磁选机在OG粗泥回收中的应用

2018-06-22郭晓庆陈亚文

重型机械 2018年3期

郭晓庆，任彤，陈亚文

(1.上海科林国冶工程技术有限公司，上海 201900；2.中国重型机械研究院股份公司，陕西西安 710032)

0 前言

OG污泥是钢铁厂在转炉生产过程中对所排烟尘进行湿法除尘后的固体废物，通常占钢产量的2%～4%,含铁量高达30%～70%，由于目前回收利用技术有限，资源环境保护和清洁生产意识的局限，仍有不少企业部分尘泥未得到有效回收利用，或未得到合理的回收利用，甚至被抛弃。随着工业的发展和环境保护要求的提高，其资源化利用已摆上各钢铁企业节能降耗和环境保护的工作日程，已成为实现可持续发展的重要课题。因此，对转炉OG污泥中粗颗粒金属铁及铁的氧化物回收技术进行研究，对钢铁企业的固废资源利用、清洁生产和节能减排均具有重要的现实意义和示范作用。

钢厂OG粗颗粒污泥主要由金属铁(MFe)及其氧化物(FeO,Fe2O3)、Cao、SiO2、ZnO等组成，颗粒度很小。其中MFe及FeO的含量在50%～60%。含Fe的物质一般均具有被磁铁吸引的性能，区别仅在于吸引各种铁氧化物所需的磁场强度不同而已，可利用磁性选矿设备加以分选。本文详细介绍磁选机的应用，可以将转炉OG污泥中的粗颗粒金属铁及铁的氧化物分离为铁精粉，描述其工艺路线、回收基本原理、回收设备介绍及选型计算，并进行经济效益分析。

1 OG污泥粗颗粒金属Fe及其氧化物的磁分选流程

工艺流程如图1所示，虚线框图为粗颗粒污泥进行磁分选回收系统。粗颗粒分离机如图2所示。

图1 粗颗粒金属Fe的磁分选流程

图2 粗颗粒分离机

从炼钢车间出来的OG污水，从粗颗粒分离机区域引出，通过高架水槽流到粗颗粒分离机顶部进水口，当OG污水进入分离机大水槽后，污水即减速沉降、在大水槽内的橡胶挂帘的阻挡下，污水停留时间增加了，大部分的水由橡胶挂帘的下部进入出水区，通过出水口排出大水槽。污水中的大颗粒悬浮物则在短时间内(2～5 min)沉降到输泥槽内，通过驱动机构带动螺旋轴，在螺旋的推动下粗颗粒污泥被提升到水面以上时，由出料口下的排料溜管排出。排料溜管下设置污泥料仓，污泥料仓下放盛污泥的容器污泥斗。

粗颗粒分离机分离出来的OG粗颗粒污泥粒度一般大于60 μm，占污泥总量的15%～20%，其含水量在20%～30%。

2 磁选机的粗泥供给方案

OG粗泥供给方案有二个：

方案一：采用泥浆浓度调节池，可以方便泥浆调节浓度，但需要占地面积很大，和多台设备进行检测及控制。其工艺路线如下：

粗颗粒分离机粗颗粒湿泥泥浆浓度调节池磁选机

方案二：直接从粗颗粒分离机区域引出输泥管，此方案是利用泥浆的重力自流或泥浆泵输送到磁选机组。OG粗泥的供料口宜在粗颗粒分离机的中部引出，因为此处污水还是混浊状态，颗粒之间还粘结程度不严重。为了避免OG粗泥沉淀粘结，可加压缩空气管加以搅拌松散。此方案特点设备组成简单，但改造有难度且泥浆浓度调节比较麻烦。

3 磁选机分类及工作原理

磁选机主要有立环高梯度磁选机、永磁盘式磁选回收机、立式双脉冲振动磁场磁选机等形式，每种设备使用场合各有不同，下面重点介绍各种磁选设备在OG粗泥回收应用中的特点。

3.1 立环高梯度磁选机

立环高梯度磁选机是一种用于弱磁性矿物筛选的强磁选机。它的磁场强度可调，达16 000 Gs，可以满足OG污泥中FeO及Fe2O3的弱磁性的要求(Fe2O3在10 000 Gs的磁场强度下即可筛选)，其次OG污泥粗颗粒金属的颗粒度通常在1 mm以下，处于立环高梯度磁选机应用范围之内(0.075～1.3 mm)。

