第二章固体废物的分选Word文件下载.docx
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1.1.2可浮性与表面润湿性关系
可浮性：
颗粒粘附于气泡并被气泡带到液面刮出的趋势。
可浮性与表面润湿性直接相关，但也与工艺过程和参数有关。
润湿性：
水滴在固体表面铺展的特性。
本质是水分子与固体表面质点间的相互作用强弱的反应。
接触角：
润湿性的度量
Young方程：
θ↑、疏水性↑、润湿性↓
可浮性与润湿性关系：
引入举例：
石英玻璃θ小，润湿性好，可浮性差；
硫磺反之。
从现象得出结论：
疏水性↑、可浮性↑
微观解释：
浮游力：
水化膜：
颗粒在气泡上粘附前需排开两者间的水分子，体系能量变化
1.1.3天然可浮性与颗粒晶体结构关系
1.1.3.1固体物料的晶体结构：
按化学键分类：
离子键、共价键、分子键
按外观：
针状、层状
1.1.3.2水分子与表面质点间的作用力：
静电引力：
氢键力：
分力间引力：
1.1.3.3结构与润湿性关系：
分子键或层状结构晶体具有较好的天然可浮性，如煤、硫磺、石墨、滑石。
1.2浮选药剂
1.2.1分类与作用
作用：
增大表面疏水性、提高分离物料间可浮性差异
分类：
捕收剂—加疏水性、抑制剂—减小疏水性、活化剂—促进捕收剂吸附、pH调整剂—改变药剂的作用条件、起泡剂—形成大小适中、性能良好的气泡
1.2.2捕收剂及作用机理
1.2.2.1捕收剂结构与疏水原理
1.2.2.2捕收剂分类：
分类方法：
极性、非极性；
阴离子、阳离子、非离子
1.2.2.3常见捕收剂：
作为工业上适用的优良捕收剂应满足如下要求：
（1）来源广，易于制取；
（2）价格低，便于使用.即易溶于水，无臭，无毒，成分稳定、不易变质等；
（3）捕收作用强，具有足够的活性；
（4）有较高的选择性，最好只对其一种成分具有捕收能力。
A、黄药
名称：
烃基二硫代碳酸盐、黄原酸盐、黄药
在水中解离ROCSSMe=ROCSS－＋Me＋
式中R为非极性的烃基（C2~4、直链或支链），Me为碱金属离子（通常为Na+或K+
合成方法：
CS2+ROH=ROCSSMe
黄药在常温下是固体的黄色粉末，带有刺激性臭味，有毒。
黄药在水中解离出ROCSS-阴离子，具有捕收作用。
黄药性质不稳定，易吸水潮解，遇热更加速其分解。
易溶于水、丙酮与醇中。
常用的有乙基黄药（CH3CH2OCSSMe）及丁基黄药（CH3C2H6OCSSMe）。
黄药是硫化矿物（如：
方铅矿，黄铜矿，闪锌矿，黄铁矿等）最常用的捕收剂。
B、黑药
黑药是烃基二硫代磷酸盐R2PO2SSH（Me），其中常用的烃基R为甲酚基或烷氧基。
黑药是仅次于黄药、应用较广的硫化矿物捕收剂。
目前，生产的黑药有甲酚黑药和丁基铵黑药两种。
结构为：
甲酚黑药为暗绿色油状液体，微溶于水，比重为1：
1，有难闻的臭味，具有腐蚀性，能烧伤皮肤，具有起泡能力。
丁基铵黑药是一种白色细粒结晶粉末，微臭易溶于水。
在通常情况下，不易变质，较稳定，具有起泡性，无腐蚀性。
因此，使用丁基铵黑药可以改善工业卫生条件。
由于黑药具有起泡性能，使用时用量不宜过大，一般为25～100克／吨。
黄药捕收能力比黄药差，但选择性较好，在分离浮选时可使用或与黄药配合使用。
捕收性能的差异与RO-烷氧基的吸电子效应有关，黑药基性基电子云密度低，与金属离子形成共价键强度较小，吸附能力弱，捕收能力差。
