郭曉慶，任 彤，陳亞文

(1.上?？屏謬惫こ碳夹g(shù)有限公司，上海 201900；2.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

OG污泥是鋼鐵廠在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中對所排煙塵進(jìn)行濕法除塵后的固體廢物，通常占鋼產(chǎn)量的2%～4%,含鐵量高達(dá)30%～70%，由于目前回收利用技術(shù)有限，資源環(huán)境保護(hù)和清潔生產(chǎn)意識的局限，仍有不少企業(yè)部分塵泥未得到有效回收利用，或未得到合理的回收利用，甚至被拋棄。隨著工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高，其資源化利用已擺上各鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)的工作日程，已成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。因此，對轉(zhuǎn)爐OG污泥中粗顆粒金屬鐵及鐵的氧化物回收技術(shù)進(jìn)行研究，對鋼鐵企業(yè)的固廢資源利用、清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和示范作用。

鋼廠OG粗顆粒污泥主要由金屬鐵(MFe)及其氧化物(FeO,Fe2O3)、Cao、SiO2、ZnO等組成，顆粒度很小。其中MFe及FeO的含量在50%～60%。含F(xiàn)e的物質(zhì)一般均具有被磁鐵吸引的性能，區(qū)別僅在于吸引各種鐵氧化物所需的磁場強(qiáng)度不同而已，可利用磁性選礦設(shè)備加以分選。本文詳細(xì)介紹磁選機(jī)的應(yīng)用，可以將轉(zhuǎn)爐OG污泥中的粗顆粒金屬鐵及鐵的氧化物分離為鐵精粉，描述其工藝路線、回收基本原理、回收設(shè)備介紹及選型計(jì)算，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

1 OG污泥粗顆粒金屬Fe及其氧化物的磁分選流程

工藝流程如圖1所示，虛線框圖為粗顆粒污泥進(jìn)行磁分選回收系統(tǒng)。粗顆粒分離機(jī)如圖2所示。

圖1 粗顆粒金屬Fe的磁分選流程

圖2 粗顆粒分離機(jī)

從煉鋼車間出來的OG污水，從粗顆粒分離機(jī)區(qū)域引出，通過高架水槽流到粗顆粒分離機(jī)頂部進(jìn)水口，當(dāng)OG污水進(jìn)入分離機(jī)大水槽后，污水即減速沉降、在大水槽內(nèi)的橡膠掛簾的阻擋下，污水停留時(shí)間增加了，大部分的水由橡膠掛簾的下部進(jìn)入出水區(qū)，通過出水口排出大水槽。污水中的大顆粒懸浮物則在短時(shí)間內(nèi)(2～5 min)沉降到輸泥槽內(nèi)，通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動螺旋軸，在螺旋的推動下粗顆粒污泥被提升到水面以上時(shí)，由出料口下的排料溜管排出。排料溜管下設(shè)置污泥料倉，污泥料倉下放盛污泥的容器污泥斗。

粗顆粒分離機(jī)分離出來的OG粗顆粒污泥粒度一般大于60 μm，占污泥總量的15%～20%，其含水量在20%～30%。

2 磁選機(jī)的粗泥供給方案

OG粗泥供給方案有二個(gè)：

方案一：采用泥漿濃度調(diào)節(jié)池，可以方便泥漿調(diào)節(jié)濃度，但需要占地面積很大，和多臺設(shè)備進(jìn)行檢測及控制。其工藝路線如下：

粗顆粒分離機(jī)粗顆粒濕泥泥漿濃度調(diào)節(jié)池磁選機(jī)

方案二：直接從粗顆粒分離機(jī)區(qū)域引出輸泥管，此方案是利用泥漿的重力自流或泥漿泵輸送到磁選機(jī)組。OG粗泥的供料口宜在粗顆粒分離機(jī)的中部引出，因?yàn)榇颂幬鬯€是混濁狀態(tài)，顆粒之間還粘結(jié)程度不嚴(yán)重。為了避免OG粗泥沉淀粘結(jié)，可加壓縮空氣管加以攪拌松散。此方案特點(diǎn)設(shè)備組成簡單，但改造有難度且泥漿濃度調(diào)節(jié)比較麻煩。

3 磁選機(jī)分類及工作原理

磁選機(jī)主要有立環(huán)高梯度磁選機(jī)、永磁盤式磁選回收機(jī)、立式雙脈沖振動磁場磁選機(jī)等形式，每種設(shè)備使用場合各有不同，下面重點(diǎn)介紹各種磁選設(shè)備在OG粗泥回收應(yīng)用中的特點(diǎn)。

