破碎的基礎(chǔ)理論

一、破碎的目的

用外力克服固體廢物質(zhì)點間的內(nèi)聚力而使大塊固體廢物裂成小塊的過程稱為破碎；使小塊固體廢物顆粒分裂成細(xì)粉的過程稱為磨碎。固體廢物破碎的磨碎和磨碎的目的如下：

(1)使固體廢物的容積減小，便于運輸和貯存。

(2)為固體廢物的分選提供所要求的入選粒度，以便有效地回收固體廢物中的某種成分。(3)使固體廢物的比表面積增加，提高焚燒、熱分解、溶融等作業(yè)的穩(wěn)定性和熱效率。

（4）為固體廢物的下一步加工作準(zhǔn)備，例如，煤矸石的制磚、制水泥等，都要求把煤石破碎和磨碎到一定粒度以下，以便進(jìn)一步加工制備使用。

（5）對破碎后的生活垃圾進(jìn)行填埋處置時，壓實密度高而均勻，可以加快復(fù)土還原。

(6)防止粗大、鋒利的固體廢物損壞分選、焚燒和熱解等設(shè)備。

二、固體廢物的機械強度和破碎方法

(一)固體廢物的機械強度

固體廢物的機械強度是指固體廢物抗破碎的阻力。通常用靜載下測定的抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度和抗彎強度來表示。

其中抗壓強度最大，抗剪強度次之，抗彎強度較小，抗拉開強度最小。一般以固體廢物的抗壓強度為標(biāo)準(zhǔn)來衡量�？箟簭姸却笥�50MPa者為堅硬固體廢物；40—25MPa者為中硬固體廢物；小于25MPa者為軟固體廢物。固體廢物的機械強度與廢物顆粒的粒度有關(guān)，粒度小的廢物顆粒，其宏觀和微觀裂縫比大粒度顆粒要少，因而機械強度較高。

在實際工程中，鑒于固體廢物的硬度在一定程度上反映被破碎的難易程度，因而可以用廢物的硬度表示其可碎性。眾所周知，礦物的硬度可按莫式硬度分為十級，其硬度從小到大排列如下：(1)滑膏：(2)石膏：(3)方解石；(4)螢石；(5)灰石；(6)長石：(7)石英：(8)黃玉石；(9)剛玉；(10)金剛石。各種固體廢物的硬度可通過與這些礦物相比較來確定。

在需要破碎的廢物中，大多數(shù)呈現(xiàn)脆性，廢物在斷裂之前的變形很小。但也有一些需要破碎的廢物在常溫下呈現(xiàn)較高的可塑性，這些廢物用傳統(tǒng)的破碎機難以破碎，需要采取特殊實施。例如，廢橡膠在壓力作用下能產(chǎn)生較大的塑性變形而裂，但可利用其低溫變脆的性能而有效地破碎。又如破碎金屬切削下來的金屬屑，壓力只能使其壓實成團(tuán)，但不能碎成小片或小條、粉末，必須采用特制的金屬切削破碎機進(jìn)行有效的破碎。

(二)破碎方法

按破碎固體物所用的外力，即消耗能量的形式可公為機械能破碎和非機械能破碎兩類方法。機械能破碎是利用破碎工具(如破碎機的齒板、錘子、球磨機的鋼球等)對固體廢物施力而將其破碎的。非機械能破碎是利用電能、熱能等對固體廢物進(jìn)行破碎的新方法，如低溫破碎、熱力破碎、減壓破碎及超聲破碎等。

目前廣泛應(yīng)用的是機械能破碎，主要有壓碎、劈碎、折斷、磨碎和沖擊破碎等方法。

選擇破碎方法時，需視固體廢物的機械強度，特別是廢物的硬度而定。對堅硬物采用擠壓破碎和沖擊破碎十分有效；對脆性廢物則采用劈碎、沖擊破碎為宜。

一般破碎機都是由兩種或兩種以上的破碎方法聯(lián)合作用對固體廢物進(jìn)行破碎的，例如壓碎和折斷、沖擊破碎和磨碎。

三、破碎比、破碎段與破碎流程

(一)破碎比與破碎段

在破碎過程中，原廢物粒度與破碎后產(chǎn)物粒度的比值稱為破碎比。破碎比表示廢物粒度在破碎過程中減小的倍數(shù)，即表示廢物被破碎的程度。破碎機的能量消耗和處理能力都與破碎有關(guān)。破碎比的計算方法有以下兩種：

