磁選機在OG粗泥回收中的應用

郭曉慶，任 彤，陳亞文

(1.上海科林國冶工程技術有限公司，上海 201900；2.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

OG污泥是鋼鐵廠在轉爐生產過程中對所排煙塵進行濕法除塵后的固體廢物，通常占鋼產量的2%～4%,含鐵量高達30%～70%，由于目前回收利用技術有限，資源環境保護和清潔生產意識的局限，仍有不少企業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。隨著工業的發展和環境保護要求的提高，其資源化利用已擺上各鋼鐵企業節能降耗和環境保護的工作日程，已成為實現可持續發展的重要課題。因此，對轉爐OG污泥中粗顆粒金屬鐵及鐵的氧化物回收技術進行研究，對鋼鐵企業的固廢資源利用、清潔生產和節能減排均具有重要的現實意義和示范作用。

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Fe的物質一般均具有被磁鐵吸引的性能，區別僅在于吸引各種鐵氧化物所需的磁場強度不同而已，可利用磁性選礦設備加以分選。本文詳細介紹磁選機的應用，可以將轉爐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、回收設備介紹及選型計算，并進行經濟效益分析。

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行磁分選回收系統。粗顆粒分離機如圖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

從煉鋼車間出來的OG污水，從粗顆粒分離機區域引出，通過高架水槽流到粗顆粒分離機頂部進水口，當OG污水進入分離機大水槽后，污水即減速沉降、在大水槽內的橡膠掛簾的阻擋下，污水停留時間增加了，大部分的水由橡膠掛簾的下部進入出水區，通過出水口排出大水槽。污水中的大顆粒懸浮物則在短時間內(2～5 min)沉降到輸泥槽內，通過驅動機構帶動螺旋軸，在螺旋的推動下粗顆粒污泥被提升到水面以上時，由出料口下的排料溜管排出。排料溜管下設置污泥料倉，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 磁選機的粗泥供給方案

OG粗泥供給方案有二個：

方案一：采用泥漿濃度調節池，可以方便泥漿調節濃度，但需要占地面積很大，和多臺設備進行檢測及控制。其工藝路線如下：

粗顆粒分離機粗顆粒濕泥泥漿濃度調節池磁選機

方案二：直接從粗顆粒分離機區域引出輸泥管，此方案是利用泥漿的重力自流或泥漿泵輸送到磁選機組。OG粗泥的供料口宜在粗顆粒分離機的中部引出，因為此處污水還是混濁狀態，顆粒之間還粘結程度不嚴重。為了避免OG粗泥沉淀粘結，可加壓縮空氣管加以攪拌松散。此方案特點設備組成簡單，但改造有難度且泥漿濃度調節比較麻煩。

3 磁選機分類及工作原理

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

3.1 立環高梯度磁選機

立環高梯度磁選機是一種用于弱磁性礦物篩選的強磁選機。它的磁場強度可調，達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，處于立環高梯度磁選機應用范圍之內(0.075～1.3 mm)。

該磁選機為濕法磁選，不存在微細顆粒隨風飄揚造成二次污染。它的缺點是設備結構復雜，造價貴，電耗相對較高(即運行費用高一些 )。

磁選機主要由高頻振動機構、轉環、勵磁線圈、上下鐵軛及各種料斗、供水裝置等組成。其系統布置如圖3所示。

立環高梯度磁選機的轉環內裝有導磁不銹鋼棒介質盒或不銹鋼網磁介質堆。磁選時，轉環作順時針旋轉，OG泥漿從給料斗給入，并沿上鐵軛縫隙流經轉環內圓周，因磁介質在磁場中被磁化，表面形成高梯度磁場，所以流經轉環內圓周的OG泥漿中磁性顆粒被吸著在磁介質表面，并在轉環轉動時將其帶至頂部無磁場區，被沖洗水沖入精料斗中，非磁性顆粒則經內圓周流至外圓周沿下鐵軛縫隙流入尾礦斗中排出。

圖3 立環高梯度磁選機

磁性顆粒物在液體中會很快產生沉降，為了讓磁性顆粒物與磁選機的磁介質多接觸幾次，就必須使磁性顆粒物產生上升運動。因此，必須使OG泥漿振動起來，在機器中設置了一個高頻振動機構。該機構由一個橡膠皮碗和直線往復運動機構組成。通過橡膠皮碗改變OG泥漿的體積大小，從而使OG泥漿產生脈動。

獨特磁系結構及優化組合的磁介質，使磁選機的給礦粒度上限達到1.6～2.0 mm，下限達到0.074 mm，完全適應OG粗泥的顆粒度。

當OG泥漿液面能浸沒轉環下部的磁介質時，橡膠皮碗在高頻振動箱的驅動下作往復運動時，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高頻振蕩，使OG泥漿顆粒在分選過程中始終保持疏松狀態，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被堵塞。

3.2 永磁盤式磁選回收機

永磁盤式磁選回收機屬弱磁磁選機，它的磁場強度在2 500 Gs以下，可以滿足MFe的磁選需要。磁選機的磁盤直接與含Fe污泥水接觸，強磁性的MFe被吸到磁盤上后采用刮板強制卸除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(CaO，MgO),設備結構簡單，造價低，電耗相對較低(即運行費用低)。

永磁盤式磁選機結構見圖4，磁選機是由裝在主軸上磁盤、卸料裝置、集料槽、驅動裝置、帶槽的機架等部分組成。其工作原理是，OG泥漿從機槽的一端流入，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槽另一端流出。磁盤轉動，吸附在磁盤表面的磁性物被帶出泥漿液面，當進入卸料區時，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

