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2016-09-03 10:36:15 來源： 點擊：
前 言
隨著我國經濟社會的迅速發展，城市化建設開發產生了數量巨大的建筑垃圾。據統計，我國城市建筑垃圾年產生量已超過15億噸。目前，我國建筑垃圾處置處于初步發展階段，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、污染環境、影響市容衛生、導致安全隱患等問題。由于建筑垃圾產量巨大，同時具有資源化屬性，其資源化處理利用亟待產業化大規模推廣，相關產業擁有重要的市場發展機遇。利用建筑垃圾生產再生骨料，不僅有利于避免堆存占地和環境污染問題，還有利于降低建筑原料使用成本，進而減少因砂石資源大量開采導致的河道破壞、水土流失和自然景觀惡化等環境問題，一舉多得。
建筑垃圾是一種多組分混合物，除廢混凝土、廢磚瓦等無機硬質組分外，還含有廢木材、廢瀝青、廢金屬、廢塑料等組分。建筑垃圾須在實現各組分有效分離的基礎上，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電；渣土可用于綠化、回填等；廢混凝土、廢磚瓦等主要成分，經加工可生產一定級配的顆粒——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、再生無機混合料、再生混凝土制品等綠色建材的生產，從而實現建筑垃圾的資源化處置。
圖1 韓國某建筑垃圾資源化處置生產線工藝流程
我國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體系。為規范建筑垃圾再生骨料的生產與應用，近年來先后頒布了《混凝土和砂漿用再生細骨料》和《混凝土用再生粗骨料》兩項標準和《再生骨料應用技術規程》，規定了再生骨料的分類和規格、性能指標要求、試驗檢驗方法和規則、運儲及在各類再生建材制品中應用的技術要求。深圳、昆明、天津、滄州等城市開展了建筑垃圾資源化處置的試點，但整體生產技術水平較低，處理手段單一，以傳統砂石料生產工藝和移動式成套破碎篩分設備為主，缺乏系統、有效的除雜設施，勞動強度大，再生骨料產品質量較差。
建筑垃圾資源化處置生產再生骨料的工藝區別于常見的天然砂石骨料的破碎篩分工藝。為滿足國家產品質量標準要求，建筑垃圾再生骨料生產工藝在破碎篩分的基礎上，必須充分考慮分選除雜工藝措施，并根據再生骨料產品的用途，確定骨料整形、強化工藝及微粉去除工藝。
建筑垃圾資源化處置技術及裝備
建筑垃圾資源化處置生產再生骨料的工藝一般可劃分為：分選除雜、破碎、篩分、骨料整形強化、再生制品生產等環節。利用再生骨料生產再生混凝土、再生預拌砂漿、再生無機混合料、再生混凝土制品等已形成成熟的技術及裝備體系。
2.1 分選除雜技術及裝備
建筑垃圾的分選除雜可分為人工和機械分選兩種途徑：機械分選根據建筑垃圾中雜物在尺寸、磁性、比重等物理特性的不同進行高效分離，主要包括篩選、風選、磁選、水力浮選等；人工分選主要針對無磁性金屬、玻璃、陶瓷等一般機械手段難以分離的雜物。在建筑垃圾處理過程中，因其所含雜質種類繁雜，除雜過程往往是多種分選方法并用。
1）風選
風力分選是重力分選的一種常用方法，其以空氣為分選介質，在氣流作用下使固體廢物按比重和粒度大小進行分選的方法，按氣流作用的方向可分為吸風式和鼓風式兩種。吸風式風選原理與除塵器類似，在建筑垃圾輸送或篩分過程中設置吸風口，利用負壓實現輕質物、細微顆粒等的分離，再經過旋風除塵器、布袋等實現雜物捕集。鼓風式風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一步從氣流中分離出來。根據目標分離物的不同，吸、出風口風速一般控制在15-50m/s。
2）磁選
建筑垃圾中的磁性物幾乎全部為混凝土建筑結構中的鋼筋，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過破碎處理后，通過磁選的方法實現分選。建筑垃圾磁選工藝一般安排在各級破碎工序之后，以跨帶式磁選機與永磁滾筒磁選機相配合的磁選工藝最為常見。