C、脂肪酸（皂）类
CnH2n+1COONan=5~20，太短无表面活性，太长不溶解
来源：
动植物油、人工合成氧化石蜡皂
物理性质：
水溶性与C链长度有关、乳化剂助溶
化学特性：
水解（一般在碱性介质中浮选）、成盐（与碱土金属以上的离子）
浮选特性：
金属氧化物（如Fe2O3）、盐类浮选（如磷灰石、萤石、硫酸钡等）；
具有起泡能力；
选择不太好，溶解度低，有时需加温；
D、胺类
CnH2n+1NH2n=12~18
特性：
水解：
C12H25NH2+H2O=C12H25NH3++OH-等电点pH=10.64
络合：
C12H25NH2比NH3具有更强的络合能力（烃基的给电子效应），能与Zn等金属离子形成络合物
浮选特性：
作为玻璃、石英、硅酸盐类捕收剂；
锌矿的捕收剂；
具有起泡能力，泡沫太粘，不易消泡。
pH对浮选的影响：
静电吸附：
pH控制在颗粒表面带负电，同时有较多的C12H25NH3+存在，对于硅酸盐，一般为弱酸性。
络合吸附：
保证C12H25NH2存在量较多的条件，对于ZnCO3矿，pH>
11.5
1.2.2.4捕收剂在固体表面上吸附机理
a.化学吸附机理：
形成共价键、络合键、螫合键
化学吸附假说：
捕收剂与颗粒表面离子形成化学键，化学键越强（化合物越稳定），该捕收剂越容易在表面上吸附，捕收能力越强。
溶度积原理：
捕收剂与表面金属离子形成盐溶度积越小，捕收剂对该物料的捕收能力越强。
可解释：
C链长度对捕收能力的影响，黄药捕收能力Cu、Pb>
Zn>
Ca、Mg
络合键、螫合键具有较好的选择性，是捕收剂发展方向。
b.静电吸附机理：
表面电性起源、PZC、控制表面电性实现浮选分离
c.疏水缔合机理：
1.2.3调整剂：
1.2.3.1抑制剂：
（1）罩盖表面供捕收剂吸附的活性中心，阻止捕收剂吸附；
（2）解吸表面吸附的捕收剂；
（3）在表面上形成亲水膜；
（4）消除料浆中活化离子；
1.2.3.2活化剂：
（1）增加表面供捕收剂吸附的活性中心；
（2）对有色金属表面进行硫化，稳定表面捕收剂吸附层；
（3）消除表面上的亲水膜；
（4）消除料浆中有害离子；
1.2.3.3pH调整剂：
1.2.3.4起泡剂：
起泡剂是一种表面活性物质，主要作用在水一气界面上，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和上浮过程中的稳定性，以保证气泡上浮形成泡沫层。
浮选用的起泡剂应具备：
①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，②有良好的流动性，适当的水溶性，无毒、无腐蚀性，便于使用，⑧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。
常用起泡剂：
（1）捕收剂兼有起泡能力：
脂肪酸类、胺类、黑药
（2）天然起泡剂：
松醇油，主要成分是萜烯醇
（3）人工合成起泡剂：
1.3浮选设备
1.3.1作用与要求
使物料悬浮、产生气泡、分离。
浮选技术经济指标的好坏，与浮选机的性能密切相关。
对浮选机的基本要求有：
（1）良好的充气作用：
气泡是疏水性物料的运载工具，浮选机必须保证能吸入或压入足量的空气并能使这些空气充分弥散；
（2）良好的搅拌作用：
搅拌能造成物料的悬浮，物料在浮选槽内均匀分散，造成物料与药剂、气泡充分接触和碰撞，促进药剂的溶解；
