜的床面上，借助床面的不對(duì)稱往復(fù)運(yùn)動(dòng)和薄層斜面水流的綜合作用，使細(xì)粒固體廢物按密度差異在

22、床面上呈扇形分布而進(jìn)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(shè)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(gè)力：一是搖動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向則取決于這兩個(gè)力的合力（見(jiàn)右下圖）。于是，顆粒移動(dòng)方向的偏離角也取決于兩個(gè)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(yùn)動(dòng)和縱向運(yùn)動(dòng)的綜合結(jié)果，大密度顆粒具有較大的縱向移動(dòng)速度和較小的橫向移動(dòng)速度，其合速度方向偏離搖動(dòng)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(dòng)速度和較小的縱向移動(dòng)速度，其合速度方向偏離搖動(dòng)方向的傾角大，趨向于輕產(chǎn)物端。大密度粗粒和小密度細(xì)粒則介于上述兩者之

24、間。,垂直分布—析離分層,床面搖動(dòng)及橫向水流流經(jīng)床條所形成的渦流，造成水流的脈動(dòng)，使物料松散并按沉降速度分層。由于床面的搖動(dòng)，導(dǎo)致細(xì)而重的顆粒鉆過(guò)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(diǎn)。它使顆粒按密度分層更趨完善。分層的結(jié)果是粗而輕的顆粒在最上層，其次是細(xì)而輕的顆粒，再次之是粗而重的顆粒，最底層是細(xì)而重的顆粒。,（2）搖床的構(gòu)造,床面：工業(yè)型床面一般為4500×1800mm，長(zhǎng)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(lái)復(fù)條，均為縱向排列；搖動(dòng)機(jī)構(gòu)（又叫床頭）：使床面產(chǎn)生往復(fù)搖動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。由于采用偏心肘板式或凸輪杠桿式驅(qū)動(dòng)，使床面的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不對(duì)稱性，前進(jìn)快，后退慢，使物料往前運(yùn)動(dòng)。機(jī)架：主要由支承裝置和調(diào)整裝置組成支承裝置：有滑動(dòng)支承和滾動(dòng)支承兩種，前者平穩(wěn)，后者節(jié)省動(dòng)力。調(diào)整裝置：可調(diào)節(jié)橫向和縱向坡度,圖4.16 搖床結(jié)構(gòu)示意圖1－床面；2－給水槽；3－給料槽；

26、4－床頭；5－滑動(dòng)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(bǔ)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(shí)取高值；給料粒度： 一般小于2mm，并需預(yù)先分級(jí)；給料量：粗砂搖床一般為2～2.5t/臺(tái)時(shí)，細(xì)粒搖床一般為0.2～0.5t/臺(tái)時(shí)；橫向坡度和補(bǔ)加水：坡度大和水流大都會(huì)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(xì)顆粒反之；縱向坡度：一般為0.5～1º，有時(shí)也采用負(fù)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(qiáng)水流的脈動(dòng)，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(dòng)端向重產(chǎn)物端逐漸降低，使分好層的顆粒，依次受到?jīng)_洗。總之，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(jié)果。因此，分層后位于最上端的輕而粗的顆粒由于最先