【干貨】建筑垃圾資源化處置技術(shù)及裝備綜述

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2016-09-03 10:36:15   來(lái)源：    點(diǎn)擊：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，城市化建設(shè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生了數(shù)量巨大的建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市建筑垃圾年產(chǎn)生量已超過(guò)15億噸。目前，我國(guó)建筑垃圾處置處于初步發(fā)展階段，資源化利用率低，且以回填、制磚等低附加值途徑為主，大部分建筑垃圾仍采用露天堆存、填埋等粗放處理方式，存在占用土地、污染環(huán)境、影響市容衛(wèi)生、導(dǎo)致安全隱患等問(wèn)題。由于建筑垃圾產(chǎn)量巨大，同時(shí)具有資源化屬性，其資源化處理利用亟待產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模推廣，相關(guān)產(chǎn)業(yè)擁有重要的市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇。利用建筑垃圾生產(chǎn)再生骨料，不僅有利于避免堆存占地和環(huán)境污染問(wèn)題，還有利于降低建筑原料使用成本，進(jìn)而減少因砂石資源大量開(kāi)采導(dǎo)致的河道破壞、水土流失和自然景觀惡化等環(huán)境問(wèn)題，一舉多得。

建筑垃圾是一種多組分混合物，除廢混凝土、廢磚瓦等無(wú)機(jī)硬質(zhì)組分外，還含有廢木材、廢瀝青、廢金屬、廢塑料等組分。建筑垃圾須在實(shí)現(xiàn)各組分有效分離的基礎(chǔ)上，分別加以利用：廢金屬可用于鋼鐵冶煉；廢木材、廢塑料等可燃物可用于焚燒發(fā)電；渣土可用于綠化、回填等；廢混凝土、廢磚瓦等主要成分，經(jīng)加工可生產(chǎn)一定級(jí)配的顆粒——再生骨料，可替代天然砂石骨料用于再生混凝土、再生干混砂漿、再生無(wú)機(jī)混合料、再生混凝土制品等綠色建材的生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化處置。

圖1 韓國(guó)某建筑垃圾資源化處置生產(chǎn)線工藝流程

我國(guó)建筑垃圾資源化處置的研究起步較晚，尚未形成完整的工藝技術(shù)體系。為規(guī)范建筑垃圾再生骨料的生產(chǎn)與應(yīng)用，近年來(lái)先后頒布了《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》和《混凝土用再生粗骨料》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)和《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，規(guī)定了再生骨料的分類和規(guī)格、性能指標(biāo)要求、試驗(yàn)檢驗(yàn)方法和規(guī)則、運(yùn)儲(chǔ)及在各類再生建材制品中應(yīng)用的技術(shù)要求。深圳、昆明、天津、滄州等城市開(kāi)展了建筑垃圾資源化處置的試點(diǎn)，但整體生產(chǎn)技術(shù)水平較低，處理手段單一，以傳統(tǒng)砂石料生產(chǎn)工藝和移動(dòng)式成套破碎篩分設(shè)備為主，缺乏系統(tǒng)、有效的除雜設(shè)施，勞動(dòng)強(qiáng)度大，再生骨料產(chǎn)品質(zhì)量較差。

建筑垃圾資源化處置生產(chǎn)再生骨料的工藝區(qū)別于常見(jiàn)的天然砂石骨料的破碎篩分工藝。為滿足國(guó)家產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)工藝在破碎篩分的基礎(chǔ)上，必須充分考慮分選除雜工藝措施，并根據(jù)再生骨料產(chǎn)品的用途，確定骨料整形、強(qiáng)化工藝及微粉去除工藝。

建筑垃圾資源化處置生產(chǎn)再生骨料的工藝一般可劃分為：分選除雜、破碎、篩分、骨料整形強(qiáng)化、再生制品生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。利用再生骨料生產(chǎn)再生混凝土、再生預(yù)拌砂漿、再生無(wú)機(jī)混合料、再生混凝土制品等已形成成熟的技術(shù)及裝備體系。
 

建筑垃圾的分選除雜可分為人工和機(jī)械分選兩種途徑：機(jī)械分選根據(jù)建筑垃圾中雜物在尺寸、磁性、比重等物理特性的不同進(jìn)行高效分離，主要包括篩選、風(fēng)選、磁選、水力浮選等；人工分選主要針對(duì)無(wú)磁性金屬、玻璃、陶瓷等一般機(jī)械手段難以分離的雜物。在建筑垃圾處理過(guò)程中，因其所含雜質(zhì)種類繁雜，除雜過(guò)程往往是多種分選方法并用。