（3）能形成比较平稳的泡沫区：
在浮选的料浆表面，应有比较平稳的泡沫区，以使吸附了目的物料的泡沫保持住目的物料，并使夹杂的非目的物料能够脱落；
（4）能连续工作并便于调节：
包括连续给料和连续排料，给、排料量的调节等。
1.3.2分类
按气泡产生方式，分为：
浮选机
1.3.3机械搅拌式浮选机
1.3.3.1结构
1.3.3.2气泡产生原理
真空的产生：
气流吸入：
气流粉碎：
1.3.3.3优缺点
料浆的充气和搅拌都是由机械搅拌器实现的；
料浆自吸，适用于复杂流程；
安装精度高、叶轮转速快，耗能大，搅拌器磨损快。
1.3.4充气搅拌式浮选机
（1）该机设计为直流槽，矿浆通过能力大，浮选速度快。
（2）采用外部特设的鼓风机供气，可以根据工艺需要调节充气量，且空气量的可调范围较大。
（3）台时处理量大，占地面积小，单位体积重量轻，如与6A（容积为3．2m。
）浮选机相比，设备重量减少了39％，占地面积约减少60％。
所以设备吨位、投资和厂房建筑面积都可减少，同时相应地减少了矿浆管道、电气设备和测量调节装置等，有利于自动控制。
（4）叶轮只用于循环矿浆和弥散空气，深槽浮选机的叶轮，仍可在低转速下工作，其圆周速度为7m／s（6A叶轮的周速为8·
8m／s）。
因此搅拌器磨损较轻，矿液面也比较平稳。
（5）叶轮与盖板间的轴向和径向间隙都比A型浮选机大得多，而且对它没有严格要求，因此易于安装和调整。
（6）药剂和动力消耗明显降低，生产指标有所提高。
该浮选机需要配备离心式鼓风机和中矿返回的泡沫泵等辅助设备，作业机组要求阶梯配置，以使矿浆借重力自流通过。
作业间的高差一般为300mm。
若中矿返回不使用泵，可将各个作业的头一槽改成吸入槽，但吸入槽内叶轮转速需要增大，因而功率消耗也随之增加，并且充气量下降。
1.3.5充气式浮选机（浮选柱）
优缺点：
无搅拌装置，压缩空气在提供空气的同时，也对料浆起搅拌作用；
低耗，搅拌能力弱，发气装置易堵塞。
1.3.6气体析出式浮选机
1-泡沫溢流槽；
2-泡沫层；
3-料浆液面；
4-给料管；
5-空气导管
1.4浮选工艺与流程
1.4.1工艺过程
磨碎：
单体解离，得到适合浮选的粒度
调浆：
加入药剂与物料作用，一般顺序为：
pH调整剂→抑制剂、活化剂→捕收剂→起泡剂
充气浮选：
多台浮选机组成一个系列，连续浮选过程
1.4.1工艺参数
细度、料浆浓度、温度、泡沫层厚度、药剂合理使用、水质等。
1.4.3流程
1.4.3.1原则流程
（1）磨浮结合段数：
一段磨浮、多段磨浮（精矿再磨、尾矿再磨、中矿再磨）
（2）浮选顺序：
优先浮选、混合－分离浮选
1.4.3.2内部结构
精选、扫选次数，中矿处理方式
1.5浮选应用
从粉煤灰中回收炭：
捕收剂为煤油，起泡剂可用松醇油；
从煤矸石中回收硫铁矿：
黄药＋松醇油；
从焚烧炉灰中回收金属：
黄药＋松醇油
从城市垃圾中回收玻璃：
胺作捕收剂
第二节重选分离
引子：
淘金、淘米
根据物料颗粒间比重的差异，在运动介质中分选颗粒的过程。
依据：
比重的差异，但粒度和形状亦影响分选的精确性。
分散→分层→分离
运动介质：
介质运动产生的上升流作用使颗粒群分散；
分层：
颗粒受到重力、介质阻力、介质动力和机械力作用产生运动差异而分层；
分离：
在运动介质流与其他机械力共同推动下，实现产品的分离；
颗粒在介质中所受到的主要作用力：
重力：
粘性阻力：
ψ为阻力系数
几种特殊条件的描述：
