破碎的基础理论
一、破碎的目的
用外力克服固体废物质点间的内聚力而使大块固体废物裂成小块的过程称为破碎；使小块固体废物颗粒分裂成细粉的过程称为磨碎。固体废物破碎的磨碎和磨碎的目的如下：
(1)使固体废物的容积减小，便于运输和贮存。
(2)为固体废物的分选提供所要求的入选粒度，以便有效地回收固体废物中的某种成分。(3)使固体废物的比表面积增加，提高焚烧、热分解、溶融等作业的稳定性和热效率。
(4)为固体废物的下一步加工作准备，例如，煤矸石的制砖、制水泥等，都要求把煤石破碎和磨碎到一定粒度以下，以便进一步加工制备使用。
(5)对破碎后的生活垃圾进行填埋处置时，压实密度高而均匀，可以加快复土还原。
(6)防止粗大、锋利的固体废物损坏分选、焚烧和热解等设备。
二、固体废物的机械强度和破碎方法
(一)固体废物的机械强度
固体废物的机械强度是指固体废物抗破碎的阻力。通常用静载下测定的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度来表示。
其中抗压强度最大，抗剪强度次之，抗弯强度较小，抗拉开强度最小。一般以固体废物的抗压强度为标准来衡量。抗压强度大于50MPa者为坚硬固体废物；40—25MPa者为中硬固体废物；小于25MPa者为软固体废物。固体废物的机械强度与废物颗粒的粒度有关，粒度小的废物颗粒，其宏观和微观裂缝比大粒度颗粒要少，因而机械强度较高。
在实际工程中，鉴于固体废物的硬度在一定程度上反映被破碎的难易程度，因而可以用废物的硬度表示其可碎性。众所周知，矿物的硬度可按莫式硬度分为十级，其硬度从小到大排列如下：(1)滑膏：(2)石膏：(3)方解石；(4)萤石；(5)灰石；(6)长石：(7)石英：(8)黄玉石；(9)刚玉；(10)金刚石。各种固体废物的硬度可通过与这些矿物相比较来确定。
在需要破碎的废物中，大多数呈现脆性，废物在断裂之前的变形很小。但也有一些需要破碎的废物在常温下呈现较高的可塑性，这些废物用传统的破碎机难以破碎，需要采取特殊实施。例如，废橡胶在压力作用下能产生较大的塑性变形而裂，但可利用其低温变脆的性能而有效地破碎。又如破碎金属切削下来的金属屑，压力只能使其压实成团，但不能碎成小片或小条、粉末，必须采用特制的金属切削破碎机进行有效的破碎。
(二)破碎方法
按破碎固体物所用的外力，即消耗能量的形式可公为机械能破碎和非机械能破碎两类方法。机械能破碎是利用破碎工具(如破碎机的齿板、锤子、球磨机的钢球等)对固体废物施力而将其破碎的。非机械能破碎是利用电能、热能等对固体废物进行破碎的新方法，如低温破碎、热力破碎、减压破碎及超声破碎等。
目前广泛应用的是机械能破碎，主要有压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎等方法。
选择破碎方法时，需视固体废物的机械强度，特别是废物的硬度而定。对坚硬物采用挤压破碎和冲击破碎十分有效；对脆性废物则采用劈碎、冲击破碎为宜。
一般破碎机都是由两种或两种以上的破碎方法联合作用对固体废物进行破碎的，例如压碎和折断、冲击破碎和磨碎。
三、破碎比、破碎段与破碎流程
(一)破碎比与破碎段
在破碎过程中，原废物粒度与破碎后产物粒度的比值称为破碎比。破碎比表示废物粒度在破碎过程中减小的倍数，即表示废物被破碎的程度。破碎机的能量消耗和处理能力都与破碎有关。破碎比的计算方法有以下两种：
1．用废物破碎前的最大粒度(Dmax)与破碎后最大粒度(dmax)的比值来确定破碎比(i)i＝Dmax/dmax
用该法确定的破碎比称为极限破碎比，在工程设计中常被采用。根据最大块直径来选择破碎机给料口宽度。
2.用废物破碎前的平均粒度(Dcp)与破碎后平均粒度(dcp)的比值来确定破碎比(i)
i＝Dcp/dcp
该法确定的破碎比称为真实破碎比，能较真实地反映破碎程度，所以，在科研及理论研究中常被采用。
一般破碎机的平均破碎比在3—30之间，磨碎机破碎比可达40—400以上。
团体废物每经过一次破碎机或磨碎机称为一个破碎段，若要求破碎比不大，一段破碎即可满足。但对固体废物的分选，例如，浮选、磁选、电选等工艺来说，由于要求的入选粒度很细，破碎比很大，往往需要把几台破碎机依次串联，或根据需要把破碎机和磨碎机依次串联组成破碎和磨碎流程。对固体废物进行多次(段)破碎，其总破碎比等于各段破碎比(i1，i2，……，in)的乘积，即i＝i1×i2×i3×……×in
