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1、第四章第四章 固体废物分选固体废物分选(2)重点：磁选、电选、浮选4-3 磁力分选磁力分选p磁选磁选是利用固体废物中各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。一、磁一、磁选选（一）磁选原理（一）磁选原理p磁选过程是将固体废物输入磁选机后，磁性颗粒在不均匀磁场作用下被磁化，从而受磁场吸引力的作用，使磁性颗粒吸在圆筒上，并随圆筒进入排料端排出；非磁性颗粒由于所受的磁场作用力很小，仍留在废物中而被排出。实现磁选的必要条件实现磁选的必要条件p磁性颗粒分离的必要条件是磁性颗粒所受的磁力必须大于与它方向相反的机械力的合力，即 f磁f机p该式不仅说明了不同磁性颗粒的分离条件，同时也说明了磁选的
2、实质，即磁选是利用磁力与机械力对不同磁性颗粒的不同作用而实现的。（二）磁选机磁场（二）磁选机磁场p磁体周围的空间存在着磁场。磁场的基本性质就是它对给入其中的磁体产生的磁力作用。因此，在磁选机能使磁体产生磁力作用的空间，称为磁选机的磁场。p磁场可分为均匀磁场和非均匀磁场两种。p均匀磁场中各点的磁场强度大小相等，方向一致。p非均匀磁场中各点的磁场强度大小和方向都是变化的。磁场的非均匀性可用磁场梯度来表示。p磁场梯度-磁场强度随空间位移的变化率，用dH/dx表示，为矢量。n均匀磁场dH/dx=0；n非均匀磁场dH/dx0（三）固体废物中各种物质磁性分类（三）固体废物中各种物质磁性分类p1、强磁性物质
3、：其比磁化系数x03810-6m3/kg，在弱磁场磁选机中可分离出这类物质。p2、弱磁性物质：其比磁化系数x0=(0.197.5)10-6m3/kg，可在强磁场磁选机中回收。p3、非磁性物质：其比磁化系数x00.1910-6m3/kg，在磁选机中可与磁性物质分离。磁化系数x0:单位质量的固体废物在单位强度的外磁场中所产生的磁矩。磁选机中使用的磁铁有两类：p电磁用通电方式磁化或极化铁磁材料；p永磁利用永磁材料形成磁区。其中永磁较为常用。（四）磁（四）磁选设备选设备CT型永磁磁力滚筒磁力滚筒1磁力滚筒磁力滚筒l磁力滚筒又称磁滑轮，有永磁和电磁两种。应用较多的是永磁滚筒l结构：主要组成部分是一个回转
4、的多极磁系回转的多极磁系和套在磁系外面的用不锈钢或不锈钢或铜、铝等非导磁材料制的圆筒铜、铝等非导磁材料制的圆筒。磁系与圆筒固定在同一个轴上，安装在皮带运输机头部（代替传动滚筒）。l工作原理：将固体废物均匀地给在皮带运输机上，当废物经过磁力滚筒时，非磁性或磁性很弱的物质在离心力和重力作用下脱离皮带面；而磁性较强的物质受磁力作用被吸在皮带上，并由皮带带到磁力滚筒的下部，当皮带离开磁力滚筒伸直时，由于磁场强度减弱而落入磁性物质收集槽中。l应用：主要用于工业固体废物或城市垃圾的破碎设备或焚烧炉前，除去废物中的铁器，防止损坏破碎设备或焚烧炉。圆筒式磁选机圆筒式磁选机2湿式湿式CTN型永磁圆筒式磁选机型永