1．用廢物破碎前的最大粒度(Dmax)與破碎后最大粒度(dmax)的比值來確定破碎比(i)i＝Dmax/dmax

用該法確定的破碎比稱為極限破碎比，在工程設(shè)計中常被采用。根據(jù)最大塊直徑來選擇破碎機給料口寬度。

2.用廢物破碎前的平均粒度(Dcp)與破碎后平均粒度(dcp)的比值來確定破碎比(i)

i＝Dcp/dcp

該法確定的破碎比稱為真實破碎比，能較真實地反映破碎程度，所以，在科研及理論研究中常被采用。

一般破碎機的平均破碎比在3—30之間，磨碎機破碎比可達(dá)40—400以上。

團(tuán)體廢物每經(jīng)過一次破碎機或磨碎機稱為一個破碎段，若要求破碎比不大，一段破碎即可滿足。但對固體廢物的分選，例如，浮選、磁選、電選等工藝來說，由于要求的入選粒度很細(xì)，破碎比很大，往往需要把幾臺破碎機依次串聯(lián)，或根據(jù)需要把破碎機和磨碎機依次串聯(lián)組成破碎和磨碎流程。對固體廢物進(jìn)行多次(段)破碎，其總破碎比等于各段破碎比(i1，i2，……，in)的乘積，即i＝i1×i2×i3×……×in

破碎段數(shù)是決定破碎工藝流程的基本指標(biāo)，它主要決定破碎廢物的原始粒度和最終粒度。破碎段數(shù)越多，破碎流程就越復(fù)雜，工程投資相應(yīng)增加，因此，在可能的條件下，應(yīng)盡量采用一段或兩段流程。

(二)破碎流程

根據(jù)固體廢物的性質(zhì)、粒度大小，要求的破碎比和破碎機的類型，每段破碎流程可以有不同的組合方式。

1．單純的破碎流程具有流程和破碎機組合簡單、愛作控制方便、占地面積少等優(yōu)點，但只適用于對破碎產(chǎn)品粒度要求不高的場合。

2．帶有預(yù)先篩分的破碎流程其特點是預(yù)先篩除廢物中不需要破碎的細(xì)粒，相對地減少了進(jìn)入破碎機的總給料量，同時有利于節(jié)能。

3．帶有檢查篩分的后兩種破碎流程。其特點是能夠?qū)⑵扑楫a(chǎn)物中一部分大于所要求的產(chǎn)品粒度顆粒分離出來，送回破碎機進(jìn)行再破碎，因此，可獲得全部符合粒度要求的產(chǎn)品。

破碎機

選擇破碎機類型時，必須綜合考慮下列因素：①所需要的破碎能力；②固體廢物的性質(zhì)(如破碎對形狀、硬度、密度、形狀、含水率等)和顆粒的大��；③對破碎產(chǎn)品粒徑大小、粒度組成、形狀的要求；④供料方式：⑤安裝愛作場所情況等。破碎固體廢物常用的破碎機類型有顎式破碎機、錘式破碎機、沖擊式破碎機、剪切式破碎機、輥式破碎機和球磨機等。

一、顎式破碎機

顎式破碎機有簡單擺動和復(fù)雜擺動兩種類型。

(一)簡單擺動領(lǐng)式破碎機

簡單擺動領(lǐng)式破碎機主要由機架、工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、保險裝置等部分組成。皮帶輪帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)時，偏心頂點牽動連桿上下運動，也就牽動前后推力板作舒張及收縮運動。從而使顎時而靠近固定顎，時而又離開固定顎。動領(lǐng)靠近固定額時京對破碎腔內(nèi)的物料進(jìn)行壓碎、劈碎及折斷。破碎后的物料在動顎后退時靠自重從破碎腔內(nèi)落下。