3）水力浮選
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。區別于選礦行業的浮選工藝，建筑垃圾浮選并不需要添加浮選藥劑改變可浮性，通過自然可浮性的差別即可實現分選。建筑垃圾從浮選設備中部進料，不可浮的重質物沉入浮選設備底部的輸送裝置上，由該輸送裝置向一側運出，輸送過程中一并瀝水；輕質雜物浮于水面上，由上部的槳葉裝置從浮選設備另一側刮出（如圖2所示）。建筑垃圾浮選的特點是處理能力大，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，需配套水循環系統，定期清除水中的泥沙。為避免泥沙快速堆積，進入浮選工藝的建筑垃圾原料中渣土含量不宜過高，且粒度適中，因此，浮選前應進行初級破碎及渣土預篩分。同時，浮選應與人工揀選、風選、磁選等除雜工藝相配合，不宜承擔過高的除雜負荷。
圖2 建筑垃圾水力浮選設備原理
4）微粉去除
建筑垃圾再生骨料在破碎、篩分、強化及整形等工藝處理時，會產生一定量的微粉，再生骨料用于制備混凝土或砂漿時，微粉含量過多會影響再生混凝土的強度及耐久性。我國再生骨料標準將其定義為粒徑小于75μm的細微顆粒，并對微粉在再生骨料中的含量有嚴格限定。在機制砂行業，國內普遍使用濕式洗砂機去除微粉，需配套水循環系統，存在著投資高、占地大、處理成本高、二次污染等問題。為解決上述問題，氣力分級機與振動風篩等干式設備應運而生，已成為微粉去除工藝技術裝備的發展趨勢。
氣力分級機可有效去除再生細骨料中的微粉，利用重選和氣力分級相結合的原理。物料因重力下落，下落過程中受到一次風力作用，使得骨料與微粉分離，風力帶動細小顆粒經過篩網，大于75μm的顆粒被截留，微粉隨同空氣一并被后續的除塵系統收集；在重力下落的末端，有二次風力作用于物料，使得細小顆粒在蝸殼型腔室內形成旋流，進行二次分離，使得微粉去除更加徹底，如圖3所示。
圖3 氣力分級機原理
振動風篩利用振動篩分和氣力分級相結合的原理。物料在下落過程中受到垂直于料層的氣流作用，微粉被夾帶進氣流；骨料繼續下落，與篩網接觸進行振動篩分，期間微粉進一步分離，進入氣流；氣流夾帶微粉有組織的進入后續的除塵系統而被收集；清潔骨料被篩分成不同的粒級，可根據需要調整篩網的數量及孔徑，如圖4所示。
圖4 振動風篩原理
2.2 破碎技術及裝備
破碎是建筑垃圾再生骨料生產技術的核心之一，不僅關系到生產能力、功率與能源消耗，更關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品的質量和經濟效益。
物料的破碎方法主要根據物料的物理機械性質、物料塊入料的尺寸和所要求的破碎比來選擇。建筑垃圾物料強度中等偏軟，裂縫較多，破碎方法可以選擇擠壓式、沖擊式破碎，常見的擠壓式破碎機有顎式破碎機、圓錐破碎機等，沖擊式破碎有反擊式破碎機、立式沖擊破碎機、錘式破碎機等。
1）顎式破碎機
物料的破碎在兩塊顎板間進行。破碎機的可動顎板繞懸掛軸或可動軸對固定顎板作周期性地往復運動。當可動顎板靠近固定顎板時，位于兩顎板間的物料受以擠壓為主的作用力而破碎；當可動顎板離開固定顎板時，已破碎的物料在重力作用下由破碎機排料口排出。建筑垃圾破碎工藝中，顎式破碎機通常可用于初級破碎，具有入料粒度大、生產能力高、破碎效率高、損耗低等優點。
2）圓錐式破碎機
借助于旋擺運動的圓錐面，周期地靠近固定錐面，使夾于兩個錐面間的物料受到擠壓和彎曲達到破碎目的。圓錐破碎機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，產品粒度均勻。建筑垃圾破碎工藝中，圓錐式破碎機可用于中級破碎和細碎，相較于沖擊式破碎，其破碎后產品中粉料含量少，但針片狀顆粒含量較高。
3）反擊式破碎機