a）静止条件下：
颗粒运动取决于G0上浮δ<
△<
δ下沉
b）垂直运动：
介质静止，颗粒运动，表现为：
开始→加速→匀速
此时，F=G0-R=0，沉降末速为
①δ越大，沉降末速越大
②一般情况下，颗粒要达到沉降末速需要很长时间，可以采用上升气流或水流
③颗粒粒度对沉降影响：
大颗粒小比重与小颗颗粒大比重具有相同沉降速度，等降比
，度量具有不同比重的颗粒，当沉降速度相同时，颗粒大小的最大差异比值的允许值。
如，对两种物料，按比重分选，最大粒与最小粒比值应小于等降比。
c）水平运动：
2.1重介质分选
2.1.1重介质：
加重剂：
重液、高密度固体组成悬浮液（硅铁，δ=6.8，可配δ=3.2-3.5重介质；
磁铁矿δ=5.0，可配δ=2.5重介质）
要求：
密度高、粘度低、稳定性好；
无毒、无蚀；
价廉，易回收；
粒度在-200目80-90%，浓度10-25%，防止因团聚而失稳。
2.1.2重介质分选器
2.1.3分选流程
2.2跳汰分选：
2.2.1定义
在垂直变速介质流中按密度分选的过程。
分为水力跳汰中、风力跳汰、重介质跳汰等。
应用范围：
适用于粗粒、比重差异大的对象；
效率低，可用于粗选或抛尾
2.2.2分选过程
分散：
上升水流阶段
下降水流阶段
分离：
连续给入的料浆，在水平方向产生运动，在设备末端进行分离
2.2.3分选设备
2.3摇床分选
2.3.1定义
在倾斜的床面上、床面的不对称往复运动&
斜面薄层水流、按密度差异、颗在床面上呈扇形分布。
2.3.2结构
结构：
倾斜床面、床条、摇动机构、冲洗水、给料、接料器
2.3.3工作原理：
（1）分散：
横向水流在床面上形成脉动水流，床条强化这一作用，物料分散
（2）分层：
按比重差异分层
（3）分离：
横向运动：
水流速度分布是上层大、下层小；
上层（轻）颗粒受到较大的横向水流冲击作用
纵向运动：
床面往复振动的后退加速度大于前进加速度，果面上颗粒向前移动；
上层颗粒受惯性作用力小，动较慢，下层颗粒（重）受惯性大，运动快。
析离作用：
在摇床分选过程中，物料的松散分层及在床面上的分带，直接受床面的纵向摇动及横向水流冲洗作用支配。
床面摇动及横向水流流经床条所形成的涡流，造成水流的脉动，使物料松散并按沉降速度分层。
由于床面的摇动，导致细而重的颗粒钻过颗粒的间隙，沉于最底层，这种作用称为析离。
析离分层是摇床分选的重要特点。
它使颗粒按密度分层更趋完善。
分层的结果是粗而轻的颗粒在最上层，其次是细而轻的颗粒，再次之是粗而重的颗粒，最底层是细而重的颗粒。
扇形分带：
2.3.4特点
（1）分选精度高，分带清晰，易于操作，工作可靠，一次能获得合格产品
（2）粒度：
一般小于2mm，对1-0.04mm细粒特别有效
（3）不足：
单位面积处理量较小，占地面积大，可通过开发多层摇床来解决
2.4溜槽与螺旋溜槽
2.5风力分选
2.5.1立式风力分选机
2.5.2卧式风力分选机
与卧式风力分选机比较，立武曲折形风力分选机分选精度较高。
由于沿曲折管路管壁下落的废物可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，同时可以使结块垃圾因受到曲折处高速气流而被吹散，因此，能够提高分选精度。
曲折风路形状为Z字形，其倾斜度为60。
，每段长度为280mm。
下图是国外城市垃圾两级风选流程。