该磁选机为湿法磁选，不存在微细颗粒随风飘扬造成二次污染。它的缺点是设备结构复杂，造价贵，电耗相对较高(即运行费用高一些 )。

磁选机主要由高频振动机构、转环、励磁线圈、上下铁轭及各种料斗、供水装置等组成。其系统布置如图3所示。

立环高梯度磁选机的转环内装有导磁不锈钢棒介质盒或不锈钢网磁介质堆。磁选时，转环作顺时针旋转，OG泥浆从给料斗给入，并沿上铁轭缝隙流经转环内圆周，因磁介质在磁场中被磁化，表面形成高梯度磁场，所以流经转环内圆周的OG泥浆中磁性颗粒被吸着在磁介质表面，并在转环转动时将其带至顶部无磁场区，被冲洗水冲入精料斗中，非磁性颗粒则经内圆周流至外圆周沿下铁轭缝隙流入尾矿斗中排出。

图3 立环高梯度磁选机

磁性颗粒物在液体中会很快产生沉降，为了让磁性颗粒物与磁选机的磁介质多接触几次，就必须使磁性颗粒物产生上升运动。因此，必须使OG泥浆振动起来，在机器中设置了一个高频振动机构。该机构由一个橡胶皮碗和直线往复运动机构组成。通过橡胶皮碗改变OG泥浆的体积大小，从而使OG泥浆产生脉动。

独特磁系结构及优化组合的磁介质，使磁选机的给矿粒度上限达到1.6～2.0 mm，下限达到0.074 mm，完全适应OG粗泥的颗粒度。

当OG泥浆液面能浸没转环下部的磁介质时，橡胶皮碗在高频振动箱的驱动下作往复运动时，分选室的OG泥浆便在高频脉动流体力的作用下作上下往复高频振荡，使OG泥浆颗粒在分选过程中始终保持疏松状态，使磁性颗粒与非磁性颗粒有效的剥离，从而显著地提高磁性颗粒精料的品位，并且OG泥浆高频振荡可以有效的防止磁介质被堵塞。

3.2 永磁盘式磁选回收机

永磁盘式磁选回收机属弱磁磁选机，它的磁场强度在2 500 Gs以下，可以满足MFe的磁选需要。磁选机的磁盘直接与含Fe污泥水接触，强磁性的MFe被吸到磁盘上后采用刮板强制卸除MFe颗粒，立盘将MFe颗粒从水中吸起后加清水冲洗，以便除去粘附在MFe颗粒上的非磁性物质(CaO，MgO),设备结构简单，造价低，电耗相对较低(即运行费用低)。

永磁盘式磁选机结构见图4，磁选机是由装在主轴上磁盘、卸料装置、集料槽、驱动装置、带槽的机架等部分组成。其工作原理是，OG泥浆从机槽的一端流入，并通过磁盘与磁盘的缝隙，泥浆中磁性物MFe被吸附在磁盘表面，剩下弱磁性及非磁性泥浆从机槽另一端流出。磁盘转动，吸附在磁盘表面的磁性物被带出泥浆液面，当进入卸料区时，由插入磁盘缝隙之间的卸料装置将磁表面吸附的磁性物抛入集料槽中，由集料槽收集输出。

图4 永磁盘式磁选机

使用这种设备唯一的问题是磁盘在吸附MFe的同时，也会将氧化铁及氧化亚铁吸附在磁盘上，而且分不开。但对于回收氧化铁精粉来说，铁氧化物的混料在冶炼时非常容易处理。

某钢厂采用的永磁盘式磁选机，解决了上述混料问题。该装置的特点是磁盘与OG泥浆水不接触，泥浆水通过分流水箱时，因转动磁盘的磁性作用金属铁被吸附到水箱的侧面，然后被刮板括下并收集，而氧化铁则被冲洗水冲下。该装置对OG污泥在线处理，可磁选富集金属铁(品位77.7%)，金属铁回收率达91%。

