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建筑垃圾资源化利用

日期:2017-08-16      点击:

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  随着我国经济社会的迅速发展,城市化建设开发产生了数量巨大的建筑垃圾。据统计,我国城市建筑垃圾年产生量已超过15亿吨。目前,我国建筑垃圾处置处于初步发展阶段,资源化利用率低,且以回填、制砖等低附加值途径为主,大部分建筑垃圾仍采用露天堆存、填埋等粗放处理方式,存在占用土地、污染环境、影响市容卫生、导致安全隐患等问题。由于建筑垃圾产量巨大,同时具有资源化属性,其资源化处理利用亟待产业化大规模推广,相关产业拥有重要的市场发展机遇。利用建筑垃圾生产再生骨料,不仅有利于避免堆存占地和环境污染问题,还有利于降低建筑原料使用成本,进而减少因砂石资源大量开采导致的河道破坏、水土流失和自然景观恶化等环境问题,一举多得。
  建筑垃圾是一种多组分混合物,除废混凝土、废砖瓦等无机硬质组分外,还含有废木材、废沥青、废金属、废塑料等组分。建筑垃圾须在实现各组分有效分离的基础上,分别加以利用:废金属可用于钢铁冶炼;废木材、废塑料等可燃物可用于焚烧发电;渣土可用于绿化、回填等;废混凝土、废砖瓦等主要成分,经加工可生产一定级配的颗粒——再生骨料,可替代天然砂石骨料用于再生混凝土、再生干混砂浆、再生无机混合料、再生混凝土制品等绿色建材的生产,从而实现建筑垃圾的资源化处置。
  我国建筑垃圾资源化处置的研究起步较晚,尚未形成完整的工艺技术体系。为规范建筑垃圾再生骨料的生产与应用,近年来先后颁布了《混凝土和砂浆用再生细骨料》和《混凝土用再生粗骨料》两项标准和《再生骨料应用技术规程》,规定了再生骨料的分类和规格、性能指标要求、试验检验方法和规则、运储及在各类再生建材制品中应用的技术要求。深圳、昆明、天津、沧州等城市开展了建筑垃圾资源化处置的试点,但整体生产技术水平较低,处理手段单一,以传统砂石料生产工艺和移动式成套破碎筛分设备为主,缺乏系统、有效的除杂设施,劳动强度大,再生骨料产品质量较差。
  建筑垃圾资源化处置生产再生骨料的工艺区别于常见的天然砂石骨料的破碎筛分工艺。为满足国家产品质量标准要求,建筑垃圾再生骨料生产工艺在破碎筛分的基础上,必须充分考虑分选除杂工艺措施,并根据再生骨料产品的用途,确定骨料整形、强化工艺及微粉去除工艺。
  建筑垃圾资源化处置技术及装备
  建筑垃圾资源化处置生产再生骨料的工艺一般可划分为:分选除杂、破碎、筛分、骨料整形强化、再生制品生产等环节。利用再生骨料生产再生混凝土、再生预拌砂浆、再生无机混合料、再生混凝土制品等已形成成熟的技术及装备体系。
  2.1 分选除杂技术及装备
  建筑垃圾的分选除杂可分为人工和机械分选两种途径:机械分选根据建筑垃圾中杂物在尺寸、磁性、比重等物理特性的不同进行高效分离,主要包括筛选、风选、磁选、水力浮选等;人工分选主要针对无磁性金属、玻璃、陶瓷等一般机械手段难以分离的杂物。在建筑垃圾处理过程中,因其所含杂质种类繁杂,除杂过程往往是多种分选方法并用。
  1)风选
  风力分选是重力分选的一种常用方法,其以空气为分选介质,在气流作用下使固体废物按比重和粒度大小进行分选的方法,按气流作用的方向可分为吸风式和鼓风式两种。吸风式风选原理与除尘器类似,在建筑垃圾输送或筛分过程中设置吸风口,利用负压实现轻质物、细微颗粒等的分离,再经过旋风除尘器、布袋等实现杂物捕集。鼓风式风选基本原理是气流能将较轻的物料向上带走或水平方向带向较远的地方,而重物料则由于上升气流不能支持而沉降,或由于惯性在水平方向抛出较近的距离,被气流带走的轻物料再进一步从气流中分离出来。根据目标分离物的不同,吸、出风口风速一般控制在15-50m/s。
  2)磁选