其分选过程是预先将城市垃圾破碎到一定粒度，调整水分在45％以下，定量给入卧式风选机，同时，由鼓风机送入水平气流，垃圾中各组分按密度差异分选，粗选为重质组分（金属、瓦块等）、中重组分（木块、硬塑料）和轻质组分（塑料薄膜、纸类等）。
分别送振动筛分级后，再送立式曲折形风力分选机进行二次风选，最后使有机物与无机物分离。
分选结果表明：
①自然干燥的城市垃圾含水率为9．1％，最佳分选结果是轻质组分中有机物的纯度为96．7％，回收率为95．6％，重质组分中无机物纯度为87．4％，回收率为57．8％。
②含水率为42．0％的垃圾分选结果是有机物纯度为97％，无机物纯度为39．9％。
从我国国情看，由于城市垃圾中无机物含量高，采用风力分选的工艺条件尚需进一步试验研究确定。
第三节磁选分离
3.1磁选原理
3.1.1定义
利用各种物料磁性的差异，在非均匀磁场中实现分离的过程。
3.1.2基本知识：
1、磁场：
磁性物质受到磁力作用的空间，磁体周围的空间存在磁场。
（1）分类：
均匀磁场、非均匀磁场
（2）磁场梯度：
dH/dx，指向H增大的方向，等于0则为均匀磁场。
2、物质的磁性
（1）磁化：
分子或原子中电子运动会产生磁性，但每个磁矩不按一定方向排列，磁矩矢量和等于0，物质不显磁性。
但在外磁场中，如果部分或全部磁矩顺外磁场方向排列，磁矩矢量和不等于0，物质显磁性。
（2）磁化强度：
J=M/VJ单位体积磁矩，安/米；
M物质磁矩，安-米2；
V体积，米3
J=k0HK0体积磁化系数；
H外磁场强度，安/米
X0=K0/δX0物质的比磁化系数，米3/千克
3、磁场力：
长度为L的磁性物体，磁化后成磁偶极子，磁极强度分别为+q和-q，根据电磁学，磁场力为：
均匀磁场中，dH/dL=0，f=0；
提高磁场力途径：
提高磁场强度：
稀土类永磁材料、电磁场（受电流强度限制）
提高磁场梯度：
聚磁介质（尖齿、钢毛、钢球等）
4、具有磁性的物质
3.1.3磁选过程
磁选是在磁选机中进行的。
如图6—1所示，当矿浆进入分选空间后，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，使其吸在圆筒上，并随之被转筒带至排矿端，排出成为磁性产品。
非磁性颗粒，由于所受的磁场作用力很小，仍残留在矿浆中，排出后成为非磁性产品，这就是磁选分离过程。
颗粒通过磁选机磁场时，同时受到磁力和机械力（重力、离心力、介质阻力、摩擦力等）的作用。
磁性较强的颗粒所受的磁力大于其所受的机械力，而非磁性颗粒所受磁力很小，则以机械力占优势。
由于作用在各种颗粒上的磁力和机械力的合力不同，使它们的运动轨迹也不同，从而实现分选。
欲分离出磁性颗粒，其必要条件是：
磁性矿粒所受磁力必须大于与它方向相反的机械力的合力。
3.2磁选设备：
3.2.1湿式弱磁选机
半逆流型永磁圆筒式磁选机结构如图6—4所示。
它由分选圆筒、磁系和底箱等主要部分组成。
圆筒由非导磁不锈钢板制成，表面覆盖一层耐磨材料（橡胶或铜线），以防圆筒磨损，并有利于磁性矿物的附着。
磁系通常由3～5个磁极组成。
每个极由永磁块和磁导板组成。
磁系固定在圆筒轴上，工作时不旋转。
磁极沿圆周方向极性交变，沿轴向不变.磁系包角为106。
～H7。
。
整个磁系偏向精矿排出端。
磁系偏角（磁系中线与垂直线的夹角）为15。
～20。
，可以调节。
底箱用非导磁材料或硬质塑料板制成。
底箱下部是给矿区，其中有吹散水管4，用来调节矿浆浓度，同时把矿浆吹散成松散悬浮状态，以利于提高分选指标。