破碎段数是决定破碎工艺流程的基本指标，它主要决定破碎废物的原始粒度和最终粒度。破碎段数越多，破碎流程就越复杂，工程投资相应增加，因此，在可能的条件下，应尽量采用一段或两段流程。
(二)破碎流程
根据固体废物的性质、粒度大小，要求的破碎比和破碎机的类型，每段破碎流程可以有不同的组合方式。
1．单纯的破碎流程具有流程和破碎机组合简单、爱作控制方便、占地面积少等优点，但只适用于对破碎产品粒度要求不高的场合。
2．带有预先筛分的破碎流程其特点是预先筛除废物中不需要破碎的细粒，相对地减少了进入破碎机的总给料量，同时有利于节能。
3．带有检查筛分的后两种破碎流程。其特点是能够将破碎产物中一部分大于所要求的产品粒度颗粒分离出来，送回破碎机进行再破碎，因此，可获得全部符合粒度要求的产品。
破碎机
选择破碎机类型时，必须综合考虑下列因素：①所需要的破碎能力；②固体废物的性质(如破碎对形状、硬度、密度、形状、含水率等)和颗粒的大小；③对破碎产品粒径大小、粒度组成、形状的要求；④供料方式：⑤安装爱作场所情况等。破碎固体废物常用的破碎机类型有颚式破碎机、锤式破碎机、冲击式破碎机、剪切式破碎机、辊式破碎机和球磨机等。
一、颚式破碎机
颚式破碎机有简单摆动和复杂摆动两种类型。
(一)简单摆动领式破碎机
简单摆动领式破碎机主要由机架、工作机构、传动机构、保险装置等部分组成。皮带轮带动偏心轴旋转时，偏心顶点牵动连杆上下运动，也就牵动前后推力板作舒张及收缩运动。从而使颚时而靠近固定颚，时而又离开固定颚。动领靠近固定额时京对破碎腔内的物料进行压碎、劈碎及折断。破碎后的物料在动颚后退时靠自重从破碎腔内落下。
(二)复杂摆动颚式破碎机
复杂摆动颚式破碎机从构造上看，复杂摆动颚式破碎机与简单摆动颚式破碎机的区别是少了一根动颚悬挂的心轴，动颚与连杆合为一个部件，没有垂直连杆，肘板也只有一块。可见，复杂摆动领式破碎机构造简单。但动颚的运动却较简单摆动颚式破碎机复杂，动颚在水平方向有摆动，同时在垂直方向也有运动，是一种复杂运动，不失为称复杂摆动颚式破碎机。
复杂摆动颚式破碎机的优点是它的破碎产品较细，破碎比大(一般可达4—8、简摆型只能达3—6)。规格相同时，复摆型比简摆型破碎能力高20—30％。
(三)颚式破碎机的特点及应用
颚式破碎机具有结构简单、坚固、维护方便、高度小、工作可靠等特点。在固体废物破碎处理中，主要用破碎强度及韧性高、腐蚀性强的废物。例如，煤矸石作为沸腾炉燃料，制砖和水泥原料时的破碎等。既可用于粗碎，也可用于中、细碎。二、锤式和冲击式破碎机(一)锤式破碎机
1．锤式破碎机的类型锤式破碎机按转子数目可分为两类：一类是单转子锤式破碎机(只有一个转子)；另一类是双转子破碎机(它有两个作相对回转的转子)。单转子破碎机根据转子的旋转方向，又可分为可逆式(转子可两个方向转动)和不可逆式(转子只能一个方向转动)两种。
其工作原理是固体废物自上部给料口给入机内，立即遭受高速旋转的锤子的打击、冲击、剪切、研磨等作用而被破碎。锤子以铰链方式装在各圆盘之间的销轴上，可以在消轴上摆动。电动机带动主轴、圆盘、销轴和锤子的部件称为转子。在转子的下部设有筛板，破碎物料中小于筛孔尺寸的细粒通过筛板排出：大于筛孔尺寸的粗粒被阻留在筛板上并继续受到锤子的打击和研磨，最后通过筛板排出转子首先向某一个方向旋转，该方向的衬板、筛板和锤子端部就受到磨损。磨损到一定程度后，使转子改为另一方向旋转，利用锤子的另一端及另一个方向的衬板和筛板继续工作，从而继续工作的寿命几乎提高一倍。
锤子是破碎机的工作机件，通常用高锰钢或其它合金钢等制成。由于锤子前端磨损较快，设计时考虑到锤子磨损后能上下或前后调头。
目前专用于破碎固体废物的锤式破碎机有以下几种类型：
(二)半湿式选择性破碎分选的特点
半湿式选择性破碎分选具有以下特点：①能使城市垃圾在一台设备中同时进行破碎和分选作业；②可有效地回收垃圾中的有用物质。从第Ⅰ组产物中可得到纯度为80％的堆肥原料——厨房垃圾；从第Ⅱ组产物中可回收纯度为85—95％的纸类；从第Ⅲ组产物中可得纯度为95％的塑料类，回收废铁纯度达98％；③对进料的适应性好，易破碎的废物首先破碎并及时排出，不会产生过粉碎现象。
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