第三章 固态废料预处理 固体废弃物的处理与资源化 教学课件ppt

  3-1固态废料的压实技术3-2固态废料的破碎技术3-3固态废料分选技术3-4固态废料的脱水第三章固态废料预处理一、固态废料压实的目的二、固态废料压实的原理三、固态废料压实的量度四、固态废料的压实设备五、固态废料压实设备的选择3-1固态废料的压实技术一、固态废料压实的目的压实又称压缩，指用机械方法增加固态废料聚集程度，增大容重和减少固态废料表观体积，提高运输与管理效率的一种操作技术。固态废料----压实处理----增大容重、减少固态废料体积----便于装卸和运输，确保运输安全与卫生，降低运输成本；固态废料----压实处理----可制取高密度惰性块料，便于贮存、填埋或作为建筑材料使用。二、固态废料压实的原理表观体积是废物颗粒有效体积与空隙占有的体积之和：Vm=Vs+Vv(3-1)式中：Vm--固态废料的表观体积Vs--固体颗粒体积(包括水分)Vy--空隙体积二、固态废料压实的原理固态废料--压实操作--压力的增大--空隙体积减小--表观体积也随之减小--容重增大。压实---冰箱与洗衣机、纸箱与纸袋、纤维、废金属细丝等压缩性能大而复原性小的物质木头、玻璃、金属、塑料块等很密实的固体或是焦油、污泥等半固态废料不宜作压实处理。容重--固态废料的干密度，用ρd表示。ρd=ms／Vm=(mm-m水)／Vm(3-2)式中：ms--固态废料颗粒质量mm--固态废料总质量，包括水分质量m水--固态废料中水分质量。三、固态废料压实的量度常用下述指标表示废物的压实程度。(一)空隙比与空隙率空隙比--固态废料的空隙体积与固体颗粒体积(包括水分)之比Vv/Vs(3-3)空隙率--固态废料的空隙体积与固体颗粒表观体积之比Vv/Vm(3-4)空隙比与空隙率越低，表明压实程度越高，相应的密度越大。(二)湿密度（常用）与干密度(容重）若忽略空隙中的气体质量，则固态废料总质量(mm)等于固体物质质量(ms。)与水分质量(mw)之和，即：mm=ms+mw(3-5)固态废料湿密度：mm/Vm(3-6)固态废料干密度：ms/Vm(3-7)(三)体积减小百分比体积减小百分比用式(3-8)表示：R=(Vi-Vf)/Vi100％(3-8)式中：R--体积减小百分比Vi--压实前废物的体积Vf--压实后废物的体积。(四)压缩比与压缩倍数压缩比r--固态废料经压实处理后体积减小的程度。Vf/Vi(3-9)r越小，压实效果越好。压缩倍数n（应用多）--固态废料经压实处理后，体积压实的程度。1/r=Vi/Vf(3-10)四、固态废料的压实设备1、水平压实器2、三项垂直压实器3、回转式压实器平面压实技术结构图回转式压实器结构示意五、固态废料压实设备的选择固体废物压实设备选用应考虑下列要点：1．被压实废物的物理特征，包括颗粒大小、成分、含水率与容重等。2．向压实器料斗中供料传输方式。3．对压实后废物的处理方法与利用途径。4．压实机械特征参数，包括装载室的大小、压头往返循环时间、机械的体积吞吐量、压力大小、压头贯入度、压实比与单元的外观尺寸等。5．压实机械的操作特性，包括能源用量、维修要求、操作的简易性、性能的可靠性、噪音水平、空气与水的污染控制等要求。6．操作地点选择，包括位置、高度、道路以及与环境有关的限制因素。3-2固态废料的破碎技术一、固态废料破碎的目的及方法二、影响破碎效果的因素三、破碎产物的特性表示四、固态废料破碎工艺五、固态废料破碎机械六、固态废料破碎设备的选择一、固态废料破碎的目的及方法破碎--利用外力克服固态废料质点间的内聚力而使大块固态废料分裂成小块的过程。