3.1 立環(huán)高梯度磁選機(jī)

立環(huán)高梯度磁選機(jī)是一種用于弱磁性礦物篩選的強(qiáng)磁選機(jī)。它的磁場強(qiáng)度可調(diào)，達(dá)16 000 Gs，可以滿足OG污泥中FeO及Fe2O3的弱磁性的要求(Fe2O3在10 000 Gs的磁場強(qiáng)度下即可篩選)，其次OG污泥粗顆粒金屬的顆粒度通常在1 mm以下，處于立環(huán)高梯度磁選機(jī)應(yīng)用范圍之內(nèi)(0.075～1.3 mm)。

該磁選機(jī)為濕法磁選，不存在微細(xì)顆粒隨風(fēng)飄揚(yáng)造成二次污染。它的缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)貴，電耗相對較高(即運(yùn)行費(fèi)用高一些 )。

磁選機(jī)主要由高頻振動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)環(huán)、勵磁線圈、上下鐵軛及各種料斗、供水裝置等組成。其系統(tǒng)布置如圖3所示。

立環(huán)高梯度磁選機(jī)的轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)裝有導(dǎo)磁不銹鋼棒介質(zhì)盒或不銹鋼網(wǎng)磁介質(zhì)堆。磁選時(shí)，轉(zhuǎn)環(huán)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，OG泥漿從給料斗給入，并沿上鐵軛縫隙流經(jīng)轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)圓周，因磁介質(zhì)在磁場中被磁化，表面形成高梯度磁場，所以流經(jīng)轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)圓周的OG泥漿中磁性顆粒被吸著在磁介質(zhì)表面，并在轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動時(shí)將其帶至頂部無磁場區(qū)，被沖洗水沖入精料斗中，非磁性顆粒則經(jīng)內(nèi)圓周流至外圓周沿下鐵軛縫隙流入尾礦斗中排出。

圖3 立環(huán)高梯度磁選機(jī)

磁性顆粒物在液體中會很快產(chǎn)生沉降，為了讓磁性顆粒物與磁選機(jī)的磁介質(zhì)多接觸幾次，就必須使磁性顆粒物產(chǎn)生上升運(yùn)動。因此，必須使OG泥漿振動起來，在機(jī)器中設(shè)置了一個(gè)高頻振動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由一個(gè)橡膠皮碗和直線往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。通過橡膠皮碗改變OG泥漿的體積大小，從而使OG泥漿產(chǎn)生脈動。

獨(dú)特磁系結(jié)構(gòu)及優(yōu)化組合的磁介質(zhì)，使磁選機(jī)的給礦粒度上限達(dá)到1.6～2.0 mm，下限達(dá)到0.074 mm，完全適應(yīng)OG粗泥的顆粒度。

當(dāng)OG泥漿液面能浸沒轉(zhuǎn)環(huán)下部的磁介質(zhì)時(shí)，橡膠皮碗在高頻振動箱的驅(qū)動下作往復(fù)運(yùn)動時(shí)，分選室的OG泥漿便在高頻脈動流體力的作用下作上下往復(fù)高頻振蕩，使OG泥漿顆粒在分選過程中始終保持疏松狀態(tài)，使磁性顆粒與非磁性顆粒有效的剝離，從而顯著地提高磁性顆粒精料的品位，并且OG泥漿高頻振蕩可以有效的防止磁介質(zhì)被堵塞。

3.2 永磁盤式磁選回收機(jī)

永磁盤式磁選回收機(jī)屬弱磁磁選機(jī)，它的磁場強(qiáng)度在2 500 Gs以下，可以滿足MFe的磁選需要。磁選機(jī)的磁盤直接與含F(xiàn)e污泥水接觸，強(qiáng)磁性的MFe被吸到磁盤上后采用刮板強(qiáng)制卸除MFe顆粒，立盤將MFe顆粒從水中吸起后加清水沖洗，以便除去粘附在MFe顆粒上的非磁性物質(zhì)(CaO，MgO),設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，電耗相對較低(即運(yùn)行費(fèi)用低)。

永磁盤式磁選機(jī)結(jié)構(gòu)見圖4，磁選機(jī)是由裝在主軸上磁盤、卸料裝置、集料槽、驅(qū)動裝置、帶槽的機(jī)架等部分組成。其工作原理是，OG泥漿從機(jī)槽的一端流入，并通過磁盤與磁盤的縫隙，泥漿中磁性物MFe被吸附在磁盤表面，剩下弱磁性及非磁性泥漿從機(jī)槽另一端流出。磁盤轉(zhuǎn)動，吸附在磁盤表面的磁性物被帶出泥漿液面，當(dāng)進(jìn)入卸料區(qū)時(shí)，由插入磁盤縫隙之間的卸料裝置將磁表面吸附的磁性物拋入集料槽中，由集料槽收集輸出。

