建筑垃圾加工设备选型及其加工工艺

2018-03-06赵文珅

筑路机械与施工机械化 2018年1期

赵文珅

(云南交通职业技术学院工程机械学院，云南昆明 650031)

0 引言

建筑垃圾物质组成比较复杂，中国现阶段普遍存在的建筑拆除垃圾除砖块、混凝土块外，还混有塑料、木材、纸类、金属等物质。建筑垃圾中的砖瓦、混凝土可以作为筑路原材料，因此建筑垃圾的初步分选主要是将这些可回收利用材料以外的物质从混合物料中分选出来，以保证后续处理的顺利进行，并提高建筑垃圾的回收利用率［1-3］。本文综合考虑建筑垃圾的性质及常用分选方法的技术经济性，结合国内外加工设备与技术现状，确定合适的建筑垃圾加工设备选型方案。

1 建筑垃圾加工设备选型

1.1 给料设备

目前常用的振动给料机有3类:ZSW系列振动给料机、GZT系列振动给料机、自同步惯性振动给料机。根据建筑垃圾的物理特性以及对设备的要求，及其在国内外相关行业的应用现状，建议选用GZT系列振动给料机，具体原因如下。

(1)GZT系列振动给料机结构简单、运行可靠，可把块状、颗粒状物料从料仓均匀、连续地喂料到受料装置中。

(2)在前期的调查中发现，建筑垃圾中存在大块状物料，有的甚至长达1 m左右。自同步惯性振动给料机给料粒度较小，而GZT系列振动给料机给料力度较大，适合处理粒径较大的物料。

(3)建筑垃圾中泥土等细碎物料含量较多，GZT系列振动给料机中独特的筛条设计可使垃圾中较小的物料透过筛条间隙落下，在经过破碎工序之前起到预筛分的作用，从而提高破碎机的粗碎能力以及粒料的洁净程度，为建筑垃圾的再生利用提供保障。

图1为所选用的GZT系列给料设备及其安装位置，采用该型号振动给料机更加适合建筑垃圾加工的现实情况，能在一定程度上避免由于部分混凝土块尺寸过大造成的堵塞。同时，给料机预筛分的功能可以大量除去建筑垃圾中存在的灰土，极大减轻后续设备的处理工作量。

图1 给料设备及安装位置

1.2 破碎设备

破碎作业是建筑垃圾处理过程中的重要环节，通过破碎机减小混凝土块、砖块、石材等的颗粒尺寸，以改善物料的均匀度。结合建筑垃圾粒径差异大的特点，建议在初级破碎时选用反击式破碎机，具体原因如下［4-5］。

(1)反击式破碎机产品粒度均匀，过粉碎现象少。它利用动能来破碎矿石，在碎矿过程中，大块矿石受到较大程度的破碎，但较小颗粒的矿石在一定条件下不被破碎.故破碎产品粒度均匀，过粉碎现象少。

(2)反击式破碎机由大涡旋形破碎腔和F、S、T三段破碎区组成，具有足够的破碎空间，适用于大块物料的破碎。因此，建议采用反击式破碎机作为建筑垃圾的初级破碎设备。

1.3 磁选设备

建筑垃圾中混杂着钢筋等铁磁性物质，在建筑垃圾再生材料生产线中分离出金属物质，不仅可以保证工艺的顺利进行，而且分离出的金属经回炉再加工后可以制成各种规格的钢材。综合考虑建筑垃圾中的含铁情况、除铁要求、使用情况以及除铁器自身的特性，建议选用RCD系列悬挂自卸式除铁器，具体原因如下。

(1)建筑垃圾中含铁量相对较多，手动式除铁器间隔一段时间需断电进行人工处理，耗费人力和时间，故建议选用自卸式除铁器。

(2)建筑垃圾中粉尘含量较多，过多的粉尘会影响除铁器的磁场强度及除铁能力，而RCD系列悬挂自卸式除铁器透磁深度大、吸力强，具有防尘、防雨、耐腐蚀等特点，可在极其恶劣的环境中可靠运行。

1.4 筛分设备

振动筛分设备是实现建筑垃圾的资源化处置不可或缺的工具。将建筑垃圾粉碎后，利用振动筛的筛分功能将不同颗粒的物质区分开来，目前常用的振动筛分设备有直线振动筛和圆振动筛两类［6］。结合建筑垃圾破碎颗粒粒径大小及分级要求，建议选用圆振动筛作为建筑垃圾的筛分设备(图2)，具体原因如下。

图2 圆振动筛

(1)由于圆振动筛激振器布置在筛箱重心的上方，故筛箱两端椭圆长轴成下八字形，且给料端椭圆长轴的上端朝向排料方向，有利于箱机上的物料迅速散开，而排料端椭圆长轴上端逆着排料方向，降低了物料运动速度，有利于难筛物料透筛。

(2)圆弧状的筛面增大了筛机的有效面积，可提高振动筛的处理能力。

(3)圆振动筛采用小振幅、高频率、大倾角结构，筛分效率高，处理能力强，寿命长，电耗低，噪音小。

1.5 风选设备

建筑垃圾中混杂着竹木材、塑料、编织品等轻质材料，采用一定的设备将垃圾中的这些轻质组分分离出来，可以提高再生材料的纯度及建筑垃圾的再利用率。常用的分选设备有卧式风力分选机和立式风力分选机(图3)。综合考虑建筑垃圾的物质组成以及处理要求，建议在资金有限、建筑垃圾处理规模较小时，选用结构简单、成本低的风机作为简易分选设备;当进行建筑垃圾规模化再生利用时，建筑垃圾中泥土含量较多，单用风机作为分选设备会影响工作区域的环境，建议根据对再生材料的要求选用卧式风力分选机或水平气流分选机。

