第三章 固态废料的预处理 第二节 固态废料的破碎 3.2 固态废料的破碎（crushing） 本节讨论三个内容： ❖ 破碎的基础理论（重点） ❖ 破碎机 ➢重点： ➢破碎机的类型及选择破碎机的原则 ➢颚式破碎机的工作原理、类型及性能比较 ❖ 低温破碎与湿式破碎 一、 破碎的基础理论 ❖ 破碎的目的 ❖ 固态废料的机械强度和破碎方法 ❖ 破碎比，破碎段和破碎流程 （一） 破碎的目的 破碎的概念 破碎是利用外力克服固体质点间的内聚力 使之由大变小的过程。 破碎虽能作为一种处理方法（如减容）， 但主要是作为对固态废料做处理、利用 和最终处置的准备过程或者叫做预处理过 程。 （一） 破碎的目的 破碎的目的 破碎的目的是为固态废料的有效处理、利 用和处置提供条件。 破碎的目的具体体现在以下六个方面 (1) 为便于 和 ，经破碎后能有效地减少容积 (2) 为便于分选回收，经破碎达到 或适合于分选设 备的适用粒度范围 (3) 为便于热处理，增加比表面积 (4) 为便于制造建材，满足建材制品对原料的粒度要求 (5) 为便于填埋压实，经破碎增加密实度 (6) 为保护处理设备，经破碎减小冲击力 （二） 固态废料的机械强度和破碎方法 ➢固态废料的机械强度 ➢破碎方法 （1）固态废料的机械强度 概念 固态废料按抗压强度的分类 影响固态废料强度的重要的因素 a.固态废料的机械强度 固态废料的机械强度主要体现于对于外力的 抵抗能力 固态废料的机械强度本质上决定于固态废料 内部质点间的结合情况。 固态废料的机械强度有抗压、抗拉、抗剪和抗 弯等多种表示方法，分别反映固体的抗不同破 碎力的阻力，其中抗压强度最大，其它强度均 为其很小的分数。 b. 分类 根据固态废料的抗住压力的强度，可以将固体 废物分为三类 坚硬固态废料（25Mpa）； 中等硬度固态废料（4～25Mpa）； 软固态废料（＜4Mpa）。 c. 影响固态废料机械强度的主要因素 硬度(rigidity ):表示破碎的难易程度 一般与天然矿物进行比较。天然矿物按莫氏硬度 分为10级，并以一种天然矿物作为代表，由低到 高分别是：1、滑石；2、石膏；3、方解石；4、萤石；5、 磷灰石；6、长石；7、石英；8、黄玉石；9、刚玉；10、 石。 固态废料的硬度越大, 表示它的抗压强度越大, 破碎越 。 c. 影响固体废物机械强度的重要的因素 粒度(granularity ) 粒度越小，抗破碎的阻力就越大,破碎越困 难。 脆性(brittleness ) 抗冲击破碎的阻力小(即脆性大)，抗磨剥破 碎的阻力大，破碎越 。 塑性(plasticity ) 抗冲击和磨剥破碎的阻力都大(即塑性大)， 破碎越 一般采用低温破碎。 各种硬度物料的分类 在需要破碎的废物中，大多数呈现脆性，废物 在断裂之前的变形很小。 也有一些需要破碎的废物在常温下呈现较高的可塑 性，这些废物用传统的破碎机难以破碎，需要采取 特殊实施。 例如废橡胶在压力作用下能产生较大的塑性变 形而裂，但可利用其低温变脆的性能而有效地破碎。 又如破碎金属切削下来的金属屑，压力只能使其压 实成团，但不能碎成小片或小条、粉末，必须采用 特制的金属切削破碎机进行有效的破碎。 （2）破碎方法 按破碎固体物所用的外力，即消耗能量的形式可分为 机械能破碎和非机械能破碎两类方法。 机械能破碎的方法 ➢利用破碎工具（如破碎机的齿板，锤子、球磨机的钢 球等）对固态废料施力而将其破碎 常用方法：压碎；劈碎；折断；磨碎；冲击破碎 破碎机械的施力情况 (a)压碎 (b)劈碎 (c)折断 (d)磨碎 (e)冲击破碎 ➢非机械能破碎的方法 利用电能、热能等对固体废物进行破碎的 新方法 电热照射；液电效应；热力破碎；减压破 碎；低温破碎；超声波破碎。 （2）破碎方法（续） 选择破碎方法的原则 破碎机械的施力必须与固废性质相适应，一般主 要依据固体废物的机械强度，特别是硬度而定， 如 坚硬固体→ 挤压和冲击 韧性固体→ 剪切和磨碎 脆性固体→ 劈碎和冲击 一般采用两种以上的破碎方法。 （2）破碎方法（续） a. 电热照射(Electric heat radiation) ◆ 主要用于某些岩石的破碎，将其置于高频或 频电场中，岩石中某些矿物将急剧发热， 从而造成不同矿物间的温度应力，降低了机械 强度（曾用于花岗岩的破碎） b. 液电效应(Lyo-electric effect) ➢ 在液体内部进行高压和瞬时的脉冲放电， 使放电区内生极高压力，将物体破碎， 这种效应叫液电效应。 ➢有人试验：采用65KV，45微法，25微 亨的放电电路破碎花岗岩 ，能耗仅 0.05 ～0.15kwh/t。 c. 热力破碎( minution) ➢ 用加热的方法进行预处理， ➢ 主要用于含石英物料的破碎； ➢ 石英(SiO )在不同温度下有不同的变种， 2 发生晶形改变时具有体积膨胀的效应，引 起强度降低。 d. 减压破碎(De-pressurizing comminution) ◼ 将物料置于高压容器中，加压到5 .6 ～ 52.5个大气压，而后突然快速开阀，高压气 体膨胀并携带矿石以声速或超声速沿导管流 动，并产生两种作用而破碎： 物体内部气体的膨胀； 物体在流动中的高速碰撞。 e. 低温破碎(Low-temperature comminution) 利用某些塑性物体（橡胶、塑料等）在 低温下变脆的性质进行破碎。 f. 超声波破碎(Ultrasonic comminution) ➢超声波的作用主要有热效应、空化效应和机 械效应。 ➢热效应是当超声在介质中 时，摩擦力阻 碍了由超声引起的分子 ，使部分能量转化 为局部高热。 ➢空化效应是在超声作用下，生物体内形成空 泡。 ➢机械效应是超声的 效应，超声波在 过程中介质质点交替地压缩与伸张构成了压力 变化，引起内部结构损伤。 小结 破碎 极完全、完全、中等、不完全和 极不完全解理 抗住压力的强度 结构 缺陷 细块物 脆性 料机构 抗剪切强度 柔性 延展性 韧性 影响破碎 解理 缺陷少， 效果因素 难磨； 挠性 弹性等 粗块多， 抗弯强度 易碎 硬度 F.C 功指数；莫氏硬度（10级）；普氏硬 度系数f∝ δ压 抗拉强度 固态废料破碎的方法主要有哪些？ 根据固态废料破碎时所使用的外力，可以将破碎分为机械 能破碎和非机械能破碎两种。 机械能破碎是利用破碎工具对固态废料施加外力而使其破 碎，通常包括挤压、冲击、剪切、摩擦、撕拉等方式。 非机械能破碎指利用电能、热能等非机械能的方式对固体 废物进行破碎，如低温破碎、热力破碎、减压破碎、超声 破碎等。用于实际生产的破碎设备通常是综合两种或者两 种以上的破碎方法，对固态废料进行联合破碎，这样更能 达到良好的破碎效果。 （三） 破碎比，破碎段和破碎流程 ➢ 破碎比 (reduction retio) ➢ 破碎段(crushing section) ➢ 破碎流程(crushing floesheet) （1）破碎比(reduction ratio) 破碎比的概念 固态废料破碎前与破碎后粒度的比值叫破碎比。 破碎比的表示方法 物料破碎前后的粒度都不是均一的，所以破碎比有几 种表示方法。 破碎比的表示方法：有以下三种 ➢（1）用破碎前与破碎后的最大粒度的比值表示 D max 该法确定的破碎比称为极限破 i = d 碎比，在工程设计中常被采用 max ➢（2）用破碎机给料口的有效宽度和排料口宽度 的比值表示 0.85B i = 常用于生产（检验） S ➢ （3）用破碎前与破碎后的平均粒度的比值表示 i＝D /d cp cp ➢该法确定的破碎比称为真实破碎比，能较真实 地反映破碎程度，所以，在科研及理论研 究中 常被采用。 ➢一般破碎机的平均破碎比在3—30之间，磨碎机 破碎比可达40—400以上。 平均粒度的计算 平均粒度有多种计算方法（ 算术平均法， 几何平均法和调和平均法等），一般常用 算术平均法。 +rrdd ++rd rd rd 1221 nn ii ii D = = = + +rrr r 100 21 n i 式中：d －粒度，用筛子时，为筛孔宽度或直径 i r －各级别的重量百分率，％ i 平均粒度的大小决定于粒度级别的多少 级别越多，其值越接近实际； （2）破碎段(crushing section) 破碎段：固态废料每经过一次破碎机或 磨碎机称为一个破碎段 破碎段数是决定破碎工艺流程的基本指 标，它主要决定破碎废物的原始粒度和 最终粒度。 破碎段数越多，破碎流程就越复杂，工程 投资相应增加，因此，在可能的条件下， 应尽量采用一段或两段流程。 因为 破碎机所能达到的破碎比受很多因素限制（一般破碎 比i 3～30） 固态废料的破碎粒度又是根据需要确定的。 所以 当要求的破碎比大于所适用破碎机的破碎比时，就 需要2段以上的破碎； 则一次破碎即为一个破碎段，或叫一段破碎。 D

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