底箱上部有底板，板上开有矩形孔，用以流出尾矿。
圆筒式磁选机的磁场强度分布规律：
场强随着距磁极表面距离增大而减小。
在圆筒表面上，磁极边缘处的磁场强度高于磁极面中心和极间隙中心处的场强；
距离筒表面20毫米以后，圆筒表面上方各点的磁场强度相近。
圆筒表面上平均磁场强度为120千安／米左右。
分选过程为，矿浆经过给矿箱进入磁选机槽体后，在吹散水（由吹散水管喷出）的作用下，呈松散悬浮状态进入给矿区。
磁性矿粒被吸在旋转的圆筒表面上。
此时，由于磁系的极性交替，产生磁搅动作用，使夹杂在磁链中的脉石被清洗出来，从而提高了精矿品位。
磁性矿粒被旋转圆筒带至磁系外区时，因磁场减弱，被冲洗水冲下，并进入精矿槽中。
非磁性矿粒和磁性很弱的矿粒在槽体内矿浆流作用下，从底板上的尾矿孔流入尾矿管中。
由于矿浆呈悬浮状自下向上给入分选空间，故半逆流型圆筒式磁选机矿浆流给人方向与磁场力方向基本相同，因而磁性矿粒易于吸在圆筒面上，回收率较高。
另一方面由于尾矿流动方向与圆筒旋转方向相反，磁性矿粒被吸引的机会较多，夹杂于精矿中的非磁性矿粒也容易被冲洗掉。
所以这种磁选机可以同时得到较高的精矿品位和回收率。
该型机适用于分选粒度为0.2～0毫米的细粒强磁性矿石的粗选和精选作业。
3.2.2干式弱磁选机（磁滑轮）
3.2.3干式强磁选机
3.2.4萨拉型转环式高梯度强磁选机
第四节电选分离
电选：
利用固体废物组分在高压电场中电性的差异实现分选的过程。
4.1物体荷电的方式
1、直接传导：
与电极相接触，导电性好的物体获得与电极相同的电荷
2、感应带电：
靠近电极一端感应出与电极相反的电荷，但一旦接触后，导电性好的物体立即将相反电传递给出电极上，整个物体所带电荷与电极相同。
3、电晕带电：
两个电极直径相差很大，通上高电压后，小电极附近电于电场梯度很高，空气出现极化而电离。
电场中的固体颗粒带与小电极相同的电荷，并向大电极移动。
在大电极上，导电颗粒很快放电并传导带上相同电荷，相排斥；
非导电颗粒放电慢，与大电极带相反电荷而相吸。
4.2电选原理
由上可见，导电颗粒与电极带相同电荷，而相排斥，非导电颗粒与电极带相反电荷，而相吸。
4.3电选设备
第五节分选回收工艺案例
5.1城市生活垃圾回收利用
5.1.1原生垃圾组成与特性
（1）轻质可燃物，主要有纸类、塑料薄膜、布类等；
比重小、粒径大、柔性难破碎
（2）杂纸、塑料、食物残渣类；
比重较小
（3）铁系类；
磁性
（4）其他金属：
有色金属、铝导电性好、柔性难破碎
（5）重质无机物：
比重大
玻璃占65%：
以胺作捕收剂进行浮选
其余为非金属；
5.1.2原生垃圾处理流程
5.1.3焚化的城市垃圾处理流程
在焚烧渣中主要包括：
铁质、有色金属、玻璃、无机物、重质溶渣等。
上述流程利用了如下特性进行分选：
（1）磁性：
铁质产品；
（2）可碎性：
无机物（废石）易破碎，有色金属（铜锌铝等）为韧性物不能破碎；
（3）浮选：
玻璃
（4）比重：
溶渣比重较大
5.2粉煤灰分选回收系统
炭粒：
比重小、天然疏水性（2#油作超泡剂、中性油作辅助捕收剂）、导电性
铁质微粒：
磁性、比重大
硅酸盐：
密实玻璃体、空心玻璃体
5.3从煤矸石中分选回收硫铁矿系统
硫铁矿烧渣综合利用：
磁化焙烧：
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