第1章固体二次资源利用的基本方法Word文档格式.docx
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105m3/kg的物质，在磁场强度H0达120kA/m（～1500Oe）的弱磁选机中可得到回收的，称强磁性物质。
如磁铁矿、磁赤铁矿（γ－赤铁矿）、钛磁铁矿等。
比磁化率X＝7.5×
106～1.26×
107m3/kg（或CGSM制中X＝6×
104～10×
106cm3/g）的物质，在磁场强度H0为800～1600kA/m（10000～20000Oe）的强磁选机中可以回收的，称为弱磁性物质，如赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、软锰矿、硬锰矿、钛铁矿、黑云母、绿泥石、蛇纹石、橄榄石和石榴石等。
固体颗粒的磁性受到很多因素的影响，来自不同产地、不同杂质含量、不同晶体结构的固体二次资源颗粒，其磁性往往也不相同，有时甚至差别很大。
所以对于一种具体的固体二次资源颗粒，必须通过实际测定才能确定其磁性的强弱。
1.1.1.3电性
物质的电性是指它们的电阻（或电导率）、介电常数、比导电度等。
由于各种固体二次资源物料的组成不同，表现出的电性也有明显差异，即使是属于同一种固体二次资源物料，由于所含杂质不同，其电性质亦有差别。
（1）电阻
根据固体颗粒所测出的电阻值，可将颗粒分为导体、非导体和中等导体三种类型。
根据物料的电阻（或电导率）可以判断用电选法对两种物料进行分选的可能性。
二者的电阻差别越大，越容易实现分离。
在通常的电选过程中，导电性好的导体物质，其电阻小于106Ω，可作为导体分出；
物质电阻大于107Ω，导电性很差，作为非导体分出；
电阻介于106Ω～107Ω之间的半导体物质，一般作为中间物料分出。
（2）介电常数
介电常数是介电体的一个重要电性指标，通常用ε表示，表征介电体隔绝电荷之间相互作用的能力。
电介质的介电常数越大，表示它隔绝电荷之间相互作用的能力越强，其自身的导电性也越好。
反之，介电常数越小，电介质自身的导电性就越差。
介电常数的大小与电场强度无关，仅与所使用的交流电的频率和环境温度有关。
介电常数是衡量和判定物质能否采用电选分离的重要判据，介电常数越大，导电性越好，反之导电性差。
一般情况下，介电常数ε≥12时，属于导体，可用常规电选分离；
介电常数ε<
12时，若两种物质的介电常数仍然有较大差别，则可采用磨擦电选使之分离。
（3）比导电度
比导电度也称为相对导电度，它也是表征物料电性质的一个指标。
物料的比导电度越小，其导电性就越好。
国际上习惯以石墨成为导体时所需要的最低电压（2800V）为标准，把其它矿物在电场中成为导体时所需要的电位差与此标准相比较，两者的比值称为矿物的比导电度。
例如，钛铁矿所需的最低电压为7800V，其比导电度为2.51（=7800/2800）。
显然，两种物料的比导电度相差越大，就越容易在电场中实现分离。
根据物料的比导电度可以确定电选时采用的最低分选电压。
如金红石的比导电度为3.03，使其成为导体的电压必须大于8484V。
1.1.2表面化学性质
物质的表面化学性质主要包括表面电性、表面润湿性及表面改性等，它们直接影响固体二次资源物料中各组分间的分散、凝聚及浮选行为。
1.1.2.1表面电性
当固体物料在水中分散时，在与水发生作用的同时，也与溶于水中的溶质发生作用，所以当物料与液体接触时，其表面会产生溶解、电离或吸附等现象，使表面带有某种电荷。
而在固-液界面的液层中则带有另一种符号相反的电荷，在固-液界面形成双电层，同时使物料与水溶液界面之间产生电位差。