風(fēng)力分選是重力分選的一種常用方法，其以空氣為分選介質(zhì)，在氣流作用下使固體廢物按比重和粒度大小進(jìn)行分選的方法，按氣流作用的方向可分為吸風(fēng)式和鼓風(fēng)式兩種。吸風(fēng)式風(fēng)選原理與除塵器類似，在建筑垃圾輸送或篩分過(guò)程中設(shè)置吸風(fēng)口，利用負(fù)壓實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)物、細(xì)微顆粒等的分離，再經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器、布袋等實(shí)現(xiàn)雜物捕集。鼓風(fēng)式風(fēng)選基本原理是氣流能將較輕的物料向上帶走或水平方向帶向較遠(yuǎn)的地方，而重物料則由于上升氣流不能支持而沉降，或由于慣性在水平方向拋出較近的距離，被氣流帶走的輕物料再進(jìn)一步從氣流中分離出來(lái)。根據(jù)目標(biāo)分離物的不同，吸、出風(fēng)口風(fēng)速一般控制在15-50m/s。

建筑垃圾中的磁性物幾乎全部為混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋，建筑物拆除后，裸露的廢鋼筋、較大體積的鋼板、鋼梁、地腳螺栓等可氣割處理后人工分揀，包裹夾雜在混凝土塊中的廢鋼筋則需要經(jīng)過(guò)破碎處理后，通過(guò)磁選的方法實(shí)現(xiàn)分選。建筑垃圾磁選工藝一般安排在各級(jí)破碎工序之后，以跨帶式磁選機(jī)與永磁滾筒磁選機(jī)相配合的磁選工藝最為常見(jiàn)。

建筑垃圾中混雜的廢塑料、廢木材、廢紙張、加氣混凝土等輕質(zhì)物比重小于水，利用其在水中的可浮性與混凝土、磚瓦等分選。區(qū)別于選礦行業(yè)的浮選工藝，建筑垃圾浮選并不需要添加浮選藥劑改變可浮性，通過(guò)自然可浮性的差別即可實(shí)現(xiàn)分選。建筑垃圾從浮選設(shè)備中部進(jìn)料，不可浮的重質(zhì)物沉入浮選設(shè)備底部的輸送裝置上，由該輸送裝置向一側(cè)運(yùn)出，輸送過(guò)程中一并瀝水；輕質(zhì)雜物浮于水面上，由上部的槳葉裝置從浮選設(shè)備另一側(cè)刮出（如圖2所示）。建筑垃圾浮選的特點(diǎn)是處理能力大，分選效率高，除雜效果好。但由于建筑垃圾中含有一定量的渣土，需配套水循環(huán)系統(tǒng)，定期清除水中的泥沙。為避免泥沙快速堆積，進(jìn)入浮選工藝的建筑垃圾原料中渣土含量不宜過(guò)高，且粒度適中，因此，浮選前應(yīng)進(jìn)行初級(jí)破碎及渣土預(yù)篩分。同時(shí)，浮選應(yīng)與人工揀選、風(fēng)選、磁選等除雜工藝相配合，不宜承擔(dān)過(guò)高的除雜負(fù)荷。

圖2 建筑垃圾水力浮選設(shè)備原理

建筑垃圾再生骨料在破碎、篩分、強(qiáng)化及整形等工藝處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的微粉，再生骨料用于制備混凝土或砂漿時(shí)，微粉含量過(guò)多會(huì)影響再生混凝土的強(qiáng)度及耐久性。我國(guó)再生骨料標(biāo)準(zhǔn)將其定義為粒徑小于75μm的細(xì)微顆粒，并對(duì)微粉在再生骨料中的含量有嚴(yán)格限定。在機(jī)制砂行業(yè)，國(guó)內(nèi)普遍使用濕式洗砂機(jī)去除微粉，需配套水循環(huán)系統(tǒng)，存在著投資高、占地大、處理成本高、二次污染等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，氣力分級(jí)機(jī)與振動(dòng)風(fēng)篩等干式設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，已成為微粉去除工藝技術(shù)裝備的發(fā)展趨勢(shì)。

氣力分級(jí)機(jī)可有效去除再生細(xì)骨料中的微粉，利用重選和氣力分級(jí)相結(jié)合的原理。物料因重力下落，下落過(guò)程中受到一次風(fēng)力作用，使得骨料與微粉分離，風(fēng)力帶動(dòng)細(xì)小顆粒經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)，大于75μm的顆粒被截留，微粉隨同空氣一并被后續(xù)的除塵系統(tǒng)收集；在重力下落的末端，有二次風(fēng)力作用于物料，使得細(xì)小顆粒在蝸殼型腔室內(nèi)形成旋流，進(jìn)行二次分離，使得微粉去除更加徹底，如圖3所示。