利用沖擊作用進行破碎，由帶有打擊板的作高速旋轉的轉子以及懸掛在機體內的反擊板組成。進入破碎機的物料在轉子的回轉區域內受到打擊板的沖擊，并被高速拋向反擊板，再次受到沖擊，又從反擊板反彈到打擊板上，繼續重復上述過程。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。當物料的粒度小于反擊板與打擊板之間的間隙時即可被卸出。建筑垃圾破碎工藝中，反擊式破碎機常被用作于單段式破碎或與顎式破碎機聯合使用，其優點是入料粒度大，破碎效率高，產品粒形好，可減少破碎級數，簡化生產流程，但存在損耗高、產品粉料率高、噪音大等問題。
4）立軸沖擊式破碎機
分料器將物料分成兩部分，一部分物料直接進入高速旋轉的葉輪內，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行撞擊，由此物料在葉輪和機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，立軸沖擊式破碎機具有細碎、粗磨功能，可用于細碎或骨料整形，優點是破碎效率高，通過非破碎物料能力強，受物料水份含量影響小，產品粒形優異，針片狀含量極低。
2.3 篩分技術及裝備
在建筑垃圾再生骨料生產技術中，篩分的功能一般體現在兩個方面：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。常用設備主要包括振動篩、滾筒篩、棒條篩等。
1）振動篩
按照振動軌跡的不同，可分為圓振動篩和直線振動篩。具有結構簡單、處理能力大、篩分效率高、機械性能好等優點。相較于圓振動篩，直線振動篩有較大的加速度，更適用于水分較高、粒度較細物料的篩分。
2）滾筒篩
當物料進入滾筒裝置后，由于滾筒裝置的傾斜與轉動，使篩面上的物料翻轉與滾動，從而實現篩分功能（如圖5所示）。滾筒篩具有處理能力大、運行平穩、結構簡單、噪聲較低、維修方便、篩分效率高等特點。但建筑垃圾的進料粒度有一定要求，一般限定進料粒度300mm以下。
圖5 國外建筑垃圾滾筒篩設備外型
3）棒條篩
又稱為棒條振動給料機，振動電機為激振源，使機體在彈簧支撐上作強迫振動，并帶動物料在料槽上作滑動及拋擲運動，從而使物料不斷前移以達到給料的目的。當物料通過槽體出料端的棒條時，小于棒條間隙的物料可透過棒條間隙直接落下，實現渣土篩分的要求，起到預篩分的作用；大于棒條間隙的物料繼續前進，由出料端進入下道工序，保證均勻給料（如圖6所示）。
圖6 棒條篩設備外型圖
2.4 整形強化技術及裝備
破碎工藝生產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程中在內部產生大量微裂紋，性能劣于天然骨料。因此，國外對破碎后的骨料顆粒進一步進行整形強化處理。
再生骨料整形強化
有化學和物理兩種方法。化學強化法利用酸液實現骨料強化，處理成本過高，同時存在二次污染風險，尚不具備工業化應用條件。目前，國外廣泛采用物理強化法，使用機械設備手段，通過骨料之間的相互撞擊、磨削等機械作用除去表面黏附的水泥砂漿和顆粒棱角。物理強化法主要有立式沖擊整形法、臥式回轉研磨法、加熱研磨法等。
立式沖擊整形法
采用立軸式沖擊破碎機通過“料打料”的方式有針對性的破壞針片狀顆粒及表面水泥砂漿。臥式回轉研磨設備類似于回轉窯，機殼內壁上布置有大量的耐磨襯板及錐形體，物料通過不斷與機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 臥式回轉研磨設備外形圖
結束語
大力推行建筑垃圾資源化處置是可持續發展戰略的必然要求和主流趨勢，再生骨料制備技術及裝備是建筑垃圾資源化處置的關鍵。不能將再生骨料制備簡單的等同于礦山用破碎篩分工藝，通過廣泛借鑒吸收國外先進工藝和裝備技術，針對中國建筑垃圾基本無源頭分類、組分復雜的國情，必須充分考慮分選除雜工藝，通過渣土篩選、人工揀選、風選、磁選、水力浮選等手段，嚴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、強化等工藝，保證建筑垃圾再生骨料的品質符合國家標準要求，才能實現再生骨料在混凝土、干混砂漿中的應用。