物料的这种表面电性主要起源于优先溶解、优先吸附和电离作用等。
物料表面电性的符号及其数值的大小，在很大程度上影响固体二次资源中微细颗粒在水中的物理化学特性。
表面电性在固体二次资源分选利用过程中会影响分散和凝聚过程，尤其是浮选过程，在某些情况下对矿物的可浮性往往具有决定性的影响。
1.1.2.2表面润湿性
润湿是自然界常见的一种界面现象，这是由于液体从固体表面排挤空气并吸附在固体表面所产生的一种界面作用，其相反的作用则是空气从固体表面排挤液体。
固体二次资源中各矿物可浮性好坏的最直观的标志，就是被水润湿的程度不同，例如石英、云母等很易被水润湿，而石墨、辉钼矿等不易被水润湿。
它主要取决于矿物表面不饱和键力（性质与类型）与偶极水分子相互作用的强弱。
不同物质表面接触角
大小是不同的，接触角
可以标志物质表面的润湿性：
如果物质表面形成的
角很小，则称其为亲水性表面；
反之，若
角较大，则称其疏水性表面。
亲水性与疏水性的明确界限是不存在的。
角越大说明物质表面疏水性越强，易于采用浮选方法分选；
角越小，则物质表面亲水性越强，难以采用浮选方法分选。
1.1.2.3表面改性
由于固体二次资源中各物质表面性质对固体二次资源的分选利用过程影响较大，通常可采取添加某些特殊表面活性剂，有目的地改变某些物质的表面性质，扩大固体二次资源中不同物质间的表面性质差别，为分选利用过程创造条件。
如添加某些抑制剂、捕收剂等改变矿物表面的疏水和亲水性，达到抑制或捕收矿物的目的。
为了实现固体二次资源中矿物的有效分离，通常也需要对矿物表面的润湿性进行适当的调节，以扩大被分选矿物间润湿性的差异，这样才有利于用浮选分离各种矿物。
调节润湿性的方法可分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法有加热及辐射等，目前在浮选实践中主要还是采用化学方法来调节矿物表面的润湿性，即通过捕收剂和调整剂作用于固-液界面，以实现矿物表面润湿性的改变。
1.1.3特殊性质
除具有常规的物理性质和表面化学性质外，固体二次资源还常具有一些特殊性质。
1.1.3.1生物化学性质
部分含有有机固体的二次资源可以通过微生物的氧化、分解等生物化学过程转化为稳定的腐殖质，实现无害化和资源化。
生活垃圾、有机污泥、人和禽畜粪便以及农林固体二次资源等都含有具有生物化学性质的各种基质——碳水化合物、脂类、蛋白质等。
自然界的许多微生物具有氧化、分解有机固体二次资源的能力。
利用微生物的这种能力，处理可降解的有机固体二次资源，达到无害化和资源化，是有机固体二次资源处理利用的一条重要途径。
人工强化的有机固体二次资源的生物降解作用主要通过好氧堆肥和厌氧发酵等过程来实现。
1.1.3.2毒性
某些固体二次资源含有多种有毒有害废物，如电镀污泥、砷渣、汞渣等，若不经处理直接堆放，会对环境造成严重危害。
一般可采用固化处理技术对毒性固体二次资源进行无害化处理，主要通过物理、化学等方法，使毒性组分呈现化学惰性或被包容起来，减小此类固体二次资源的毒性和迁移性，同时改善处理对象的工程特性，以便运输、贮存和利用。
1.2物理分选
物理分选是指利用处理对象的物理性质不同而进行的分选利用过程。
物理分选包括分选前物料的预处理、分选作业和产品处理。
1.2.1预处理
分选前的预处理，主要包括破碎、筛分、分级和粉磨等，以使固体颗粒单体分离或分成适当的级别，更利于下一步工序的进行。
预处理不但可以实现固体二次资源中某些目的物质的分离和集中，同时可以对其中的有效组分进行回收。
1.2.1.1破碎