(二)復(fù)雜擺動顎式破碎機

復(fù)雜擺動顎式破碎機從構(gòu)造上看，復(fù)雜擺動顎式破碎機與簡單擺動顎式破碎機的區(qū)別是少了一根動顎懸掛的心軸，動顎與連桿合為一個部件，沒有垂直連桿，肘板也只有一塊。可見，復(fù)雜擺動領(lǐng)式破碎機構(gòu)造簡單。但動顎的運動卻較簡單擺動顎式破碎機復(fù)雜，動顎在水平方向有擺動，同時在垂直方向也有運動，是一種復(fù)雜運動，不失為稱復(fù)雜擺動顎式破碎機。

復(fù)雜擺動顎式破碎機的優(yōu)點是它的破碎產(chǎn)品較細(xì)，破碎比大(一般可達(dá)4—8、簡擺型只能達(dá)3—6)。規(guī)格相同時，復(fù)擺型比簡擺型破碎能力高20—30％。

(三)顎式破碎機的特點及應(yīng)用

顎式破碎機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固、維護(hù)方便、高度小、工作可靠等特點。在固體廢物破碎處理中，主要用破碎強度及韌性高、腐蝕性強的廢物。例如，煤矸石作為沸騰爐燃料，制磚和水泥原料時的破碎等。既可用于粗碎，也可用于中、細(xì)碎。二、錘式和沖擊式破碎機(一)錘式破碎機

1．錘式破碎機的類型錘式破碎機按轉(zhuǎn)子數(shù)目可分為兩類：一類是單轉(zhuǎn)子錘式破碎機(只有一個轉(zhuǎn)子)；另一類是雙轉(zhuǎn)子破碎機(它有兩個作相對回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子)。單轉(zhuǎn)子破碎機根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，又可分為可逆式(轉(zhuǎn)子可兩個方向轉(zhuǎn)動)和不可逆式(轉(zhuǎn)子只能一個方向轉(zhuǎn)動)兩種。

其工作原理是固體廢物自上部給料口給入機內(nèi)，立即遭受高速旋轉(zhuǎn)的錘子的打擊、沖擊、剪切、研磨等作用而被破碎。錘子以鉸鏈方式裝在各圓盤之間的銷軸上，可以在消軸上擺動。電動機帶動主軸、圓盤、銷軸和錘子的部件稱為轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子的下部設(shè)有篩板，破碎物料中小于篩孔尺寸的細(xì)粒通過篩板排出：大于篩孔尺寸的粗粒被阻留在篩板上并繼續(xù)受到錘子的打擊和研磨，最后通過篩板排出轉(zhuǎn)子首先向某一個方向旋轉(zhuǎn)，該方向的襯板、篩板和錘子端部就受到磨損。磨損到一定程度后，使轉(zhuǎn)子改為另一方向旋轉(zhuǎn)，利用錘子的另一端及另一個方向的襯板和篩板繼續(xù)工作，從而繼續(xù)工作的壽命幾乎提高一倍。

錘子是破碎機的工作機件，通常用高錳鋼或其它合金鋼等制成。由于錘子前端磨損較快，設(shè)計時考慮到錘子磨損后能上下或前后調(diào)頭。

目前專用于破碎固體廢物的錘式破碎機有以下幾種類型：

(二)半濕式選擇性破碎分選的特點

半濕式選擇性破碎分選具有以下特點：①能使城市垃圾在一臺設(shè)備中同時進(jìn)行破碎和分選作業(yè)；②可有效地回收垃圾中的有用物質(zhì)。從第Ⅰ組產(chǎn)物中可得到純度為80％的堆肥原料——廚房垃圾；從第Ⅱ組產(chǎn)物中可回收純度為85—95％的紙類；從第Ⅲ組產(chǎn)物中可得純度為95％的塑料類，回收廢鐵純度達(dá)98％；③對進(jìn)料的適應(yīng)性好，易破碎的廢物首先破碎并及時排出，不會產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象。

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