建筑垃圾加工設(shè)備選型及其加工工藝

趙文珅

(云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程機(jī)械學(xué)院，云南昆明 650031)

0 引言

建筑垃圾物質(zhì)組成比較復(fù)雜，中國(guó)現(xiàn)階段普遍存在的建筑拆除垃圾除磚塊、混凝土塊外，還混有塑料、木材、紙類(lèi)、金屬等物質(zhì)。建筑垃圾中的磚瓦、混凝土可以作為筑路原材料，因此建筑垃圾的初步分選主要是將這些可回收利用材料以外的物質(zhì)從混合物料中分選出來(lái)，以保證后續(xù)處理的順利進(jìn)行，并提高建筑垃圾的回收利用率［1-3］。本文綜合考慮建筑垃圾的性質(zhì)及常用分選方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合國(guó)內(nèi)外加工設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀，確定合適的建筑垃圾加工設(shè)備選型方案。

1 建筑垃圾加工設(shè)備選型

1.1 給料設(shè)備

目前常用的振動(dòng)給料機(jī)有3類(lèi):ZSW系列振動(dòng)給料機(jī)、GZT系列振動(dòng)給料機(jī)、自同步慣性振動(dòng)給料機(jī)。根據(jù)建筑垃圾的物理特性以及對(duì)設(shè)備的要求，及其在國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，建議選用GZT系列振動(dòng)給料機(jī)，具體原因如下。

(1)GZT系列振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，可把塊狀、顆粒狀物料從料倉(cāng)均勻、連續(xù)地喂料到受料裝置中。

(2)在前期的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，建筑垃圾中存在大塊狀物料，有的甚至長(zhǎng)達(dá)1 m左右。自同步慣性振動(dòng)給料機(jī)給料粒度較小，而GZT系列振動(dòng)給料機(jī)給料力度較大，適合處理粒徑較大的物料。

(3)建筑垃圾中泥土等細(xì)碎物料含量較多，GZT系列振動(dòng)給料機(jī)中獨(dú)特的篩條設(shè)計(jì)可使垃圾中較小的物料透過(guò)篩條間隙落下，在經(jīng)過(guò)破碎工序之前起到預(yù)篩分的作用，從而提高破碎機(jī)的粗碎能力以及粒料的潔凈程度，為建筑垃圾的再生利用提供保障。

圖1為所選用的GZT系列給料設(shè)備及其安裝位置，采用該型號(hào)振動(dòng)給料機(jī)更加適合建筑垃圾加工的現(xiàn)實(shí)情況，能在一定程度上避免由于部分混凝土塊尺寸過(guò)大造成的堵塞。同時(shí)，給料機(jī)預(yù)篩分的功能可以大量除去建筑垃圾中存在的灰土，極大減輕后續(xù)設(shè)備的處理工作量。

圖1 給料設(shè)備及安裝位置

1.2 破碎設(shè)備

破碎作業(yè)是建筑垃圾處理過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)破碎機(jī)減小混凝土塊、磚塊、石材等的顆粒尺寸，以改善物料的均勻度。結(jié)合建筑垃圾粒徑差異大的特點(diǎn)，建議在初級(jí)破碎時(shí)選用反擊式破碎機(jī)，具體原因如下［4-5］。

(1)反擊式破碎機(jī)產(chǎn)品粒度均勻，過(guò)粉碎現(xiàn)象少。它利用動(dòng)能來(lái)破碎礦石，在碎礦過(guò)程中，大塊礦石受到較大程度的破碎，但較小顆粒的礦石在一定條件下不被破碎.故破碎產(chǎn)品粒度均勻，過(guò)粉碎現(xiàn)象少。

(2)反擊式破碎機(jī)由大渦旋形破碎腔和F、S、T三段破碎區(qū)組成，具有足夠的破碎空間，適用于大塊物料的破碎。因此，建議采用反擊式破碎機(jī)作為建筑垃圾的初級(jí)破碎設(shè)備。

1.3 磁選設(shè)備

建筑垃圾中混雜著鋼筋等鐵磁性物質(zhì)，在建筑垃圾再生材料生產(chǎn)線中分離出金屬物質(zhì)，不僅可以保證工藝的順利進(jìn)行，而且分離出的金屬經(jīng)回爐再加工后可以制成各種規(guī)格的鋼材。綜合考慮建筑垃圾中的含鐵情況、除鐵要求、使用情況以及除鐵器自身的特性，建議選用RCD系列懸掛自卸式除鐵器，具體原因如下。

(1)建筑垃圾中含鐵量相對(duì)較多，手動(dòng)式除鐵器間隔一段時(shí)間需斷電進(jìn)行人工處理，耗費(fèi)人力和時(shí)間，故建議選用自卸式除鐵器。

(2)建筑垃圾中粉塵含量較多，過(guò)多的粉塵會(huì)影響除鐵器的磁場(chǎng)強(qiáng)度及除鐵能力，而RCD系列懸掛自卸式除鐵器透磁深度大、吸力強(qiáng)，具有防塵、防雨、耐腐蝕等特點(diǎn)，可在極其惡劣的環(huán)境中可靠運(yùn)行。