5、磁圆筒式磁选机lCTN型为逆流型。它的给料方向和圆筒旋转方向或磁性物质的移动方向相反。物料液由给料箱直接进入圆筒的磁系下方，非磁性物质由磁系左边下方底板上的排料口排出，磁性物质随圆筒逆着给料方向移到磁性物质排料端，排入磁性物质收集槽中。l应用：适用于粒度为强磁性颗粒的回收及从钢铁冶炼排出的含铁尘泥和氧化铁皮中回收铁，以及回收重介质分选产品中的加重质。3悬吊磁铁器悬吊磁铁器l应用：悬吊磁铁器主要用来去除城市垃圾中的铁器，保护破碎设备及其他设备免受损坏。l种类：悬吊磁铁器有一般式除铁器和带式除铁器两种。当铁物数量少时采用一般式，当铁物数量多时采用带式。一般式除铁器是通过切断电磁铁的电流排除铁物，而
6、带式除铁器则是通过胶带装置排除铁物。二、磁流体分二、磁流体分选选（MHS）p磁流体分选是一种重力分选和磁选原理联合作用的分选过程。物料在似加重介质中按密度差异分离，与重力分选相似；在磁场中按物料磁性差异分离，与磁选相似，因此即可以将磁性和非磁性物料分离，亦可以将非磁性物料按密度差异分离。p磁流体是指某种能够在磁场或者磁场与电场联合作用下磁化，呈现似加重现象，对颗粒具有磁浮力作用的稳定分散液。p磁流体种类：强电解质溶液、顺磁性溶液和磁性胶体悬浮液。p似加重后的磁流体密度称为视在密度。视在密度高于介质原密度数倍，介质真密度一股为1400l600kg/m3左右，视在密度可高达20000Kg/m3。流
7、体的视在密度可以通过改变外磁场强度、磁场梯度或电场强度任意调节。因而能对任意比重组合的物料进行有效地分选。p应用：不仅可分选各种工业废液而且可从城市垃圾中分选铝、铜、锌、铅等金属。电力分选电力分选电力分选（电选）是利用城市生活垃圾中各种组分在高压电场中电性的差异而实现分选的一种方法。图 转辊与电极相对位置图电晕极与辊中心角度，静电极与辊中心角度l电晕电场：当两极相隔一定距离时（通常称极距），其中之一采用直径很小的丝电极（或称电晕极），曲率很大，通以高压直流负电（少数为正电），另一极为平面会很大直径的鼓筒（接地）。l产生电晕放电时表现:l在丝电极上会出现浅紫色的辉光；l会听到丝丝的象漏气的响声；
8、l产生臭氧，在附近可以闻到此味道。l复合电场：指电晕电场和静电场相结合的电场。p此种电选机采用电晕极和静电极（偏极）相结合的复合电场，p当高压直流负电通至电晕极和静电极后，由于电晕极直径很小，从而向着辊筒方向放出大量电子，这些电子又将空气分子电离，正离子飞向负极，负电子则飞向辊筒（接地正极），因此靠近辊筒一边的空间都带负电荷，静电极则只产生高压静电场，而不放电。图 电选分离过程示意图图1.高压绝缘子；2.偏向电极；3.给料斗；4.辊筒电极；5.毛刷；6.电晕电极（一）分选过程和原理工作原理工作原理l废物由给料斗均匀地给入辊筒上，随着辊筒的旋转，废物颗粒进入电晕电场区、由于空间带有电荷，使导体和
9、非导体颗粒都获得负电荷（与电晕电极电性相同），但由于废物颗粒电性质的不同，运动和落下的轨迹也不同。l导体颗粒导体颗粒获得负电荷后，能很快地通过转辊传走，与此同时，又受到偏极所产生的静电场的感应作用，靠近偏极的一端感生正电，远离偏极的另一端感生负电，负电又迅速地由辊筒传走，只剩下正电荷，由于正负相吸引，故它被偏极吸向负极（静电极），加之颗粒本身又受到离心力和重力的切向分力作用，致使导体废物颗粒从辊筒的前方落下（导体）。偏向电极（静电极）的静电引力作用更增大了导体颗粒的偏离程度。l对非导体非导体来说，虽然也获得了负电荷，但由于其导电性很差，获得的电荷很难通过辊筒传走，将与辊筒相吸，电压越高（电场强