复杂且不均匀、体积大是固体二次资源的特点，减小最大颗粒尺寸对于分选过程极为重要。
破碎是通过人力或机械等外力作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间作用力而使固体破裂变碎的过程。
破碎是固体二次资源利用中最常用的预处理方式。
（1）破碎方法
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分级分选的能力。
1）干式破碎：
干式破碎可分为机械破碎和非机械破碎两种。
机械破碎是利用工具对固体物料施力而将其破碎的。
非机械破碎是利用电能、热能等对固体物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。
选择破碎方法时，需根据所处理物料的机械强度，特别是硬度而定。
对坚硬的物料采用挤压和冲击破碎十分有效；
对韧性物料采用剪切破碎和冲击破碎或磨碎较好；
对脆性物料则应采用劈碎、冲击破碎。
2）湿式破碎：
湿式破碎是用湿式破碎机在水中将纸类固体二次资源通过剪切破碎和水力机械搅拌作用而成为浆液的过程。
它是基于回收城市固体二次资源中的大量纸类为目的而发展起来的一种破碎方法。
3）半湿式破碎：
半湿式破碎是利用固体二次资源中不同物质强度和脆性的差异，在一定的湿度下破碎成不同粒度的碎块，然后通过筛孔大小不同的筛网加以分离回收的过程。
（2）破碎设备
固体二次资源的预处理过程中，必须充分考虑物料所特有的复杂破碎过程，并根据所需破碎能力、固体物料性质（如破碎特性、硬度、密度、形状、水分等）、颗粒大小，以及破碎产品粒径大小、粒度组成、形状要求、供料方式、安装操作等进行破碎设备的选择。
1）颚式破碎机
颚式破碎机在固体二次资源物料破碎处理中，主要用于破碎强度及韧性高、磨蚀性强的物料。
如：
煤矸石作为沸腾炉燃料、制砖和水泥原料时的破碎等。
既可用于粗碎，也可用于中、细碎，一般采用开路作业。
固体二次资源物料破碎应用最广泛的有三种类型：
①动颚作简单摆动的双肘板机构颚式破碎机（图1-1a）；
②动颚作复杂摆动的单肘板机构颚式破碎机（图1-1b）；
③液压颚式破碎机（图1-1c）。
图1-1颚式碎碎机的主要类型
a简摆颚式破碎机；
b复摆颚式破碎机；
c液压颚式破碎机
1-固定颚板，2-动颚悬挂轴，3-可动颚板，4-前（后）推力板，5-偏心轴，6-连杆，
7-连杆液压油缸，8-调整液压油缸
2）锤式破碎机
锤式破碎机是利用冲击摩擦和剪切作用对固体二次资源物料进行破碎的。
典型的有：
摆锤式和钟锤式。
主要用于破碎中等硬度且磨蚀性弱的固体物料，包括城市垃圾、制品、木头等。
如煤矸石经一次破碎后小于25mm的粒度达95%，可送至球磨机磨细制造水泥。
还可破碎含水分及油脂的有机物、纤维结构、弹性和韧性较强的木块、石棉水泥废料、回收石棉纤维和金属切屑等。
①摆锤式转子外圆上装有可自由绕其转动的摆锤，外壳装有固定砧座和调节粒度用的筛网。
通常配以给料机，以便从进料口喂入壳体状废弃物。
锤头因离心力影响，无荷载时处于外缘某一位置。
当加载和击打废弃物时，它给废弃物以冲击，然后回到初始位置。
摆锤式破碎机示意见图1-2。
图1-2摆锤式破碎机
1-给料机，2-锤头，3-衬，4-后门，5-检查口，6-固定砧，7-筛，8-栅架，9-转子，10-废气出口
②钟锤式与上述摆锤式的区别仅在锤头性状上不同。
当钟罩的安装孔和定位销之间有一敞开区。
当无荷载时因离心力作用，钟锤朝外打开。
当废料进入并击中钟锤时，锤头运动一定距离（即敞开区尺寸），然后绕定位销旋转，从而减小施加刀钟锤上的力。