圖3 氣力分級(jí)機(jī)原理

振動(dòng)風(fēng)篩利用振動(dòng)篩分和氣力分級(jí)相結(jié)合的原理。物料在下落過(guò)程中受到垂直于料層的氣流作用，微粉被夾帶進(jìn)氣流；骨料繼續(xù)下落，與篩網(wǎng)接觸進(jìn)行振動(dòng)篩分，期間微粉進(jìn)一步分離，進(jìn)入氣流；氣流夾帶微粉有組織的進(jìn)入后續(xù)的除塵系統(tǒng)而被收集；清潔骨料被篩分成不同的粒級(jí)，可根據(jù)需要調(diào)整篩網(wǎng)的數(shù)量及孔徑，如圖4所示。

圖4 振動(dòng)風(fēng)篩原理

破碎是建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)技術(shù)的核心之一，不僅關(guān)系到生產(chǎn)能力、功率與能源消耗，更關(guān)系到建筑垃圾再生骨料的粒形、粒度分布、粉料率等，都直接影響到再生骨料產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

物料的破碎方法主要根據(jù)物料的物理機(jī)械性質(zhì)、物料塊入料的尺寸和所要求的破碎比來(lái)選擇。建筑垃圾物料強(qiáng)度中等偏軟，裂縫較多，破碎方法可以選擇擠壓式、沖擊式破碎，常見(jiàn)的擠壓式破碎機(jī)有顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)等，沖擊式破碎有反擊式破碎機(jī)、立式?jīng)_擊破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)等。
 

物料的破碎在兩塊顎板間進(jìn)行。破碎機(jī)的可動(dòng)顎板繞懸掛軸或可動(dòng)軸對(duì)固定顎板作周期性地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)可動(dòng)顎板靠近固定顎板時(shí)，位于兩顎板間的物料受以擠壓為主的作用力而破碎；當(dāng)可動(dòng)顎板離開(kāi)固定顎板時(shí)，已破碎的物料在重力作用下由破碎機(jī)排料口排出。建筑垃圾破碎工藝中，顎式破碎機(jī)通?？捎糜诔跫?jí)破碎，具有入料粒度大、生產(chǎn)能力高、破碎效率高、損耗低等優(yōu)點(diǎn)。

借助于旋擺運(yùn)動(dòng)的圓錐面，周期地靠近固定錐面，使夾于兩個(gè)錐面間的物料受到擠壓和彎曲達(dá)到破碎目的。圓錐破碎機(jī)可破碎中等和中等硬度以上的各種礦石和巖石，破碎比大、效率高、能耗低，產(chǎn)品粒度均勻。建筑垃圾破碎工藝中，圓錐式破碎機(jī)可用于中級(jí)破碎和細(xì)碎，相較于沖擊式破碎，其破碎后產(chǎn)品中粉料含量少，但針片狀顆粒含量較高。

利用沖擊作用進(jìn)行破碎，由帶有打擊板的作高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子以及懸掛在機(jī)體內(nèi)的反擊板組成。進(jìn)入破碎機(jī)的物料在轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)受到打擊板的沖擊，并被高速拋向反擊板，再次受到?jīng)_擊，又從反擊板反彈到打擊板上，繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程。物料不僅受到打擊板、反擊板的沖擊而被破碎，還有物料之間的相互撞擊而被破碎。當(dāng)物料的粒度小于反擊板與打擊板之間的間隙時(shí)即可被卸出。建筑垃圾破碎工藝中，反擊式破碎機(jī)常被用作于單段式破碎或與顎式破碎機(jī)聯(lián)合使用，其優(yōu)點(diǎn)是入料粒度大，破碎效率高，產(chǎn)品粒形好，可減少破碎級(jí)數(shù)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，但存在損耗高、產(chǎn)品粉料率高、噪音大等問(wèn)題。
 

分料器將物料分成兩部分，一部分物料直接進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪內(nèi)，在離心力的作用下，與另一部分以傘狀形式分流在葉輪四周的物料進(jìn)行撞擊，由此物料在葉輪和機(jī)殼中形成渦流式多次相互撞擊、摩擦而粉碎。建筑垃圾破碎工藝中，立軸沖擊式破碎機(jī)具有細(xì)碎、粗磨功能，可用于細(xì)碎或骨料整形，優(yōu)點(diǎn)是破碎效率高，通過(guò)非破碎物料能力強(qiáng)，受物料水份含量影響小，產(chǎn)品粒形優(yōu)異，針片狀含量極低。