10、度越大），此吸引力也就越大，随辊筒而被带到转辊后方，被毛刷强制刷下（非导体）。静电极对非导体颗粒还有一个排斥作用，避免掉入导体部分。半导体颗粒的运动轨迹则介于导体与非导体颗粒之间，成为半导体产品落下，从而完成电选分离过程。（二）电选分离的基本条件l废物颗粒进入电选设备电场后，受到电力和机械力的作用。l1作用在颗粒上的电力1）库仑力（）库仑力（f1）：l作用：促使颗粒被吸引在辊筒表面上。lf1QR E式中：QR颗粒上的剩余电荷。导体颗粒QR接近于零；非导体QR接近于1。2）非均匀电场引起的作用力（）非均匀电场引起的作用力（f2）：）：l又称质动力，在电晕电场中，越靠近电晕电极f2越大，而靠近辊筒
11、表面则电场近于均匀，f2越小，所以，对颗粒来说f2很小，与库仑力相比要小数百倍（对l mm颗粒)，因此，在电选中f2可忽路不计。3）界面吸力（）界面吸力（f3）：）：l界面吸力（f3）是荷电颗粒的剩余电荷和辊筒表面相应位置的感应电荷之间的吸引力此感应电荷大小与剩余电荷相同，符号相反）。对导体颗粒来说，放电速度快，剩余电荷少，所以，其界面吸力也按近于零，而非导体颗粒则反之。界面吸力促使颗粒被吸向辊筒表面。2作用在颗粒上的机械力1）重力（）重力（f4）：）：f4mgcos式中：颗粒在辊筒表面所在的位置与辊筒半径的夹角，度；作用在颗粒上的力力2）离心力（）离心力（f5）：）：式中：f5作用在颗粒上的
12、离心力；v颗粒在辊筒表面上的运动速度；R辊筒的半径。3颗粒电选分离的条件颗粒电选分离的条件不同电性颗粒的分离应当具备：对于导体颗粒在分选带AB段内分出导体颗粒，必须：l f1f3mgcos f2+f5对于半导体颗粒在分选带BC段内分出半导体颗粒，必须：l f1f3 mgcos+f5ABCDf5f2f1f3mgf1f3mgf5f3mgf5ABCDf5f2f1f3mgf1f3mgf5f3mgf5二、电选设备及应用二、电选设备及应用l1静电分选机及应用（P：79）l工作原理：将含有铝和玻璃的废物，通过电振给料器均匀地给到带电辊筒上，铝为良导体从辊筒电极获得相同符号的大量电荷，因而被辊筒电极排斥落入铝
13、收集槽内。玻璃为非导体，与带电辊筒接触被极化，在靠近辊筒一端产生相反的束缚电荷，被辊筒吸住，随辊筒带至后面被毛刷强制刷落进入玻璃收集槽，从而实现铝与玻璃的分离。浮选浮选l浮选浮选是在固体废物与水调制的料浆中，加入浮选药剂，并通入空气形成无数细小气泡，使欲选物质颗粒粘附在气泡上，随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层，然后刮出回收；不浮的颗粒留在料浆内，通过适当处理后废弃。l在浮选过程中，固体废物各组分对气泡粘附的选择性，是由固体颗粒、水、气泡组成的三相界面间的物理化学特性所决定的。其中比较重要的是物质表面的湿润性。l固体废物中有些物质表面的疏水性较强，容易粘附在气泡上，而另一些物质表面亲水，不易粘附在