圖4 永磁盤式磁選機(jī)

使用這種設(shè)備唯一的問題是磁盤在吸附MFe的同時(shí)，也會將氧化鐵及氧化亞鐵吸附在磁盤上，而且分不開。但對于回收氧化鐵精粉來說，鐵氧化物的混料在冶煉時(shí)非常容易處理。

某鋼廠采用的永磁盤式磁選機(jī)，解決了上述混料問題。該裝置的特點(diǎn)是磁盤與OG泥漿水不接觸，泥漿水通過分流水箱時(shí)，因轉(zhuǎn)動磁盤的磁性作用金屬鐵被吸附到水箱的側(cè)面，然后被刮板括下并收集，而氧化鐵則被沖洗水沖下。該裝置對OG污泥在線處理，可磁選富集金屬鐵(品位77.7%)，金屬鐵回收率達(dá)91%。

3.3 立式雙脈沖振動磁場磁選機(jī)

如圖5所示為立式雙脈沖振動磁場磁選機(jī)，該磁選機(jī)是一種弱磁場電磁式磁重選礦機(jī)，可用于強(qiáng)磁性物的分選提純，它是采用重選+磁選原理，在脈沖振蕩磁場作用下，使磁性鐵物既能充分分散，又能充分團(tuán)聚，另外脈沖沖洗水流的振蕩，使附在鐵及鐵的氧化物表面及磁選機(jī)腔內(nèi)的非磁性物及弱磁性物由上部溢流口排出。強(qiáng)磁性物因重力原因逐漸沉降濃縮并由底部精料口排出。當(dāng)OG泥中強(qiáng)磁性MFe達(dá)到一定量時(shí)，選擇用此設(shè)備可得到品位很高的MFe。

圖5 立式雙脈沖振動磁場磁選機(jī)

4 選型計(jì)算

4.1 立環(huán)高梯度磁選機(jī)處理能力的計(jì)算

粗顆粒濕泥年產(chǎn)量 36 700 t/年(某鋼廠提供的3臺轉(zhuǎn)爐的量)。粗顆粒濕泥日產(chǎn)量按一年作業(yè)300天計(jì)算，每天產(chǎn)量為36 700/300=122.3 t/天。粗顆粒濕泥小時(shí)產(chǎn)量按1天24 h計(jì)算，即122.3/24=5.096 t/h。

供給立環(huán)高梯度磁選機(jī)的OG粗泥漿每小時(shí)粗泥卸料倉粗泥泥漿的含水量約為20%，即泥漿的濃度為80%。而立環(huán)高梯度磁選機(jī)對進(jìn)料泥漿的濃度有要求，通常在10%～40%之間(對鐵礦尾漿濃度要求)，所以須對OG粗泥缷料倉下取出的OG粗泥漿進(jìn)行稀釋，以滿足立環(huán)高梯度磁選機(jī)的需求。如果從粗顆粒分離機(jī)水槽中部區(qū)域引出OG粗泥漿，只要濃度滿足就不必另行稀釋。

忽略泥漿的含水量，泥漿濃度若以10%計(jì)算，則泥漿小時(shí)供應(yīng)量為5.096×10≈50.96 t/h。若以5%計(jì)算，則泥漿小時(shí)供應(yīng)量為5.096×20≈101.92 t/h。

根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)可選立環(huán)直徑為φ1500 mm的高梯度磁選機(jī)，其主要參數(shù)為

立環(huán)外徑×寬度/mmφ1500×600

給料粒度/mm 約1.0

泥漿通過能力/ m3·h-160～100

泥漿濃度 10%～40%

干料處理量/t·h-120～35

激磁功率/kW 38

傳動功率/kW 2×4

沖洗消耗水量/m3·h-150～100

水壓/ MPa 0.5

線圈冷卻水量/m3·h-15

主機(jī)質(zhì)量/kg 21 000

4.2 永磁盤式磁選機(jī)處理能力的計(jì)算

永磁盤式磁選機(jī)最適合于泥漿濃度在5%～40%，以及磁性物含量低的情況下(低于在1%)使用。300 t級的純氧頂吹轉(zhuǎn)爐，冶煉周期約40 min, 也就是說一臺轉(zhuǎn)爐的小時(shí)產(chǎn)鋼量為300/0.66=454 t/h, OG煙氣中粉塵量為454 t/h×2%=9.08 t/h。 OG煙氣凈化直接冷卻水約1 800 m3/h,按平均來算的話OG污泥濃度應(yīng)在0.5%左右。在粗顆粒分離機(jī)上取泥口放得越低，OG污泥濃度越高。若取泥口排出泥漿濃度達(dá)0.5%～2.0%，泥漿流量為450 ～1 800 m3/h。

