報廢汽車拆解料磁選尾料中不銹鋼回收方法初探

1.簡介

隨著中國正式邁向汽車大國行列，我國汽車產銷量均呈現持續增長的態勢，國內汽車保有量隨之快速增加，而每年的汽車報廢量也隨之迅速擴大。報廢汽車數量持續穩定的增長為正規報廢汽車拆解企業提供了增量，對于報廢汽車回收拆解行業形成了利好[1-3]。據統計，2018 年我國汽車報廢量達到910 萬輛，市場規模達到730 億元，未來5 年（2018—2022）年均復合增長率約為28.09%，市場規模年均復合增長率約為24.43%，2022 年將達到1750億元。

在資源化回收過程中，報廢汽車在經過破碎后，各類材料已充分解離并處于單體狀態。含量最高的廢鐵，通過多次磁選即可確保較好的回收效果[4,5]。剩余尾料中的材料種類繁雜，如銅、鋁、不銹鋼、塑料、橡膠等，這些材料也具有較高的回收價值。對上述產物的分選，國內外研究機構和企業均做了大量工作，如感應式分選機、X 光反射分選系統、X 光穿射分選系統、3D 成像及顏色識別分選系統和近紅外分選機等系列產品均用于回收報廢汽車破碎產物中的非金屬材料，但上述設備和技術方案處理對象單一，處理量小，嚴重制約了報廢汽車的資源化回收過程。因此，設計開發具有自主知識產權，可從廢鋼破碎尾料中高效回收不銹鋼的分選工藝和設備勢在必行。

本文從報廢汽車破碎產物綠色資源化角度出發，選擇某報廢汽車拆解廠拆解料的磁選尾礦為研究對象，在分析物料組成基礎上，探討采用主動式脈動氣流分選及高梯度磁選方法從磁選尾礦中回收不銹鋼的可行性，為汽車拆解料的資源化循環利用提可行的技術方案。

2.物料性質

報廢汽車拆解料的磁選尾料成分復雜，主要包括不銹鋼、橡膠、塑料、木屑、玻璃等。各組分的形狀差別也較大，呈片狀并具有一定的卷邊結構，存在相互勾連現象，從形貌角度遠比一般礦物復雜。為明確所采集物料的組成，采用手工揀選的方法分別選出不銹鋼、銅鋁和其他非金屬組分（包括塑料、橡膠等）。結果顯示：該尾料中不銹鋼、銅鋁和其他非金屬組分的含量分別為29.47%、13.04%和57.49%，所揀選不銹鋼的最大粒徑達到了100 mm（圖1），后續氣流分選實驗將選用-13mm 的物料，而磁選+氣流分選聯合方法則直接處理全粒級樣品。

圖1 報廢汽車拆解料磁選尾礦中的不銹鋼

3.主動式脈動氣流干法分選實驗

雖然不銹鋼與尾料中其他組分存在密度差異，但片狀結構會對重力場中物料沉降過程產生影響，破壞按照密度差異分選過程。本文實驗選用主動式脈動氣流分選系統，所選用條件如表1 所示。結果表明：在一定氣流速度和給料速度條件下，重產物回收率隨脈動頻率的增加呈先增加后降低的趨勢，即在1.86Hz 時可獲得相對較好的分選效果。而在其他條件固定時，重產物產率、品位和回收率同氣流速度或給料速度的差異較大，主要是因為報廢汽車拆解料的磁選尾料各組分的形狀差異較大，對以密度差異為主導的主動式脈動氣流分選方法產生較大的影響。此外，雖然主動式脈動氣流分選方法可確保重產物中不銹鋼的回收率，但其中仍錯配較多的非金屬組分，導致不銹鋼產品的純度偏低，分選效率需進一步提高，如圖2 所示。