在建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)技術(shù)中，篩分的功能一般體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是用于建筑垃圾中渣土等雜物的分離，二是用于破碎后骨料的分級(jí)。常用設(shè)備主要包括振動(dòng)篩、滾筒篩、棒條篩等。

按照振動(dòng)軌跡的不同，可分為圓振動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理能力大、篩分效率高、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)。相較于圓振動(dòng)篩，直線振動(dòng)篩有較大的加速度，更適用于水分較高、粒度較細(xì)物料的篩分。

當(dāng)物料進(jìn)入滾筒裝置后，由于滾筒裝置的傾斜與轉(zhuǎn)動(dòng)，使篩面上的物料翻轉(zhuǎn)與滾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)篩分功能（如圖5所示）。滾筒篩具有處理能力大、運(yùn)行平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲較低、維修方便、篩分效率高等特點(diǎn)。但建筑垃圾的進(jìn)料粒度有一定要求，一般限定進(jìn)料粒度300mm以下。

圖5 國(guó)外建筑垃圾滾筒篩設(shè)備外型

又稱為棒條振動(dòng)給料機(jī)，振動(dòng)電機(jī)為激振源，使機(jī)體在彈簧支撐上作強(qiáng)迫振動(dòng)，并帶動(dòng)物料在料槽上作滑動(dòng)及拋擲運(yùn)動(dòng)，從而使物料不斷前移以達(dá)到給料的目的。當(dāng)物料通過(guò)槽體出料端的棒條時(shí)，小于棒條間隙的物料可透過(guò)棒條間隙直接落下，實(shí)現(xiàn)渣土篩分的要求，起到預(yù)篩分的作用；大于棒條間隙的物料繼續(xù)前進(jìn)，由出料端進(jìn)入下道工序，保證均勻給料（如圖6所示）。

圖6 棒條篩設(shè)備外型圖

破碎工藝生產(chǎn)的再生骨料針片狀顆粒較多、表面粗糙且包裹水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過(guò)程中在內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋，性能劣于天然骨料。因此，國(guó)外對(duì)破碎后的骨料顆粒進(jìn)一步進(jìn)行整形強(qiáng)化處理。

有化學(xué)和物理兩種方法?；瘜W(xué)強(qiáng)化法利用酸液實(shí)現(xiàn)骨料強(qiáng)化，處理成本過(guò)高，同時(shí)存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)，尚不具備工業(yè)化應(yīng)用條件。目前，國(guó)外廣泛采用物理強(qiáng)化法，使用機(jī)械設(shè)備手段，通過(guò)骨料之間的相互撞擊、磨削等機(jī)械作用除去表面黏附的水泥砂漿和顆粒棱角。物理強(qiáng)化法主要有立式?jīng)_擊整形法、臥式回轉(zhuǎn)研磨法、加熱研磨法等。

采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)通過(guò)“料打料”的方式有針對(duì)性的破壞針片狀顆粒及表面水泥砂漿。臥式回轉(zhuǎn)研磨設(shè)備類似于回轉(zhuǎn)窯，機(jī)殼內(nèi)壁上布置有大量的耐磨襯板及錐形體，物料通過(guò)不斷與機(jī)身以及物料相互間的研磨作用，表層附著的砂漿等被去除，強(qiáng)化后的骨料光滑潔凈，如圖7所示。加熱研磨法是將骨料顆粒加熱至300-400℃后進(jìn)行研磨、沖擊處理，剝離再生骨料表面的水泥砂漿。

圖7 臥式回轉(zhuǎn)研磨設(shè)備外形圖

大力推行建筑垃圾資源化處置是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求和主流趨勢(shì)，再生骨料制備技術(shù)及裝備是建筑垃圾資源化處置的關(guān)鍵。不能將再生骨料制備簡(jiǎn)單的等同于礦山用破碎篩分工藝，通過(guò)廣泛借鑒吸收國(guó)外先進(jìn)工藝和裝備技術(shù)，針對(duì)中國(guó)建筑垃圾基本無(wú)源頭分類、組分復(fù)雜的國(guó)情，必須充分考慮分選除雜工藝，通過(guò)渣土篩選、人工揀選、風(fēng)選、磁選、水力浮選等手段，嚴(yán)格控制再生骨料中的微粉含量、泥塊含量、雜物含量等，配合顆粒整形、強(qiáng)化等工藝，保證建筑垃圾再生骨料的品質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，才能實(shí)現(xiàn)再生骨料在混凝土、干混砂漿中的應(yīng)用。

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