14、气泡上l物质表面的亲水、疏水性能，可以通过浮选药剂的作用而加强。一、浮选原理一、浮选原理二、浮选药剂浮选药剂：（根据药剂在浮选过程中的作用不同）可分为捕收剂、起泡剂和调整剂三大类。1捕收剂：p能够选择性地吸附在欲选的物质颗粒表面上，使其疏水性增强，提高可浮性，并牢固地粘附在气泡上而上浮。p良好的捕收剂应具备：n捕收作用强，具有足够的活性；n有较高的选择性，最好只对一种物质颗粒具有捕收作用；n易溶于水、无毒、无臭、成分稳定、不易变质；n价廉易得。p捕收剂种类：异极性捕收剂和非极性油类捕收剂两类。p异极性捕收剂：含有极性基和非极性基。如黄药、油酸等。从煤矸石中回收黄铁矿时，常用黄药作捕收剂。p非极
15、性油类捕收剂：主要成分为脂肪烷烃和环烷烃，常用的是煤油。从粉煤灰中回收炭，常用煤油作捕收剂。2起泡剂l起泡剂是一种表面活性物质，主要作用在水气界面上，使其界面张力降低，促使空气在料浆中弥散，形成小气泡，防止气泡兼并，增大分选界面，提高气泡与颗粒的粘附性和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。l浮选用的起泡剂应具备：l用量少，能形成量多、分布均匀、大小适宜、韧性适当和粘度不大的气泡；l有良好的流动性，适当的水溶性，无毒、无腐蚀性，便于使用；l无捕收作用，对料浆的pH变化和料浆中的各种物质颗粒有较好的适应性。l常用的起泡剂有松油、松醇油、脂肪醇松油、松醇油、脂肪醇等。3调整剂p作用主要是调
16、整其他药剂（主要是捕收剂）与物质颗粒表面之间的作用。还可调整料浆的性质，提高浮选过程的选择性。p调整剂按其作用可分为以下4种。n活化剂：它能促进捕收剂与欲选颗粒之间的作用，从而提高欲选物质颗粒的可浮性。n常用的活化剂多为无机盐，如硫化钠、硫酸铜等。n抑制剂：它的作用正好与活化剂相反。作用是削弱非选物质颗粒和捕收剂之间的作用，抑制其可浮性，增大其与欲选物质颗粒之间的可浮性差异，n常用的抑制剂有各种无机盐（如水玻璃）和有机物（如单宁、淀粉等）。n介质调整剂。主要作用是调整料浆的性质，使料浆对某些物质颗粒的浮选有利，而对另一些物质颗粒的浮选不利。常用的介质调整剂是酸和碱类。n分散与混凝剂。调整料中细
17、泥的分散、团聚与絮凝，以减小细泥对浮选的不利影响，改善和提高浮选效果。常用的分散剂有无机盐类（如苏打、水玻璃等）和高分子化合物（如各类聚磷酸盐）。常用的混凝剂有石灰、明矾、聚丙烯酰胺等。三、浮选设备三、浮选设备p94l大型浮选机每两个槽为一组，第一个槽称为吸入槽，第二个槽为直流槽。l工作原理：浮选工作时，料浆由进浆管进入，给到盖板与叶轮中心处，由于叶轮的高速旋转，在盖板与叶轮中心处造成一定的负压，空气由进气管和套管吸入，与料浆混合后一起被叶轮甩出，在强烈的搅拌下气流被分割成无数微细气泡，欲选物质颗粒与气泡碰撞粘附在气泡上而浮升至料浆表面形成泡沫层，经刮泡机刮出成为泡沫产品，再经消泡脱水后即可回
18、收。l四、浮选应用四、浮选应用l浮选是固体废物资源化的一种重要技术。例如从粉煤灰中回收炭；从煤矸石中回收硫铁矿；从焚烧炉灰渣中回收金属等。4.6 其他分选方法其他分选方法一、摩擦与弹跳分选一、摩擦与弹跳分选（一）概述摩擦与弹跳分选是根据固体废物中各组分的摩擦系数和碰撞系数的差异，在斜面上运动或与斜面碰撞弹跳时，产生不同的运动速度和弹跳轨迹而实现彼此分离的一种处理方法。城市垃圾自一定高度给到斜面上时，废纤维、有机垃圾和灰土等近似塑性碰撞，不产生弹跳；而砖瓦、铁块、碎玻璃、废橡胶等则属弹性碰撞，产生弹跳，跳离碰撞点较远，两者运动轨迹不同，因而得以分离。（二）基本原理（三）摩擦与弹跳分选设备与应用1