其破碎主要依靠于钟锤和切刀（棒）之间的剪切力。
破碎和冲击力也产生于钟锤于栅架棒之间。
钟锤式破碎机示意见图1-3。
图1-3钟锤式破碎机
3）反击式破碎机
反击式破碎机利用冲击作用进行破碎，适用于破碎中等硬度、软质、脆性、韧性以及纤维状等多种固体二次资源。
反击式破碎机示意见图1-4。
图1-4Φ1250×
1250mm双转子反击式碎矿机
1-排矿栅板，2-第一个转子部分，3-下机体，4-上机体，5-链幕，6-机体保护衬板，7-第一反击板，8-拉杆螺栓，9-连杆，10-分腔反击板，11-第二个转子部分，12-第二反击板，13-排矿栅板，14-调节弹簧板锤
反击式破碎机具有破碎比大、破碎效率高、电能消耗低、产品粒度均匀、过粉碎现象少、可实现选择性破碎、适应性强等特点。
且设备体积小，重量轻，结构简单，制造容易，维修方便。
4）剪切式破碎机
剪切式破碎机通过固定刃和可动刃之间的啮合作用，将物料切开或割裂成适宜的形状和尺寸，特别适合于破碎低含量的松散固体二次资源。
可用于废金属板、纤维性物料、废橡胶、废塑料的破碎。
剪切式破碎机属于低速破碎机，转速一般为20-60r/min。
对于剪切式破碎机，不论固体二次资源硬度如何，有无弹性，破碎总是发生在切割边之间。
刀片宽度或破碎机的齿面宽度（约为0.1mm）决定了物料尺寸减小的程度。
若物料粘附于刀片上，破碎不能充分进行。
为了确保纺织品类或体积庞大的固体二次资源物料能快速供料，可以使用水压等方法，将其强制供向切割区域。
剪切式破碎机示意见图1-5。
图1-5单轴剪切卧式旋转式破碎机
5）辊式破碎机
辊式破碎机主要依靠辊子的剪切和挤压作用进行破碎，辊子表面又分为光面辊和齿面辊两类，其工作原理如图1-6。
图1-6对辊碎矿机的工作原理
1、2-辊子，3-待破物料，4-固定轴承，5-可动轴承，6-弹簧，7-机架
光面辊式破碎机的破碎作用主要是压碎，并兼有研磨作用，主要用于中硬固体二次资源的中、细碎。
齿面辊式破碎机的辊子表面有破碎齿牙，以劈碎作用为主，同时兼有研磨作用，适用于脆性和粘性较大的固体物料的粗碎和中碎。
辊式破碎机的能耗低、产品过粉碎程度小、构造简单、工作可靠。
可以破碎坚硬物料，如刚玉等；
也可破碎硬塑性物料，如海绵铁等；
还可破碎脆性物料，如废玻璃等；
而对延展性物料如金属罐等只能起到压扁作用。
1.2.1.2固体二次资源物料筛分
筛分是利用混合固体二次资源物料的粒度差异，使固体颗粒在具有一定孔径的筛网上振动，把可以通过筛孔的和不能通过筛孔的粒群分开的过程。
在固体二次资源利用中，筛分既是预处理，也是根据固体物料尺寸大小进行分选利用的一种方法。
（1）筛分分类
作为预处理的筛分一般安排在固体物料分选作业之前，而且主要用于破碎前分离物料中的废玻璃，或从经过破碎的物料中回收有机物，以及作为资源回收工厂处理前的粗清理作业。
通过一段筛分，可以分离出大部分玻璃和有机物，减少后续破碎机的磨损。
筛分作业可分为以下几类：
①独立筛分：
获得符合要求的最终产品的筛分，例如用筛分的方法从废石和废渣中获得合乎粒度要求的建筑、筑路石料等。
②准备筛分：
为物料下一步分选利用作业做准备的筛分，例如在分选作业之前，将物料筛分为若干粒级，然后分别处理。
③预先筛分：
在破碎作业之前进行的筛分，目的是预先筛出合格或无需破碎的物料，提高破碎作业效率，防止过粉碎。
④检查筛分：
对破碎产品进行的筛分，又称为控制筛分。
⑤选择筛分：
利用有用成分在各粒级中分布的不同或性质的显著差异所进行的筛分。
⑥脱水筛分：
脱除物料中水分的筛分，常用于物料脱水或脱泥。
（2）筛分设备
