第三章 固态废料的预处理 一、破碎目的(P51） 1、干式破碎 机械能破碎：利用工具对固态废料施力将其破碎。 分为压碎、劈碎、剪切、磨剥、冲击破碎等。 非机械破碎：利用电能、热能等对固废进行破碎。 如低温破碎、热力破碎、低压破碎及超声波破碎等。 2、破碎比与破碎段 （1）破碎比 破碎过程中，原废物粒度与破碎产物粒度的比值。 极限破碎比：废物破碎前最大粒度与破碎后最大粒度的比值。 根据最大废物直径选择破碎机给料口宽度。 真实破碎比：物破碎前平均粒度与破碎后平均粒度比值。 真实地反映破碎程度，在科研及理论研究中应用。 六、破碎设备 锤式破碎机及锤子实物图 （六)辊式破碎机 （1）光辊破碎机：用于硬度较大废物的中碎和细碎。 （2）齿辊破碎机：分为单齿辊和双齿辊。适用于脆性和黏性较大废物。 (七）粉磨机（P58) 破碎流程为带检查筛分的破碎流程。 破碎流程为单纯破碎流程。 双转子锤式破碎机具有两个旋转方向的转子，转子下方均装有研磨板。废物自右方给料口送入机内，经右方转子破碎后颗粒排至左方破碎腔，再沿左方研磨板运动3/4圆周后，借风力排至上部的旋转式风力分级板排出机外。该机破碎比可达30。 固定刀和活动刀交错排列，通过下端活动铰轴连接，尤似一把无柄剪刀。当呈开口状态时，从侧面看固定刀和活动刀呈V字形。固态废料由上端给入，通过液压装置缓缓将活动刀推向固定刀，当V字形闭合时，废物被挤压破碎，破碎物大小约30cm。 这种破碎机适合松散的片、条状废物的破碎。在剪切破碎机运行前，人工去除坚硬的大块物体如金属块、轮胎及其他的不可破碎物，这样可有效地确保系统正常运行。 破碎机本体 小锤头 大锤头 压缩给料机 输送器 栅条 切断垫圈 用于破碎粗大废物。 图3-9 Hammer Mill式锤式破碎机 研磨板 板锤 筛条 冲击板 固态废料 1、Universa型冲击式破碎机 链幕 (四)冲击式破碎机 图3-12 冲击式破碎机（a）Universa型 适用于破碎中等硬度、脆性、韧性及纤维状等固态废料。 2、Hazemag型冲击式破碎机 大多数都用在破碎家具、电视机等生活废物 旋转打击刀 固态废料 排出口 一级冲撞板（固定刀） 二级冲撞板 （固定刀） 图3-12 （b）Hazemag型 （五）剪切式破碎机 图3-13 Von roll型往复剪切式破碎机 固定刀 活动刀 适合松散的片、条状废物的破碎。 适用于处理松散状态的物料和强度较小的物料。 图3-14 Lindemann型剪切式破碎机 固态废料 固定刀 旋转刀 筛网 图3-15旋转剪切式破碎机 图3-5（c)带检查筛分 破碎工艺 图3-16齿辊破碎机工作原理图 （a）双齿辊破碎机 (b) 单齿辊破碎机 对废物进行最后一次破碎，使各种成分单体分离。有球磨机和自磨机两种。 图3-17 球磨机工作原理图 自磨机:以被磨物料自身为介质，通过相互的冲击和磨削作用实现粉碎。 图3-18 干式自磨机工作原理图 (八) 低温破碎 利用物料低温变脆的性能或利用不一样物质脆化温度的差异在低温下进行选择性破碎。 适用于常温难以破碎的废物，如橡胶和塑料。 图3-19 低温破碎工作原理图 思考题：P90 1、2、3 送入破碎腔中的固态废料，由于动颚被传动的偏心轴带动呈往复摆动而被挤压破碎。当动颚离开定颚时，破碎腔内下部已被碎到小于排料口的物料，靠自身重力作用从排料口排出，位于破碎腔上部的尚未充分破碎的料块当即下落一定距离，在动颚板的继续压碎下被破碎。 （2）应用：在固态废料破碎处理中，大多数都用在破碎强度及韧性高、腐蚀性强的废物。例如，煤矸石作为沸腾炉燃料，制砖和水泥原料时的破碎等。颚式破碎机在矿山，建材和基建部门主要用作粗碎机和中碎机。 锤式破碎机以非常快速地旋转(约1000r／min)，锤子、内壁、筛子都有很大的磨损，其中尤以锤子前端磨损最为严重。锤子通常由高锰钢或其他的合金钢制成，并且有各种各样的形式。若将锤子制成钩形，则也可对金属切屑类物质施加剪切、撕拉等作用而将其破碎。 锤式破碎机大多数都用在破碎中等硬度且腐蚀性弱、体积较大的固态废料，还可用于破碎含水分及各油质的有机物、纤维结构物质、石棉水泥废料，及废家电、废汽车等。 