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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