1.4 篩分設(shè)備

振動(dòng)篩分設(shè)備是實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化處置不可或缺的工具。將建筑垃圾粉碎后，利用振動(dòng)篩的篩分功能將不同顆粒的物質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)，目前常用的振動(dòng)篩分設(shè)備有直線振動(dòng)篩和圓振動(dòng)篩兩類(lèi)［6］。結(jié)合建筑垃圾破碎顆粒粒徑大小及分級(jí)要求，建議選用圓振動(dòng)篩作為建筑垃圾的篩分設(shè)備(圖2)，具體原因如下。

圖2 圓振動(dòng)篩

(1)由于圓振動(dòng)篩激振器布置在篩箱重心的上方，故篩箱兩端橢圓長(zhǎng)軸成下八字形，且給料端橢圓長(zhǎng)軸的上端朝向排料方向，有利于箱機(jī)上的物料迅速散開(kāi)，而排料端橢圓長(zhǎng)軸上端逆著排料方向，降低了物料運(yùn)動(dòng)速度，有利于難篩物料透篩。

(2)圓弧狀的篩面增大了篩機(jī)的有效面積，可提高振動(dòng)篩的處理能力。

(3)圓振動(dòng)篩采用小振幅、高頻率、大傾角結(jié)構(gòu)，篩分效率高，處理能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，電耗低，噪音小。

1.5 風(fēng)選設(shè)備

建筑垃圾中混雜著竹木材、塑料、編織品等輕質(zhì)材料，采用一定的設(shè)備將垃圾中的這些輕質(zhì)組分分離出來(lái)，可以提高再生材料的純度及建筑垃圾的再利用率。常用的分選設(shè)備有臥式風(fēng)力分選機(jī)和立式風(fēng)力分選機(jī)(圖3)。綜合考慮建筑垃圾的物質(zhì)組成以及處理要求，建議在資金有限、建筑垃圾處理規(guī)模較小時(shí)，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的風(fēng)機(jī)作為簡(jiǎn)易分選設(shè)備;當(dāng)進(jìn)行建筑垃圾規(guī)模化再生利用時(shí)，建筑垃圾中泥土含量較多，單用風(fēng)機(jī)作為分選設(shè)備會(huì)影響工作區(qū)域的環(huán)境，建議根據(jù)對(duì)再生材料的要求選用臥式風(fēng)力分選機(jī)或水平氣流分選機(jī)。

圖3 風(fēng)力分選機(jī)

2 建筑垃圾加工技術(shù)研究

根據(jù)當(dāng)下城市及郊區(qū)建筑垃圾的現(xiàn)狀，按照不同類(lèi)別、規(guī)格將建筑垃圾分為大粒徑物料、高強(qiáng)度物料、金屬材質(zhì)物料、輕質(zhì)物料、粉塵;根據(jù)對(duì)建筑垃圾處理后的規(guī)格類(lèi)別將再生材料劃分為:混凝土顆粒、黏土磚瓦顆粒、砂漿顆粒、土［7-8］。

2.1 大粒徑加工

為了調(diào)查建筑垃圾中大塊物料的典型尺寸，對(duì)云南省某橋梁拆除垃圾場(chǎng)的建筑垃圾進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與試驗(yàn)。圖4為調(diào)查中混凝土結(jié)構(gòu)在拆除后留下的大塊物料，經(jīng)測(cè)量這些大塊混凝土物料的長(zhǎng)度為50～120 cm，寬度為 50～80 cm，高度在20～40 cm 之間，這樣的大塊物料不經(jīng)處理無(wú)法滿足建筑工程建設(shè)的再次使用。

圖4 拆除垃圾中的大塊混凝土物料

舊建筑在拆除過(guò)程中通常是通過(guò)大型挖掘與振動(dòng)鉆孔拆除機(jī)械完成，拆除完成后場(chǎng)地留有大量的大塊混凝土物料，因此必須采用相應(yīng)的破碎工藝將大塊物料破碎為需要的粒徑范圍［9-11］。

2.2 金屬材料剔除

建筑垃圾原材料中含有大量的鋼筋水泥混凝土塊，經(jīng)過(guò)顎式破碎機(jī)破碎之后部分鋼筋與水泥混凝土發(fā)生分離，如果較多的鋼筋進(jìn)入二次破碎或者篩分設(shè)備之中，必然對(duì)設(shè)備造成一定程度上的損傷，縮短設(shè)備使用壽命，甚至影響工作效率。建筑垃圾中混雜著鐵、氧化鐵等附加值較高的磁性物質(zhì)，采用磁力分選設(shè)備可將此類(lèi)物質(zhì)磁化，在綜合力的作用下磁性物質(zhì)會(huì)逐漸吸附在磁鐵上，使其從建筑垃圾混合物中分離開(kāi)來(lái)。磁力分選除鐵效率較高，不影響含鐵類(lèi)物質(zhì)的性能，分離開(kāi)的鐵類(lèi)物質(zhì)可由皮帶運(yùn)至指定地點(diǎn)進(jìn)行二次利用，因此可以采用磁力分選實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的除鐵作業(yè)。