冲击式破碎机大多是旋转式的，都是利用冲击作用进行破碎，这与锤式破碎机很相似。但设有冲击板，物料被多次破碎，效率更加高。 冲击式破碎机具有破碎比大、适应能力强、构造简单、外观尺寸小、操作便捷、易于维护等特点。适用于破碎中等硬度、软质、脆性、韧性以及纤维状等多种固态废料。 Universa型冲击式破碎机的板锤只有两个，利用一般楔块或液压装置固定在转子的槽内，冲击板用弹簧支承，由一组钢条组成（约10个）。冲击板下面是研磨板，后面有筛条。当要求的破碎产品粒度为40mm时，仅用冲击板即可，研磨扳和筛条可以拆除，当要求粒度为20mm时，需装上研磨板。当要求粒度较小或软物料且容重较轻时，则冲击板、研磨板和筛条都应装上。由于研磨板和筛条可以装上或拆下，因而对各种固态废料的破碎适应性较强。 Hazemag型冲击式破碎机装有两块反击板，形成两个破碎腔。转子上安有两个坚硬的板锤。机体内表面装有特殊钢衬板，用以保护机体不受损坏。这种破碎机大多数都用在破碎家具、电视机、杂器等生活废物。对于破布、金属丝等废物可通过月牙形、齿状打击刀和冲击板间隙做挤压和剪切破碎。 ⑴增大容重和减小体积，便于装卸和运输，降低运输成本，节省填埋或贮存场地；城市生活垃圾经压缩后，体积可减小60%～70%，从而大大节约填埋用地。对于废金属切削丝、废钢铁制品和其它废渣，在加工利用之前，往往需要堆存保管，压缩处理之后，可非常大地节省贮存场地。（2）减轻环境污染；城市生活垃圾在高压压缩处理过程中，由于挤压和升温，垃圾中BOD从6000mg/L降到200mg/L，COD从8000mg/L降到150mg/L，大幅度的降低了腐化性；不再滋生昆虫等，可减少疾病传播与虫害，从而减轻了对环境的污染。（3）快速安全造地；用惰性固态废料压缩作为地基、填海造地材料，上面只需覆盖很薄土层，所填埋场地不需作其他处理或等待多年的沉降，即可利用。 固体表面的水分包括游离水、吸附水和内部水，且主要以游离水、吸附水形式存在，压实可以去除大部分游离水、吸附水。 空隙比定义为固态废料空隙体积与废物颗粒有效体积之比。空隙率定义为固态废料空隙体积与废物颗粒表观体积之比。 可采用多种方式和很多类型的压实机具压实固态废料，增加填埋容量。最简单的办法是将废物布料铺平整后，就以装载废物的运输车辆来回行驶将废物压实。 按压实工作原理，移动式压实器可分为碾压、夯实、振动三种，相应有碾压压实机、夯实压实机、振动压实机三种，固态废料压实处理主要是采用碾压方式。 此外，应注意压实过程中的详细情况，如城市垃圾的综合利用中，垃圾压实后产生水分，塑料热压时会在压头上等，应对不同废物采用不一样的压实设备。 预压式垃圾压缩机的压缩力巨大，压缩彻底，压缩比率高，大多数都用在日处理要求很高的大中型垃圾转运站。压装式垃圾压缩机的压缩能力适中，大多数都用在日处理要求比较高的中型垃圾转运站。 小型垃圾压缩机大多数都用在日处理要求较低的小型垃圾转运站。 由垃圾压缩机、垃圾集装箱组成，与专用勾臂车配套使用。 工作运行平稳，压缩比率大，转运效率高。 全密封设计，清洁卫生。 使用先进的液压和电气控制技术，自动上料、自动提门、自动锁箱、自动压缩，全自动化操作。 设有垃圾渗滤液收排装置，防止二次污染。 破碎、磨矿或粉碎在矿物加工及材料工程中很重要。矿物颗粒的尺寸必须减小到使有用矿物与脉石充分解离或使有用矿物的程度。破碎、磨矿及粉碎在使用的方法及产物料度上不一样，破碎产物的粒度较大，而磨矿或粉碎产物的粒度微细。任何磨矿或粉碎作业都是耗费能量大、能量效率低的作业过程。 影响破碎过程的因素是物料机械强度和破碎力。物料的机械强度是物料一些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。 晶体，即原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。也叫结晶体。 解理可用来区别不同的矿物质，不同的晶质矿物，解理的数目，解理的完善程度和解理的夹角都不同。