19、）带式筛 带式筛是一种倾斜安装带有振打装置的运输带，如图4-21所示。其带面由筛网或刻沟的胶带制成。带面安装倾角（）大于颗粒废物的摩擦角，小于纤维废物摩擦角。（当斜面的倾角大于颗粒的摩擦角时，颗粒将沿着斜面向下滑动，否则颗粒将不产生滑动。）废物从带面的下半部由上方给人。由于带面的振动，颗粒废物在带面上作弹性碰撞，向带的下部弹跳，又因带面的倾角大于颗颗粒废物的摩擦角，所以颗粒废物还有下滑的运动，最后从带的下端排出。纤维废物与带面为塑性碰撞，不产生弹跳，并且带面倾角小于纤维废物的摩擦角，所以纤维废物不沿带面下滑，而随带面一起向上运动，从带的上端排出。在向上运动过程中，由于带面的振动使一些细粒灰土透
20、过筛孔从筛下排出，从而使颗粒状废物与纤维废物分离。2）斜板运输分选机城市垃圾由给料皮带运输机从斜板运输分选机的下半部的上方给入，其中砖瓦、铁块、玻璃等与斜板板面产生弹跳碰撞，向板面下部弹跳，从斜板分选机下端排入重的弹性产物收集仓，而纤维织物、木屑等与斜板板面为塑性碰撞，不产生弹跳，因而随斜板运输板向上运动，从斜板上端排人轻的非弹性产物收集仓，从而实现分离。3)反弹滚筒分选机该分选系统由抛物皮带运输机、回弹板、分料滚筒和产品收集仓组成。工作过程：是将城市垃圾由倾斜抛物皮带运输机抛出，与回弹板碰撞，其中铁块、砖瓦、玻璃等与回弹板、分料滚筒产生弹性碰撞，被抛入重的弹性产品收集仓；而纤维废物、木屑等与
21、回弹板为塑性碰撞，不产生弹跳，被分料滚筒抛人轻的非弹性产品收集仓，从而实现分离。二、光电分选二、光电分选p光电分选是利用固体废物颗粒颜色差异，对颗粒物质进行分选。（二）光电分选机及应用分选回收工艺系统分选回收工艺系统：为了经济有效的回收城市垃圾和工业固体废物中有用物质，根据废物的性质和要求，将两种或两种以上的分选单元操作组合成一个有机的分选回收工艺系统，又称分选回收工艺流程。一、城市垃圾分选回收工艺系统一、城市垃圾分选回收工艺系统包括收集运输、破碎、筛选、重选、磁选、摩擦与弹跳分选、浮选等分选回收工艺流程图见书。二、粉煤灰分选回收系统二、粉煤灰分选回收系统粉煤灰含有炭粒、空心玻璃微珠、磁珠和密
22、实玻璃体等有用物质。这些物质即可单独回收，也可综合回收。三、从煤矸石中分选回收硫铁矿系统三、从煤矸石中分选回收硫铁矿系统首先将煤矸石破碎，使硫铁矿与矸石单体解离，然后进行分选回收。通常采用分段破碎、分段分选回收。粉煤灰分选回收系统粉煤灰分选回收系统作业题pP126：1课堂测验课堂测验：一、名词解释（一、名词解释（40%）固体废物、有害固体废物、筛分效率、破碎比二、简答题（二、简答题（20%）1、固体废物处理方法由那些？2、我国控制固体废物污染的技术政策是什么？三、计算题（三、计算题（40%）某小区生活垃圾产量约为500m3/周，垃圾车采用拖曳容器系统简便模式清运。该车每次拖运垃圾收集器的容积为15m3/次，容器的利用系数为，垃圾车采用8h工作制。试求每周清运多少次？每周工作多少小时？已知：处置场距居民区为40 km；速度常数a、b分别为和；垃圾车行驶于垃圾桶放置点之间平均花费时间为；容器装车时间为0.03 h/次；容器放回原处的时间为0.03 h/次，卸车时间为0.02 h/次，非生产时间占全部工时的15。