磨碎--使小块固态废料颗粒分裂成细粉的过程称为磨碎。固态废料经破碎和磨碎后，颗粒变得小而均匀。目的(1)原来不均匀的固态废料经破砷或粉磨之后容易均匀一致，可提高焚烧、热解、熔烷、压缩等作业的稳定性和处理效率。(2)固态废料粉碎后容重增加，容量减少，便于压缩、运输、贮存和高密度填埋和加速复土还原。(3)固态废料粉碎后，原来联生在一起的矿物或联结在一起的异种材料等单体分离，便于从中分选、拣选回收有价物质和材料。(4)防止粗大、锋利废物损坏分选、焚烧、热解等设备或炉腔。(5)为固态废料的下一步加工和资源化作准备。方法破碎方法可分为干式破碎、湿式破碎、半湿式破碎三类。其中，湿式破碎与半湿式破碎在破碎的同时兼具有分级分选的处理。干式破碎即通常所说的破碎。按所用的外力即消耗能量形式的不同，干式破碎可分为机械能破碎和非机械能破碎两种方法。机械能破碎是利用工具对固态废料施力而将其破碎的。非机械能破碎则是利用电能、热能等对固态废料进行破碎的新方法，如低温破碎、热力破碎、低压破碎和超声波破碎等。分类物理：低温冷冻破碎、湿式破碎。机械：剪切、冲击、挤压等。低温冷冻破碎利用其低温变脆的性能，低温破碎一般会用液氮作致冷剂。液氮具有致冷温度低、无毒、无爆炸危险等优点。但制备液氮需耗用大量能源，故低温破碎的对象仅限于常温难破碎的废物，如橡胶和塑料。湿式破碎：湿式破碎具有以下优点：使含纸垃圾变成均质浆状物，可按流体处理；不孽生效蝇、无恶臭、卫生条件好；噪声低、无发热、爆炸、粉尘等危害；适用于回收垃圾中的纸类、玻璃及金属材料等。图3-4机械能破碎a—压碎；b—劈碎；c—折断；d—磨碎；e—冲击破碎固态废料的强度特别是硬度，直接影响到破碎方法的选择。脆硬性的废物----宜采用劈碎、冲击、挤压破碎和磨碎，或是采用剪切、冲击破碎和磨碎；而当废物体积较大不能直接将其供人破碎机时，需先行将其切割到可以装入进料口的尺寸，再送入破碎机内。含有大量废纸的城市垃圾----近年来国外已采用半湿式和湿式破碎。破碎方法的选择二、影响破碎效果的因素影响破碎过程的因素是物料机械强度及破碎力。物料的机械强度是物料一系列力学性质所决定的综合指标，力学性质主要有硬度、解理、韧性及物料的结构缺陷等。(一)硬度硬度是指物料抵抗外界机械力侵入的性质。硬度愈高、抵抗外界机械力侵入的能力愈大，破碎时愈困难。硬度反映了物料的坚固性二、影响破碎效果的因素影响破碎过程的因素是物料机械强度及破碎力。物料的机械强度是物料一系列力学性质所决定的综合指标，力学性质主要有硬度、解理、韧性及物料的结构缺陷等。(二)韧性物料受压轧、切割、锤击、拉伸、弯曲等外界的力的作用时所表现出的抵抗性能叫韧性，包括脆性、柔性、延展性、挠性、弹性等力学性质。脆性大的物料在破磨中容易被粉碎，易过磨、过粉碎。脆性小的不容易被粉碎，破磨中不容易过磨、过粉碎。延展性多为一些自然金属矿物所具有，它们在破磨中容易被打成薄片而不易磨成细粒。柔性、挠性及弹性多为一些纤维结晶矿物(如石棉)、片状结晶矿物(云母、辉钼矿等)所具有，这些物料破碎及解理并不困难，粉碎成细粒十分困难。二、影响破碎效果的因素影响破碎过程的因素是物料机械强度及破碎力。物料的机械强度是物料一系列力学性质所决定的综合指标，力学性质主要有硬度、解理、韧性及物料的结构缺陷等。(三)解理物料在外力作用下沿一定方向破裂成光滑平面的性质叫解理，解理是结晶物料特有的性质。所形成的平滑面称作解理面(若不沿一定方向破裂而成凹凸不平的表面者称为断口)。