磁選機(jī)的規(guī)格可按表1及設(shè)備結(jié)構(gòu)的可行性來選取。

表1 磁選機(jī)的選型

上表中同一濃度下，磁盤數(shù)量由泥漿流量和磁盤直徑?jīng)Q定。例如：磁盤直徑φ1 200 mm，通常按照70 m3/h的泥漿流量需要一片磁盤來計(jì)算，OG污泥流量為1 800 m3/h，需要的磁盤數(shù)為25片；磁盤直徑φ1 500 mm，通常按照110 m3/h的泥漿流量需要一片磁盤來計(jì)算，OG污泥流量為1 800 m3/h，需要的磁盤數(shù)為16片；磁盤直徑φ1 700 mm，通常按照180 m3/h的泥漿流量需要一片磁盤來計(jì)算，OG污泥流量為1 800 m3/h，需要的磁盤數(shù)為10片。隨著OG污泥濃度的提高，處理同樣流量的磁盤數(shù)也相應(yīng)的減少。為了提高磁選的回收率，可由多臺盤式磁選機(jī)串聯(lián)組成。

4.3 立式雙脈沖振動磁場磁選機(jī)的選型

立式雙脈沖振動磁場磁選機(jī)，設(shè)備的具體型號是按照精礦(鐵粉)產(chǎn)品的一天產(chǎn)量來選擇的。從上述可知OG煙氣中含鐵粉塵量為每小時(shí)9.08 t/h,折算到天為218 t/天。按照下表選擇直徑為φ1 200 mm的設(shè)備。

表2 雙脈沖振動磁場磁選機(jī)的選型

5 Fe及其氧化物的回收率

OG粗泥Fe及其氧化物的含量一般在50%～60%之間。按照最低50%的含量，即1 000 kg OG粗泥含F(xiàn)e及其氧化物500 kg ,折成64%鐵的品位時(shí)，相當(dāng)于1 000 kg OG粗泥中含有品位64%鐵精粉781 kg。

回收率90%時(shí)，則從1 000 kg OG粗泥中預(yù)期可回收781×0.9=703 kg 64%品位鐵精粉。

年產(chǎn)1 000萬噸鋼時(shí)，它的OG粗泥中就含64%品位精鐵

10 000 000×2%×(15%～20%)×0.703= 21 090～28 120 t

6 投資估算及經(jīng)濟(jì)效益分析

年產(chǎn)1 000萬噸鋼的煉鋼廠回收21 090～28 120 t 64%品位精鐵粉的投資大概在1 200～1 500萬元左右。

鐵精粉的價(jià)格(品位60%)/元·噸-1450

鐵礦石的價(jià)格/元·噸-1350

廢鋼的價(jià)格/元·噸-11 500

OG粗泥的價(jià)格/元·噸-190

1tOG粗泥分離出來的FeO的價(jià)格，比原1tOG粗泥的價(jià)格可以增加約360元，則按全年回收21 090～28 120 t 64%品位精鐵粉來計(jì)算，可以增收約759～1 012萬元。

7 小結(jié)

(1)利用Fe及其氧化物的磁性和OG采用磁選技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)粗泥中Fe及其氧化物的高效回收。

(2)金屬鐵及其氧化物在粗泥中的含量對回收的效益影響很大，F(xiàn)e的含量和轉(zhuǎn)爐冶煉水平及設(shè)備性能有關(guān)，因此，不同鋼廠OG泥的性質(zhì)差異很大，因此考慮選型時(shí)，要先進(jìn)行化驗(yàn)分析及選泥試驗(yàn)，然后根據(jù)可選性及經(jīng)濟(jì)性來確定磁場強(qiáng)度、磁盤數(shù)量等設(shè)備參數(shù)。

通過磁選將OG粗泥中Fe及氧化物回收，對鋼鐵企業(yè)的固廢資源利用、清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和示范作用。符合煉鋼的可持續(xù)發(fā)展的長期戰(zhàn)略目標(biāo)。

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