  建筑垃圾中的磁性物几乎全部为混凝土建筑结构中的钢筋,建筑物拆除后,裸露的废钢筋、较大体积的钢板、钢梁、地脚螺栓等可气割处理后人工分拣,包裹夹杂在混凝土块中的废钢筋则需要经过破碎处理后,通过磁选的方法实现分选。建筑垃圾磁选工艺一般安排在各级破碎工序之后,以跨带式磁选机与永磁滚筒磁选机相配合的磁选工艺最为常见。
  3)水力浮选
  建筑垃圾中混杂的废塑料、废木材、废纸张、加气混凝土等轻质物比重小于水,利用其在水中的可浮性与混凝土、砖瓦等分选。区别于选矿行业的浮选工艺,建筑垃圾浮选并不需要添加浮选药剂改变可浮性,通过自然可浮性的差别即可实现分选。建筑垃圾从浮选设备中部进料,不可浮的重质物沉入浮选设备底部的输送装置上,由该输送装置向一侧运出,输送过程中一并沥水;轻质杂物浮于水面上,由上部的桨叶装置从浮选设备另一侧刮出。建筑垃圾浮选的特点是处理能力大,分选效率高,除杂效果好。但由于建筑垃圾中含有一定量的渣土,需配套水循环系统,定期清除水中的泥沙。为避免泥沙快速堆积,进入浮选工艺的建筑垃圾原料中渣土含量不宜过高,且粒度适中,因此,浮选前应进行初级破碎及渣土预筛分。同时,浮选应与人工拣选、风选、磁选等除杂工艺相配合,不宜承担过高的除杂负荷。
  4)微粉去除
  建筑垃圾再生骨料在破碎、筛分、强化及整形等工艺处理时,会产生一定量的微粉,再生骨料用于制备混凝土或砂浆时,微粉含量过多会影响再生混凝土的强度及耐久性。我国再生骨料标准将其定义为粒径小于75μm的细微颗粒,并对微粉在再生骨料中的含量有严格限定。在机制砂行业,国内普遍使用湿式洗砂机去除微粉,需配套水循环系统,存在着投资高、占地大、处理成本高、二次污染等问题。为解决上述问题,气力分级机与振动风筛等干式设备应运而生,已成为微粉去除工艺技术装备的发展趋势。
  气力分级机可有效去除再生细骨料中的微粉,利用重选和气力分级相结合的原理。物料因重力下落,下落过程中受到一次风力作用,使得骨料与微粉分离,风力带动细小颗粒经过筛网,大于75μm的颗粒被截留,微粉随同空气一并被后续的除尘系统收集;在重力下落的末端,有二次风力作用于物料,使得细小颗粒在蜗壳型腔室内形成旋流,进行二次分离,使得微粉去除更加彻底,如图3所示。
  振动风筛利用振动筛分和气力分级相结合的原理。物料在下落过程中受到垂直于料层的气流作用,微粉被夹带进气流;骨料继续下落,与筛网接触进行振动筛分,期间微粉进一步分离,进入气流;气流夹带微粉有组织的进入后续的除尘系统而被收集;清洁骨料被筛分成不同的粒级,可根据需要调整筛网的数量及孔径。
  2.2 破碎技术及装备
  破碎是建筑垃圾再生骨料生产技术的核心之一,不仅关系到生产能力、功率与能源消耗,更关系到建筑垃圾再生骨料的粒形、粒度分布、粉料率等,都直接影响到再生骨料产品的质量和经济效益。
  物料的破碎方法主要根据物料的物理机械性质、物料块入料的尺寸和所要求的破碎比来选择。建筑垃圾物料强度中等偏软,裂缝较多,破碎方法可以选择挤压式、冲击式破碎,常见的挤压式破碎机有颚式破碎机、圆锥破碎机等,冲击式破碎有反击式破碎机、立式冲击破碎机、锤式破碎机等。
  1)颚式破碎机
  物料的破碎在两块颚板间进行。破碎机的可动颚板绕悬挂轴或可动轴对固定颚板作周期性地往复运动。当可动颚板靠近固定颚板时,位于两颚板间的物料受以挤压为主的作用力而破碎;当可动颚板离开固定颚板时,已破碎的物料在重力作用下由破碎机排料口排出。建筑垃圾破碎工艺中,颚式破碎机通常可用于初级破碎,具有入料粒度大、生产能力高、破碎效率高、损耗低等优点。
  2)圆锥式破碎机
  借助于旋摆运动的圆锥面,周期地靠近固定锥面,使夹于两个锥面间的物料受到挤压和弯曲达到破碎目的。圆锥破碎机可破碎中等和中等硬度以上的各种矿石和岩石,破碎比大、效率高、能耗低,产品粒度均匀。建筑垃圾破碎工艺中,圆锥式破碎机可用于中级破碎和细碎,相较于冲击式破碎,其破碎后产品中粉料含量少,但针片状颗粒含量较高。
  3)反击式破碎机