對(duì)建筑垃圾加工除鐵設(shè)備進(jìn)行調(diào)研后選用RCD系列除鐵器(圖5)，RCD系列除鐵器在國(guó)內(nèi)有比較廣泛的應(yīng)用，處理效率高、成本低、維修方便是該系列除鐵器的主要特點(diǎn)。

圖5 建筑垃圾加工除鐵設(shè)備

2.3 粉塵消除

建筑垃圾中灰土的含量在6%～18%之間，灰土經(jīng)過(guò)破碎之后與集料混合在一起，處于混合料的下層?；彝恋膹?qiáng)度低，成為再生混凝土強(qiáng)度形成的重大阻礙因素。另一方面，灰土由于面積較大，比集料的表面能高很多，使得灰土極易裹附在集料的表面，大量灰土使得建筑垃圾再生材料在應(yīng)用過(guò)程中受到限制?；彝量梢酝ㄟ^(guò)風(fēng)力分選、慣性分選、篩分、水洗等工藝去除。

2.4 輕質(zhì)材料分離

建筑垃圾中的輕質(zhì)材料是指密度明顯小于磚塊、混凝土集料的建筑垃圾成分，如建筑垃圾中的竹木材、塑料、紡織品等。通常采用的分離方法有風(fēng)力分選和重力分選。

風(fēng)力分選簡(jiǎn)單實(shí)用，圖6為建筑垃圾加工中常用的風(fēng)力分選方式，這種簡(jiǎn)易的設(shè)備工作模式有利于設(shè)備的維修、更換，且相比同類(lèi)型設(shè)備，該設(shè)備投資和維護(hù)成本低。

圖6 輕物質(zhì)分離設(shè)備

2.5 加工方法適用性分析

建筑垃圾中各物料間存在密度的差異，磚塊、混凝土塊等密度大，而塑料、木屑等輕物質(zhì)密度較小，將破碎后的建筑垃圾送入運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中，在重力、介質(zhì)動(dòng)力及機(jī)械力的綜合作用下，顆粒群出現(xiàn)分散并按密度分層。分層好的物料在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)流的推動(dòng)之下出現(xiàn)相互分離，因此建筑垃圾可以進(jìn)行重力分選。

風(fēng)力分選工藝簡(jiǎn)單，分選精度較高;而慣性分選形成的慣性反旋渦會(huì)對(duì)流體機(jī)械的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，旋轉(zhuǎn)葉片通道中徑向流速不對(duì)稱，葉片正面徑向流速加大，葉片背面徑向流速減小，導(dǎo)致分割粒徑在一定范圍內(nèi)分散，分級(jí)精度指數(shù)較大，因此建議采用風(fēng)力分選工藝剔除建筑垃圾中的輕質(zhì)物質(zhì)。

粗細(xì)集料的分離是實(shí)現(xiàn)建筑垃圾資源化利用的必要途徑。建筑垃圾規(guī)模化加工再生材料代替天然集料應(yīng)用于公路建設(shè)中，其粒徑范圍應(yīng)滿足一定的要求，可采用篩分工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)粗細(xì)各檔粒徑集料的分離。

光電分選可用于從建筑垃圾中回收塑料、金屬、橡膠等物質(zhì)，分離精度高［12］。采用光電分選工藝可以一次性從建筑垃圾中分離出鐵磁性物質(zhì)和輕質(zhì)物料，減少加工場(chǎng)地的占用。光電分選系統(tǒng)是由給料、光檢、分離3個(gè)子系統(tǒng)組成，其中光檢系統(tǒng)包括光源、透鏡、光敏元件及電子系統(tǒng)等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資較高;而且建筑垃圾中粉塵含量較多，對(duì)光檢系統(tǒng)工作的可靠性存在不利的影響。基于建筑垃圾的性質(zhì)及各工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比較，建筑垃圾原料前端分選宜采用磁力分選—風(fēng)力分選—篩分的分選工藝［13-15］。將磁力分選設(shè)置于風(fēng)力分選之前，可避免含鐵物質(zhì)對(duì)后續(xù)設(shè)備產(chǎn)生干擾和損壞。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)針對(duì)料源特點(diǎn)和現(xiàn)有物料加工技術(shù)，選擇給料、破碎、磁選、風(fēng)力分選、篩分作為建筑垃圾的主要加工工藝環(huán)節(jié)。

(2)在設(shè)備選擇方面，以適用性、經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性為原則，優(yōu)選ZSW系列振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、RCD系列自卸式電磁除鐵器、臥式氣流分選機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、直線振動(dòng)篩作為適用于建筑垃圾加工的機(jī)械設(shè)備。

(3)通過(guò)對(duì)各種加工設(shè)備的工作原理、設(shè)備性能、使用范圍、使用效果等方面進(jìn)行分析，為建筑垃圾加工工藝選擇合適的加工設(shè)備提供了基礎(chǔ)技術(shù)材料。

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