按解理发育程度可分为下面五种类型：极完全解理；完全解理；中等解理；不完全解理；极不完全解理。 解理发育的物料容易破碎，产品粒子往往呈片状、纤维状等特殊形状。 二、影响破碎效果的因素 影响破碎过程的因素是物料机械强度及破碎力。物料的机械强度是物料一系列力学性质所决定的综合指标，力学性质主要有硬度、解理、韧性及物料的结构缺陷等。 (四)结构缺陷 结构缺陷对粗块物料破碎的影响较为明显，随着矿块粒度的变小，裂缝及裂纹逐渐消失，强度逐渐增大，力学的均匀性增高，故细磨更为困难。 二、影响破碎效果的因素 总体来说，固态废料的机械强度反映了固态废料抗破碎的阻力。常用静载下测定的抗住压力的强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度来表示。其中抗压强度最大，抗剪强度次之，抗弯强度较小，抗拉强度最小。一般以固态废料的抗住压力的强度为标准来衡量。抗压强度大于250 MPa者为坚硬固态废料，40--250 MPa者为中硬固态废料，小于40 MPa者为软固态废料。 固态废料的机械强度与废物颗粒的粒度有关，粒度小的废物颗粒，机械强度较高。 按在破碎时的性状划分，物料分为最坚硬物料、坚硬物料、中硬物料和软质物料四种。 三、破碎产物的特性表示 破碎产物的特性一般会用粒度分布情况和破碎比来定量描述。 1．粒径和粒度分布 表示颗粒尺寸的指标有三个：粒径、粒度分布和颗粒形状 球形颗粒的粒径直接用直径表示，对于不规则颗粒，粒径的代表值一般都会采用球体等效直径、有效直径、统计直径和筛径等表示。颗粒形状----球形度 球体等效直径----指与不规则颗粒具有一样体积的直径。 有效直径----指与颗粒密度相同，并在相同流体中具有相同沉降速度的球形颗粒的直径。 三、破碎产物的特性表示 1．粒径和粒度分布 统计直径----例如定向直径是在某个固定方向平行测得的颗粒的长度尺寸。 筛径----指物料通过筛子的筛孔的孔径。 粒度分布的表示方法有累积曲线和频度曲线两种。 累积曲线----指比某一粒径大或小的颗粒量占总颗粒量的质量分数(指小于或大于某一粒径的百分含量)对应于粒径的曲线。 频度曲线----指某一粒径范围内的颗粒量占总颗粒量的质量分数(指相邻两个粒级间的百分含量)与粒径间隔的比对应于各自粒径范围所作的曲线。 三、破碎产物的特性表示 2．破碎比与破碎段 破碎比----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。破碎比表示废物被破碎的程度。破碎机的能量消耗和解决能力都与破碎比有关。 极限破碎比----实际应用过程中，破碎比常采用废物破碎前的最大粒度与破碎后的最大粒度之比来计算，也称极限破碎比。破碎机给料口宽度常根据最大物料直径来选择。 真实破碎比----科研和理论研究中，破碎比常采用废物破碎前的平均粒度与破碎后的平均粒度之比来计算，这一破碎比称为真实破碎比。 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。 三、破碎产物的特性表示 2．破碎比与破碎段 若要求的破碎比不大，一段破碎即可。有些固态废料的分选工艺技术要求入料的粒度很细，破碎比很大，可结合实际需要将几台破碎机或磨碎机依次串联起来组成破碎流程。对固态废料进行多次(段)破碎，总破碎比等于各段破碎比的乘积。 i=i1•i2•i3•••in 破碎段数主要决定于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。若条件允许，破碎段数应最好能够降低。