利用这一特性可以在样品和显微镜下区别不同的矿物质。在标本的破裂面上一般看到闪光的断裂面为闪光的平面，即解理面。解理面一般平行于晶体格架中质点最紧密，联结力最强的面。因为垂直这种面的联结力较弱，晶粒易于平行此面破裂。相对来说，面与面之间的联结力最弱。 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。 压碎是指将废物在挤压设备两个坚硬表面上的（破碎板）挤压，两块坚硬表面可以都是移动的，或是一个静止一个移动。挤压破碎适用于废物是硬的、脆性的和易磨性的最为适合。劈碎需要刃口，适合破碎机械强度较小的废物，如生活垃圾、秸秆、塑料等。剪切作用是指利用破碎机的齿板切开或割裂废物，很适合二氧化硅含量低的松软物料（如废轮胎、塑料等）。摩剥作用是指将废物在两个相对运动的硬面摩擦作用下破碎。 机械能是动能与部分势能的总和，势能分为重力势能和弹性势能。决定动能的是质量与速度；决定重力势能的是高度和质量； 热力破碎：利用快速加热岩石表层以产生热应力剥落，熔(汽) 化或弱化的破碎岩石技术。按其加热性质分为火焰射流、等离子焰、电子束和激光等方法。其中获得工业应用的为火焰射流。可以高效率地熔化任何岩石。但成本高、能耗大、排碴难，只限用 于辅助机械破碎岩石，所以仍停留于试验研究阶段。 减压破碎：将物料置于高压容器中，加压到5.6~52.5大气压，然后迅速开阀，高压气体膨胀并携带矿石以声速或超声速传播沿导管流动，并产生两种作用而破碎：物料内部气体的膨胀，物体在流动中的高速碰撞。 超声波是物质介质中的一种弹性机械波，它既是一种波动形式,又是一种能量形式。超声波细胞破碎仪就是将电能通过换能器转换为声能，这种能量通过液体介质而变成一个个密集的小气泡，这些小气泡迅速炸裂，产生的象小炸弹一样的能量，从而起到破碎细胞等物质的作用。 由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，在传播过程中，介质的压力作交替变化。在负压区域，液体中产生撕裂的力，并形成真空的气泡，产生空化。 当声压达到一定值时，气泡迅速增长，在正压区域气泡由于受到压力挤破灭、闭合。此时，液体间相互碰撞产生强大的冲击波。虽然位移、速度都非常小，但加速度却非常大，局部压力可达几千个大气压，这是所谓的空化效应。 湿式破碎是以回收城市垃圾中的纸类为目的发展起来的。该技术是利用纸类在水力作用下发生浆化，因而可将废物回收处理与制浆造纸结合起来。湿式破碎是利用特制的破碎机将投入机内的含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆液的过程，从而能够回收垃圾中的纸纤维。这种使含纸垃圾在水力作用下的浆液化过程称为湿式破碎。 湿式破碎具有以下优点：①使含纸垃圾变成均质浆状物，可按流体处理；②不孽生蚊蝇、无恶臭、卫生条件好；③噪声低、无发热、爆炸、粉尘等危害；④适合于回收垃圾中的纸类、玻璃及金属材料等。⑤在化学物质、纸和纸浆、矿物等处理中均可使用，能回收纤维、玻璃、铁和有色金属，剩余泥土可作堆肥。 根据城市垃圾中各组分的耐剪切、耐压缩、耐冲击性能具有很大差异，采用半湿式（加少量水）在特别的具有冲击、剪切作用的装置里对废物作选择性破碎，使其变成不同粒径的碎块，然后通过网眼大小不同的筛网加以分选。此种技术不仅有物料的选择性破碎过程，并且还有物质的分选过程，故称为半湿式选择性破碎分选。 半湿式选择性破碎分选具有以下特点：①能使城市垃圾在一台设备中一起进行破碎和分选作业；②可有效地回收垃圾中的有用物质。从第一组产物中可得到纯度为80％的堆肥原料——厨房垃圾；从第二组产物中可回收纯度为85～95％的纸类；从第三组产物中可得纯度为95％的塑料类，回收非铁纯度达98％；③对进料的适应性好，易破碎的废物首先破碎并及时排出，不会产生过粉碎现象。④动力消耗低，磨损小，易维修；⑤当投入的垃圾在组成上有所变化及以后的处理系统另有要求时，能改变滚筒长度、破碎板段数、筛网孔径等，以适应其变化。 