  利用冲击作用进行破碎,由带有打击板的作高速旋转的转子以及悬挂在机体内的反击板组成。进入破碎机的物料在转子的回转区域内受到打击板的冲击,并被高速抛向反击板,再次受到冲击,又从反击板反弹到打击板上,继续重复上述过程。物料不仅受到打击板、反击板的冲击而被破碎,还有物料之间的相互撞击而被破碎。当物料的粒度小于反击板与打击板之间的间隙时即可被卸出。建筑垃圾破碎工艺中,反击式破碎机常被用作于单段式破碎或与颚式破碎机联合使用,其优点是入料粒度大,破碎效率高,产品粒形好,可减少破碎级数,简化生产流程,但存在损耗高、产品粉料率高、噪音大等问题。
  4)立轴冲击式破碎机
  分料器将物料分成两部分,一部分物料直接进入高速旋转的叶轮内,在离心力的作用下,与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料进行撞击,由此物料在叶轮和机壳中形成涡流式多次相互撞击、摩擦而粉碎。建筑垃圾破碎工艺中,立轴冲击式破碎机具有细碎、粗磨功能,可用于细碎或骨料整形,优点是破碎效率高,通过非破碎物料能力强,受物料水份含量影响小,产品粒形优异,针片状含量极低。
  2.3 筛分技术及装备
  在建筑垃圾再生骨料生产技术中,筛分的功能一般体现在两个方面:一是用于建筑垃圾中渣土等杂物的分离,二是用于破碎后骨料的分级。常用设备主要包括振动筛、滚筒筛、棒条筛等。
  1)振动筛
  按照振动轨迹的不同,可分为圆振动筛和直线振动筛。具有结构简单、处理能力大、筛分效率高、机械性能好等优点。相较于圆振动筛,直线振动筛有较大的加速度,更适用于水分较高、粒度较细物料的筛分。
  2)滚筒筛
  当物料进入滚筒装置后,由于滚筒装置的倾斜与转动,使筛面上的物料翻转与滚动,从而实现筛分功能。滚筒筛具有处理能力大、运行平稳、结构简单、噪声较低、维修方便、筛分效率高等特点。但建筑垃圾的进料粒度有一定要求,一般限定进料粒度300mm以下。
  3)棒条筛
  又称为棒条振动给料机,振动电机为激振源,使机体在弹簧支撑上作强迫振动,并带动物料在料槽上作滑动及抛掷运动,从而使物料不断前移以达到给料的目的。当物料通过槽体出料端的棒条时,小于棒条间隙的物料可透过棒条间隙直接落下,实现渣土筛分的要求,起到预筛分的作用;大于棒条间隙的物料继续前进,由出料端进入下道工序,保证均匀给料。
  2.4 整形强化技术及装备
  破碎工艺生产的再生骨料针片状颗粒较多、表面粗糙且包裹水泥砂浆,再加上混凝土块在破碎过程中在内部产生大量微裂纹,性能劣于天然骨料。因此,国外对破碎后的骨料颗粒进一步进行整形强化处理。
  再生骨料整形强化
  有化学和物理两种方法。化学强化法利用酸液实现骨料强化,处理成本过高,同时存在二次污染风险,尚不具备工业化应用条件。目前,国外广泛采用物理强化法,使用机械设备手段,通过骨料之间的相互撞击、磨削等机械作用除去表面黏附的水泥砂浆和颗粒棱角。物理强化法主要有立式冲击整形法、卧式回转研磨法、加热研磨法等。
  立式冲击整形法
  采用立轴式冲击破碎机通过“料打料”的方式有针对性的破坏针片状颗粒及表面水泥砂浆。卧式回转研磨设备类似于回转窑,机壳内壁上布置有大量的耐磨衬板及锥形体,物料通过不断与机身以及物料相互间的研磨作用,表层附着的砂浆等被去除,强化后的骨料光滑洁净。加热研磨法是将骨料颗粒加热至300-400℃后进行研磨、冲击处理,剥离再生骨料表面的水泥砂浆。
  结束语
  大力推行建筑垃圾资源化处置是可持续发展战略的必然要求和主流趋势,再生骨料制备技术及装备是建筑垃圾资源化处置的关键。不能将再生骨料制备简单的等同于矿山用破碎筛分工艺,通过广泛借鉴吸收国外先进工艺和装备技术,针对中国建筑垃圾基本无源头分类、组分复杂的国情,必须充分考虑分选除杂工艺,通过渣土筛选、人工拣选、风选、磁选、水力浮选等手段,严格控制再生骨料中的微粉含量、泥块含量、杂物含量等,配合颗粒整形、强化等工艺,保证建筑垃圾再生骨料的品质符合国家标准要求,才能实现再生骨料在混凝土、干混砂浆中的应用。
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