图3 风力分选机

2 建筑垃圾加工技术研究

根据当下城市及郊区建筑垃圾的现状，按照不同类别、规格将建筑垃圾分为大粒径物料、高强度物料、金属材质物料、轻质物料、粉尘;根据对建筑垃圾处理后的规格类别将再生材料划分为:混凝土颗粒、黏土砖瓦颗粒、砂浆颗粒、土［7-8］。

2.1 大粒径加工

为了调查建筑垃圾中大块物料的典型尺寸，对云南省某桥梁拆除垃圾场的建筑垃圾进行现场调查与试验。图4为调查中混凝土结构在拆除后留下的大块物料，经测量这些大块混凝土物料的长度为50～120 cm，宽度为 50～80 cm，高度在20～40 cm 之间，这样的大块物料不经处理无法满足建筑工程建设的再次使用。

图4 拆除垃圾中的大块混凝土物料

旧建筑在拆除过程中通常是通过大型挖掘与振动钻孔拆除机械完成，拆除完成后场地留有大量的大块混凝土物料，因此必须采用相应的破碎工艺将大块物料破碎为需要的粒径范围［9-11］。

2.2 金属材料剔除

建筑垃圾原材料中含有大量的钢筋水泥混凝土块，经过颚式破碎机破碎之后部分钢筋与水泥混凝土发生分离，如果较多的钢筋进入二次破碎或者筛分设备之中，必然对设备造成一定程度上的损伤，缩短设备使用寿命，甚至影响工作效率。建筑垃圾中混杂着铁、氧化铁等附加值较高的磁性物质，采用磁力分选设备可将此类物质磁化，在综合力的作用下磁性物质会逐渐吸附在磁铁上，使其从建筑垃圾混合物中分离开来。磁力分选除铁效率较高，不影响含铁类物质的性能，分离开的铁类物质可由皮带运至指定地点进行二次利用，因此可以采用磁力分选实现建筑垃圾的除铁作业。

对建筑垃圾加工除铁设备进行调研后选用RCD系列除铁器(图5)，RCD系列除铁器在国内有比较广泛的应用，处理效率高、成本低、维修方便是该系列除铁器的主要特点。

图5 建筑垃圾加工除铁设备

2.3 粉尘消除

建筑垃圾中灰土的含量在6%～18%之间，灰土经过破碎之后与集料混合在一起，处于混合料的下层。灰土的强度低，成为再生混凝土强度形成的重大阻碍因素。另一方面，灰土由于面积较大，比集料的表面能高很多，使得灰土极易裹附在集料的表面，大量灰土使得建筑垃圾再生材料在应用过程中受到限制。灰土可以通过风力分选、惯性分选、筛分、水洗等工艺去除。

2.4 轻质材料分离

建筑垃圾中的轻质材料是指密度明显小于砖块、混凝土集料的建筑垃圾成分，如建筑垃圾中的竹木材、塑料、纺织品等。通常采用的分离方法有风力分选和重力分选。

风力分选简单实用，图6为建筑垃圾加工中常用的风力分选方式，这种简易的设备工作模式有利于设备的维修、更换，且相比同类型设备，该设备投资和维护成本低。

图6 轻物质分离设备

2.5 加工方法适用性分析

建筑垃圾中各物料间存在密度的差异，砖块、混凝土块等密度大，而塑料、木屑等轻物质密度较小，将破碎后的建筑垃圾送入运动介质中，在重力、介质动力及机械力的综合作用下，颗粒群出现分散并按密度分层。分层好的物料在运动介质流的推动之下出现相互分离，因此建筑垃圾可以进行重力分选。

风力分选工艺简单，分选精度较高;而惯性分选形成的惯性反旋涡会对流体机械的性能产生负面影响，旋转叶片通道中径向流速不对称，叶片正面径向流速加大，叶片背面径向流速减小，导致分割粒径在一定范围内分散，分级精度指数较大，因此建议采用风力分选工艺剔除建筑垃圾中的轻质物质。

粗细集料的分离是实现建筑垃圾资源化利用的必要途径。建筑垃圾规模化加工再生材料代替天然集料应用于公路建设中，其粒径范围应满足一定的要求，可采用筛分工艺来实现粗细各档粒径集料的分离。

光电分选可用于从建筑垃圾中回收塑料、金属、橡胶等物质，分离精度高［12］。采用光电分选工艺可以一次性从建筑垃圾中分离出铁磁性物质和轻质物料，减少加工场地的占用。光电分选系统是由给料、光检、分离3个子系统组成，其中光检系统包括光源、透镜、光敏元件及电子系统等，结构复杂，设备投资较高;而且建筑垃圾中粉尘含量较多，对光检系统工作的可靠性存在不利的影响。基于建筑垃圾的性质及各工艺技术经济的综合比较，建筑垃圾原料前端分选宜采用磁力分选—风力分选—筛分的分选工艺［13-15］。将磁力分选设置于风力分选之前，可避免含铁物质对后续设备产生干扰和损坏。