累积分布曲线：是以比某一粒径大或小的颗粒量占总颗粒量的百分率（R）对应于该粒径所作的曲线，是一条连续曲线。 频度曲线(Frequency curve)：是以某一粒径范围内的颗粒量（△W）占颗粒总量（W）的百分率与粒径间隔（△D）的比值对应于各自粒径范围所得到的曲线，为不连续的直方图。 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。 破碎比与破碎段的关系：二者定义不同；同向变化（破碎比大时，破碎段就多）；总破碎比等于各段破碎比的乘积 ①所需要的破碎能力，破碎比、破碎机每小时破碎量等；②固态废料的性质（如废物的强度、硬度、韧性、易碎性、可磨性、含水率等）和颗粒的大小（废物进料尺寸、破碎产物尺寸）；③对破碎产品粒径大小、粒度组成、形状的要求；④供料方式（连续、间歇、皮带输送机、连续输送机等）；⑤安装操作场所情况等（是否有足够的安装场地）。 * * 第一节 固态废料的压实 一、压实目的（P47) 增大容重、减小体积，降低运输成本；节省填埋或贮存场地;减轻环境污染；制取高密度惰性块料。 二、压实原理 Vm=Vs+Vv Vm－－废物总体积； Vs－－固体颗粒体积； Vv－－空隙体积。 式中：ρd—固态废料容重；ms—固态废料颗粒质量； mm—固态废料总质量；m水—固态废料水分质量； 压实的实质，是施加压力，提高容重的过程。 2、适合使用的范围：适用于压缩性能大而复原性小的物质。 三、废物压实程度度量指标 （P48) 1、空隙比（e)与空隙率(ε) e与ε越低，压实程度越高，相应的密度越大。 2、湿密度（ρw）与干密度(ρd) 3、体积减小百分比R Vi――废物压缩前体积；Vf――废物压缩后体积； 固体总质量（mm）=固体物质质量（ms）+水分质量（mw） 压实前后固态废料密度值及变化率容易测定，比较实用。 （一）固定式压实设备 四、固态废料压实设备（P49) 4、压缩比(r)与压缩倍数(n) n=1/r，n越大，压实效果越好。 采用人工或机械方法把废物送到压实机械进行压实的设备。 1、结构及形式 (1)水平压实器 图3-1水平压头压实器 常作为转运站固定式压实器操作使用。 图3-3回转式压实器 (2)三向联合压实器 (3)回转式压实器 图3-2三向联合压实器 垃圾立式压缩机 小型垃圾压缩机 2、基本信息参数（P50) （1）装料截面尺寸：应使所需压实的垃圾毫无困难的被容纳。 （2）循环时间：指压头从完全缩回位置对垃圾做挤压，然后压头返回到原位置所需的时间。压缩速度快，循环时间短，压实比小。 （3）压面上的压力：由压实器的额定压力确定； （4）压面行程长度：行程长度大，垃圾装填量大。 （5）体积排率:指压头每次可压缩的废物体积与1h内机器循环次数的乘积。单位m3/h。 （二）移动式压实设备 大多数都用在填埋场废物的压实。 如轮胎式或履带式压土机、钢轮式布料压实器等。 五、压实设备的选择（P51) 针对废物的压实程度，选择正真适合的压缩比和使用压力。针对不同的废物，采用不一样的压实方式，选用不同的压实设备。 压实过程与后处理有关，考虑是否采用压实设备。 第二节 固态废料的破碎 利用外力克服固态废料质点间的内聚力使大块固态废料分裂成小块的过程称为破碎；使小块固态废料颗粒分裂成细粉的过程称为磨碎。 废物的预处理工艺，是后续处理处置的必经过程。 二、影响破碎效果的因素 1、硬度 表示物料抵抗外界机械力侵入的性质。硬度越高，破碎愈困难。硬度反映了物料的坚固性。 硬度指标：邦德功指数、岩矿硬度； 我国通常用莫式硬度和普氏硬度系数表示物料坚固性。 影响破碎过程的因素是物料机械强度和破碎力。 f=σ压/100 选取10种标准矿物作硬度等级 2、韧性 表示物料抗冲击能力的大小。包括脆性、延展性、柔性、挠性、弹性等力学性质。 物料韧性高，则脆性小；反之亦然。 3、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。结晶物料特有的性质。 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。 