根据被分选物料的物理性质，即颗粒的尺寸分布、形状及流动性等，以及筛子的长度、筛孔尺寸、振动频率等参数，可针对性地选择所需的筛分设备。
1）固定筛
固定筛构造简单，不需要动力，常用于粗破或中破之前，保证入料粒度。
2）圆筒筛
也叫转筒筛。
筛面为带孔的圆柱形筒体或截头圆锥筒体，在固体二次资源利用的分选过程中经常使用。
3）振动筛
这种筛子是由不平衡振动器产生的定向振动作用使筛体产生强烈的振动，筛框的运动轨迹为定向直线振动或近似于圆，以保证物料在筛面上产生强烈抖动。
固体二次资源的分选过程中常用的振动筛有SZ型惯性振动筛等，SZ型惯性振动筛外形图如图1-7。
图1-7SZ型惯性振动筛
1.2.2拣选
1.2.2.1基本特征
拣选是利用固体二次资源中物料表面特征、导电性、磁性、放射性及物料对射线的吸收和反射能力等物理特性，将有用物料和废弃物分开的一种分选方法。
1.2.2.2拣选方法
根据拣选方式的不同，可分为人工拣选法和机械拣选法。
人工拣选法是在分类收集基础上，根据固体二次资源中各物料间的外观特性（颜色、光泽、形状等）人工分选物料，主要回收纸张、玻璃、塑料、橡胶等物品的过程。
最基本的条件是：
所处理的固体二次资源不能有过大的质量、过大的含水量和对人体的危害性。
人工拣选通常在第一级机械处理装置（一般是破碎机）的给料皮带输送机上进行。
输送机的皮带将物料均匀地送入破碎机，将要拣出的物料拣出。
供拣选的给料皮带，如果是单侧拣选，皮带宽度应不超过600mm；
如果是两侧拣选，宽度可定为900-1200mm。
皮带运动速度不大于9m/min，可根据拣选工人的数量确定。
机械拣选法借助仪器不仅可以拣选固体二次资源中外观有差异的物料，还可以利用物料受可见光、X-射线、
-射线等照射后反应的差别，或利用物料天然辐射能力的差别来进行分选。
如放射性分选机，大多为皮带型。
其示意图见图1-8。
图1-8皮带型放射性分选机示意图
1.2.3重力分选
重力分选（GravitySeparation）是根据不同物质颗粒间的密度或粒度差异，在运动介质中受到重力、介质动力和机械力的作用，使颗粒群产生松散分层和迁移分离，从而得到不同密度或粒度产品的分选过程。
固体颗粒只有在运动的介质中才能实现分选，分选介质包括空气、水、重液（密度大于水的液体）、重悬浮液等。
对于固体二次资源中的矿物废渣，大多数情况下是以水为介质进行分选的。
城市垃圾多是以空气为介质进行分选的。
按重力分选作用原理，可分为风力分选、重介质分选、摇床分选和跳汰分选等。
1.2.3.1风力分选
（1）基本原理
风力分选（AirTabling）简称风选，又称气流分选，是以空气为分选介质，在气流作用下使固体颗粒按密度或粒度进行分选的一种方法。
气流分选包含两种分离过程：
①将轻颗粒与重颗粒分离；
②进一步将轻颗粒从气流中分离出来。
颗粒在空气中的沉降末速为：
式中：
d为颗粒的直径；
为颗粒的密度；
为空气的密度；
为阻力系数；
g为重力加速度。
由颗粒沉降公式可以看出：
当颗粒粒度一定时，密度大的颗粒沉降末速大；
当颗粒密度相同时，直径大的颗粒沉降末速大。
由于颗粒的沉降末速同时与颗粒的密度、粒度及形状有关，因而在同一介质中，密度、粒度和形状不同的颗粒在特定的条件下，可以具有相同的沉降速度，这样的相应颗粒称为等降颗粒。
其中，密度小的颗粒粒度（dr1）与密度大的颗粒粒度（dr2）之比，称为等降比（e0），等降比将随两种颗粒的密度差的增大而增大。
为了提高分选效率，在风选之前需要将固体物料进行分级，或经破碎使粒度均匀后，使其按密度差异进行分选。