使用這種設備唯一的問題是磁盤在吸附MFe的同時，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非常容易處理。

某鋼廠采用的永磁盤式磁選機，解決了上述混料問題。該裝置的特點是磁盤與OG泥漿水不接觸，泥漿水通過分流水箱時，因轉動磁盤的磁性作用金屬鐵被吸附到水箱的側面，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91%。

3.3 立式雙脈沖振動磁場磁選機

如圖5所示為立式雙脈沖振動磁場磁選機，該磁選機是一種弱磁場電磁式磁重選礦機，可用于強磁性物的分選提純，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腔內的非磁性物及弱磁性物由上部溢流口排出。強磁性物因重力原因逐漸沉降濃縮并由底部精料口排出。當OG泥中強磁性MFe達到一定量時，選擇用此設備可得到品位很高的MFe。

圖5 立式雙脈沖振動磁場磁選機

4 選型計算

4.1 立環高梯度磁選機處理能力的計算

粗顆粒濕泥年產量 36 700 t/年(某鋼廠提供的3臺轉爐的量)。粗顆粒濕泥日產量按一年作業300天計算，每天產量為36 700/300=122.3 t/天。粗顆粒濕泥小時產量按1天24 h計算，即122.3/24=5.096 t/h。

供給立環高梯度磁選機的OG粗泥漿每小時粗泥卸料倉粗泥泥漿的含水量約為20%，即泥漿的濃度為80%。而立環高梯度磁選機對進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粗泥漿進行稀釋，以滿足立環高梯度磁選機的需求。如果從粗顆粒分離機水槽中部區域引出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%計算，則泥漿小時供應量為5.096×10≈50.96 t/h。若以5%計算，則泥漿小時供應量為5.096×20≈101.92 t/h。

根據這個數據可選立環直徑為φ1500 mm的高梯度磁選機，其主要參數為

立環外徑×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

主機質量/kg 21 000

4.2 永磁盤式磁選機處理能力的計算

永磁盤式磁選機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級的純氧頂吹轉爐，冶煉周期約40 min, 也就是說一臺轉爐的小時產鋼量為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污泥濃度應在0.5%左右。在粗顆粒分離機上取泥口放得越低，OG污泥濃度越高。若取泥口排出泥漿濃度達0.5%～2.0%，泥漿流量為450 ～1 800 m3/h。

磁選機的規格可按表1及設備結構的可行性來選取。

表1 磁選機的選型

上表中同一濃度下，磁盤數量由泥漿流量和磁盤直徑決定。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算，OG污泥流量為1 800 m3/h，需要的磁盤數為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算，OG污泥流量為1 800 m3/h，需要的磁盤數為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算，OG污泥流量為1 800 m3/h，需要的磁盤數為10片。隨著OG污泥濃度的提高，處理同樣流量的磁盤數也相應的減少。為了提高磁選的回收率，可由多臺盤式磁選機串聯組成。

4.3 立式雙脈沖振動磁場磁選機的選型

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

表2 雙脈沖振動磁場磁選機的選型

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Fe及其氧化物500 kg ,折成64%鐵的品位時，相當于1 000 kg OG粗泥中含有品位64%鐵精粉781 kg。

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

年產1 000萬噸鋼時，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 投資估算及經濟效益分析

年產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。

鐵精粉的價格(品位60%)/元·噸-1450

鐵礦石的價格/元·噸-1350

廢鋼的價格/元·噸-11 500

OG粗泥的價格/元·噸-190

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

7 小結

(1)利用Fe及其氧化物的磁性和OG采用磁選技術，可實現粗泥中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，Fe的含量和轉爐冶煉水平及設備性能有關，因此，不同鋼廠OG泥的性質差異很大，因此考慮選型時，要先進行化驗分析及選泥試驗，然后根據可選性及經濟性來確定磁場強度、磁盤數量等設備參數。

通過磁選將OG粗泥中Fe及氧化物回收，對鋼鐵企業的固廢資源利用、清潔生產和節能減排均具有重要的現實意義和示范作用。符合煉鋼的可持續發展的長期戰略目標。

[1] 毛瑞，張建良，劉征建，等，鋼鐵流程含鐵塵泥特性及其資源化[J].中南大學學報，2015(03): 774-785.

[2] 林衛凱，姜海燕. 韶鋼120t轉爐OG除塵系統中水處理異常狀況的分析及解決方法[J].南方金屬,2013(06):15-17.

[3] 吳有文，榆鋼燒結OG泥綜合利用實踐[J].酒鋼科技,2016(01):30-33.

[4] 于濤，王玉春，王富慶.污泥球團在轉爐煉鋼中的冶金原理[J].萊鋼科技，2013(06): 27-28.

[5] 郭亮，轉爐除塵物質循環水處理系統的改造[J].鄂鋼科技，2008(01):36-37.

[6] 金亞飚，OG濁循環水處理系統常見的問題和解決的方法[J].冶金動力，2010(04):63-67.

[7] 朱賀民，馬鋼轉爐OG泥綜合利用技術的開發與應用[J].中國冶金，2006(06):50-53.

[8] 王勇，轉爐OG泥處理循環利用工藝探析[J].冶金動力，2016(01):169-171.

[9] 都興亞,于淑娟,侯洪宇.含鐵塵泥冷固球團代替廢鋼試驗研究與實踐[J].中國廢鋼鐵，2014(01):44-48.

[10] 毛瑞,王飛,杜屏,等.基于轉底爐工藝的冶金含鐵塵泥造球試驗研究[J].2017(02):107-111.