4、结构缺陷 对粗块物料影响显著。 物料粒度减小，裂缝及裂纹逐渐消失，力学均匀性提高。 5、强度:固体物质抗破碎的阻力。 强度与废物种类有关；同一种废物，粒度小强度高。 抗住压力的强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度。一般以废物的抗住压力的强度来衡量。 三、破碎方法 （P53) 2、湿式破碎：（P60) 利用特制的破碎机将投入机内的含纸垃圾和大量水流一起剧烈搅拌和破碎成为浆液的过程。 3、半湿式破碎：（P61) 利用不一样物质在一定湿度下其强度、脆性不同而破碎成不同粒度的过程。 图3-4 常用破碎机的破碎方式 (a)压碎 (b) 劈碎 (c) 剪切 (d) 磨剥 （e）冲击破碎 特点：①垃圾破碎后可按流体处理；②卫生条件好； ③噪声低、无发热、爆炸、粉尘等危害 ④适合于回收垃圾中的纸类、玻璃及金属等； 图3-20 湿式破碎机构造原理图 循环用水 斗式脱水提升机 减速机 电动机 筛网 有色金属 铁 浆液 含纸垃圾 转子 非铁 堆肥原料 塑料类 纸类 图3-21 半湿式选择性破碎分选机 4、破碎方法选择（P53) 固态废料的机械强度特别是废物的硬度，直接影响破碎方法的选择。 脆硬性废物，采用劈碎、冲击、挤压破碎； 柔韧性废物，采用低温破碎，或采用剪切、冲击破碎和磨碎； 当废物体积较大时，先对废物进行切割，再破碎； 含大量废纸的垃圾，采用半湿式和湿式破碎。 四、破碎产物的特性表示（P54) 1、粒径和粒度分布 球体等效直径：与不规则颗粒具有一样体积的直径。 有效直径：与颗粒密度相同，并在相同流体中具有相同沉降速度球形颗粒的直径 。 统计直径：例如定向直径。 筛径：物料通过筛子的筛孔的孔径。 粒径 颗粒形状：球形、片状、柱状等 累积曲线：某一粒径大或小的颗粒量占总颗粒质量分数的曲线。 频度曲线：某一粒径范围内的颗粒占总颗粒量的质量分数与粒径间隔的比对应于各粒径范围所作的曲线。 粒度分布 频度分布曲线）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。 总破碎比等于各段破碎比的乘积,即：i=i1i2i3···in 破碎段数取决于废物的原始粒度和最终粒度。 思考：破碎比与破碎段的关系？ 五、破碎工艺（P55) 1、单纯破碎工艺 流程简单、占地面积少。适用于对破碎产品粒度要求不高的场合。 2、带预先筛分破碎工艺 图3-5（a)单纯破碎工艺 预先筛除废物中不需破碎的颗粒，减少了给料量，有利于节能。 图3-5（b)带预先筛分破碎工艺 3、带检查筛分破碎工艺 可获得全部符合粒度要求的产品。 图3-5（c)带检查筛分破碎工艺 4、带预先筛分和检查筛分破碎工艺 具有预先筛分和检查筛分破碎工艺优点。节能，可获得全部符合粒度要求的产品。 图3-5（d)带预先筛分和检查筛分破碎工艺 筛下物 筛上物 （一）概述（P55) 1、选择破碎设备考虑因素 ①所需破碎能力；②固态废料性质和颗粒大小； ③对破碎产品粒径大小、粒度组成、形状要求； ④供料方式；⑤安装操作场所。⑥有效控制产品尺寸并使功率消耗达到最小。 2、分类：颚式破碎机、锤式破碎机、冲击破碎机、 剪切式破碎机、辊式破碎机和球磨机等。 (二）鄂式破碎机 1、简单摆动型颚式破碎机 利用两颚板的挤压作用，对物料进行粗碎和中碎。 图3-6 简单摆动型鄂式破碎机 2、复杂摆动式颚式破碎机 图3-7复杂摆动型颚式破碎机 3、特点及应用 结构相对比较简单、工作可靠。 适用于坚硬和中硬物料的粗碎和中碎。 （三）锤式破碎机 1、工作原理：利用冲击、摩擦和剪切作用对废物破碎。 2、类型 a、按转子数目分：单转子锤式破碎机（可逆式和不可逆式）；双转子锤式破碎机。 图3-8 单转子锤式破碎机 锤头 破碎板 筛板 进料口 图3-11双转子锤式破碎机 b、按破碎轴安装方法:卧轴和立轴。 图3-8 不可逆单转子锤式破碎机

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