风选不产生废水，主要用于城市生活垃圾的分选，将城市生活垃圾中的以可燃性物质为主的轻组分与以无机物为主的重组分分离，以便分别回收利用。
（2）风力分选设备
按气流吹入分选设备内的方向，分选设备可分为两种类型：
卧式风力分选机（又称为水平气流分选机）和立式风力分选机（又称为上升气流风选机），并有其他改进型分选机。
1）卧式风力分选机
如图1-9所示，该机从侧面送风，物料经破碎机破碎和滚筒筛筛分使其粒度均匀后，定量给入机内。
当物料在机内下落时，被鼓风机鼓入的水平气流吹散物料，各种组分沿着不同运动轨迹分别落入重质组分、中重组分和轻质组分收集槽中。
图1-9卧式风力分选机
分选城市生活垃圾时，当水平气流速度为5m/s时，在回收的轻质组分中废纸约占90%，重质组分中黑色金属占100%，中重组分主要是木块、硬塑料等。
卧式风力分选机构造简单，维修方便，但分选精度不高。
一般很少单独使用，常与破碎、筛分、立式风力分选机组成联合处理工艺。
2）立式风力分选机
如图1-10所示，经破碎后的城市生活垃圾从中部给入立式风力分选机，物料在上升气流作用下，垃圾中各组分按密度进行分离，重质组分从底部排出，轻质组分从顶部排出，分选气流经旋风分离器进行气固分离。
图1-10立式风力分选机
3）其他气流分选机
为了使气流在分选筒中产生湍流和剪切力，提高分选效率，可对分选筒进行改进，采用锯齿型、振动式或回转型分选筒的气流通道。
锯齿型气流分选机分选精度较高。
如图1-11（a）所示，沿曲折管路管壁下落的固体物料受到来自下方的高速上升气流的顶吹，可以避免直管路中管壁附近与管中心流速不同而降低分选精度的缺点，同时还可以使结块物料被曲折处高速气流吹散，因此提高了分选精度。
曲折风路形状为Z字形，其倾斜度为60°
，每段长度为280mm。
（a）锯齿型气流分选机（b）振动型气流分选机（c）回转型气流分选机
图1-11锯齿型、振动式和回转型气流分选机
振动型气流分选机兼有振动和气流分选的作用，让给料沿着一个斜面振动，较轻的物料逐渐集中于表面层，由气流带走，如图1-11（b）所示。
回转型气流分选机兼有滚筒筛的筛分作用和气流分选作用，当圆筒旋转时，较轻颗粒悬浮在气流中被带往集料斗，较重的小颗粒则透过圆筒壁上的筛孔落下，较重的大颗粒则在圆筒的下端排出，如图1-11（c）所示。
1.2.3.2重介质分选
所谓重介质通常指密度大于1g/cm3的介质。
固体物料在这种介质中进行选别即称为重介质分选。
通常所选用的重介质密度是介于轻物料与重物料之间的密度，在这样的介质中，轻物料上浮，而重物料则可沉降下来。
选别按阿基米德原理进行，属静力作用过程。
流体的运动和颗粒的沉降不再是分层的主要因素，而介质本身的性质成为影响选别的重要因素。
（1）重介质
重介质包括重液和重悬浮液。
常用的重液有四溴乙烷、溴仿等；
常用来配制重悬浮液的加重质有：
磁铁矿粉、硅铁粉、废铁粉、方铅矿粉等。
四溴乙烷的密度为2.96g/cm3，并可用石油溶剂或四氯化碳（密度1.58g/cm3）加以稀释。
溴仿（密度2.89g/cm3）可与四氯化碳混合而得到密度1.58~2.89g/cm3范围的重液。
二碘甲烷密度为3.3g/cm3，可按要求加三乙基正磷酸盐稀释而配制重液。
Clerici溶液（甲酸亚铊-丙二酸铊溶液）在20℃时，重液密度可高至4.2g/cm3，在90℃时，重液密度可高至5.0g/cm3。
应用最多的重悬浮液是硅铁为加重质的悬浮液。
硅铁是铁和硅的合金，具有耐氧化、硬度大、磁性强等特点。
使用后经过磁选回收，可以返回再用。
含S
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