3.3 立式双脉冲振动磁场磁选机

如图5所示为立式双脉冲振动磁场磁选机，该磁选机是一种弱磁场电磁式磁重选矿机，可用于强磁性物的分选提纯，它是采用重选+磁选原理，在脉冲振荡磁场作用下，使磁性铁物既能充分分散，又能充分团聚，另外脉冲冲洗水流的振荡，使附在铁及铁的氧化物表面及磁选机腔内的非磁性物及弱磁性物由上部溢流口排出。强磁性物因重力原因逐渐沉降浓缩并由底部精料口排出。当OG泥中强磁性MFe达到一定量时，选择用此设备可得到品位很高的MFe。

图5 立式双脉冲振动磁场磁选机

4 选型计算

4.1 立环高梯度磁选机处理能力的计算

粗颗粒湿泥年产量 36 700 t/年(某钢厂提供的3台转炉的量)。粗颗粒湿泥日产量按一年作业300天计算，每天产量为36 700/300=122.3 t/天。粗颗粒湿泥小时产量按1天24 h计算，即122.3/24=5.096 t/h。

供给立环高梯度磁选机的OG粗泥浆每小时粗泥卸料仓粗泥泥浆的含水量约为20%，即泥浆的浓度为80%。而立环高梯度磁选机对进料泥浆的浓度有要求，通常在10%～40%之间(对铁矿尾浆浓度要求)，所以须对OG粗泥缷料仓下取出的OG粗泥浆进行稀释，以满足立环高梯度磁选机的需求。如果从粗颗粒分离机水槽中部区域引出OG粗泥浆，只要浓度满足就不必另行稀释。

忽略泥浆的含水量，泥浆浓度若以10%计算，则泥浆小时供应量为5.096×10≈50.96 t/h。若以5%计算，则泥浆小时供应量为5.096×20≈101.92 t/h。

根据这个数据可选立环直径为φ1500 mm的高梯度磁选机，其主要参数为

立环外径×宽度/mmφ1500×600

给料粒度/mm 约1.0

泥浆通过能力/ m3·h-160～100

泥浆浓度 10%～40%

干料处理量/t·h-120～35

激磁功率/kW 38

传动功率/kW 2×4

冲洗消耗水量/m3·h-150～100

水压/ MPa 0.5

线圈冷却水量/m3·h-15

主机质量/kg 21 000

4.2 永磁盘式磁选机处理能力的计算

永磁盘式磁选机最适合于泥浆浓度在5%～40%，以及磁性物含量低的情况下(低于在1%)使用。300 t级的纯氧顶吹转炉，冶炼周期约40 min, 也就是说一台转炉的小时产钢量为300/0.66=454 t/h, OG烟气中粉尘量为454 t/h×2%=9.08 t/h。 OG烟气净化直接冷却水约1 800 m3/h,按平均来算的话OG污泥浓度应在0.5%左右。在粗颗粒分离机上取泥口放得越低，OG污泥浓度越高。若取泥口排出泥浆浓度达0.5%～2.0%，泥浆流量为450 ～1 800 m3/h。

磁选机的规格可按表1及设备结构的可行性来选取。

表1 磁选机的选型

上表中同一浓度下，磁盘数量由泥浆流量和磁盘直径决定。例如：磁盘直径φ1 200 mm，通常按照70 m3/h的泥浆流量需要一片磁盘来计算，OG污泥流量为1 800 m3/h，需要的磁盘数为25片；磁盘直径φ1 500 mm，通常按照110 m3/h的泥浆流量需要一片磁盘来计算，OG污泥流量为1 800 m3/h，需要的磁盘数为16片；磁盘直径φ1 700 mm，通常按照180 m3/h的泥浆流量需要一片磁盘来计算，OG污泥流量为1 800 m3/h，需要的磁盘数为10片。随着OG污泥浓度的提高，处理同样流量的磁盘数也相应的减少。为了提高磁选的回收率，可由多台盘式磁选机串联组成。