表2 不同實驗條件下，主動式脈動氣流對報廢汽車拆解磁選尾料的分選效果

圖2 主動式脈動氣流分選系統對-13mm 物料的分選產物

4.高梯度磁選分選實驗

除密度差異外，不銹鋼同磁選尾料中的其他組分在磁性方面也有差異。通常，回收報廢汽車拆解料中的廢鐵所用磁選機的磁通量相對較低，一般僅為0.3T，該強度足夠吸引廢鐵。不銹鋼也具有一定磁性，是因為其中含有馬氏體或鐵素體。對普通磁選機而言，較低的磁通量不能對其產生吸附作用。基于此，筆者使用了磁通量為0.6T 的釹硼鐵永磁體對磁選尾礦進行磁選，分選前后物料組成如下圖（圖3 和圖4）。

圖3 -13mm 物料分選前后對比

實驗結果表明，磁通量為0.6T 的釹硼鐵永磁體對從除鐵后物料中分離不銹鋼有著較為明顯的效果，效率可達85%以上。對-13mm 混合物料而言，釹硼鐵永磁體對其中的不銹鋼吸附作用力較大，而對粒度超過50mm 的大塊物料，永磁體雖依然對其有吸引力，但吸附強度不夠，極易脫落。筆者認為主要是兩方面原因：

圖4 +13mm 物料分選前后對比

1、不銹鋼尺寸過大，永磁體對其吸引力較難克服重力，導致容易脫落；

2、部分不銹鋼中馬氏體或鐵素體的含量較低，而奧氏體含量較高，致使磁性較弱，較難吸附。

在初步探索高梯度磁選方法回收報廢汽車拆解料磁選尾礦中不銹鋼的可行性后，筆者設計了加裝稀土永磁磁輥的實驗室皮帶式磁選機，如圖5 所示。經磁通量計測量，該磁輥的最大磁通量約5600 高斯。由于稀土永磁磁輥的磁力線較短，在覆蓋2cm 厚的皮帶后，磁輥的最大磁通量降低至5300 高斯。雖然磁輥在覆蓋皮帶后磁通量會被削弱，但仍能對不銹鋼產生較強的吸引作用，如圖5 所示。

圖5 實驗室高梯度磁選機全貌及其靜態時對不銹鋼的吸附情況

分選實驗中，磁選尾料手動均勻放置到皮帶上，并經其輸送后依次通過稀土永磁磁輥。分選實驗中可調節的參數為皮帶轉速，轉速高，則單位時間通過永磁磁輥的物料量變大，分選時間縮短。為提高分選效率，本環節實驗采用磁選主再選分選工藝，其結果如表2 所示：

在磁輥轉速及線速度較快時，物料運動速度快，與磁輥接觸時間短，導致在粗選階段部分不銹鋼損失。再選階段，不銹鋼均被回收，且其中混雜的非不銹鋼含量有所減少。降低磁輥轉速后，雖然樣品中的不銹鋼與磁輥接觸時間增加，但樣品落入運動速度放緩皮帶上所產生的松散效應減弱，致使主選磁性物的不銹鋼品位降低；由于此條件下樣品與磁輥的接觸時間適當延長，致使磁性物產率提高，不銹鋼回收率仍能得到保證；進一步的降低磁輥轉速，運動皮帶對物料的松散作用削弱，物料間的堆疊現象致使部分非不銹鋼混入磁性物產品中，降低主選磁性物品位。在三種不同皮帶轉速條件下，主選和再選的不銹鋼回收率均相同，表明二次磁選主要發揮去除非不銹鋼組分，提升不銹鋼品位的作用。

表2 高梯度磁選主再選對報廢汽車拆解料磁選尾料的分選結果

5.結論

本文在分析報廢汽車拆解料磁選尾料中所含組分及其含量后，分別采用主動式脈動氣流分選和高梯度磁選開展不銹鋼分選回收。結果顯示：不銹鋼呈片狀并具有一定的卷邊結構，與其他組分存在相互勾連現象；片狀結構會對重力場中物料沉降產生影響，干擾按照密度差異分選過程，導致主動式脈動氣流分選系統在不同的參數組合條件下未能獲得高品位的不銹鋼產品，不同組分間的錯配現象嚴重。高梯度磁選則充分利用不銹鋼和其他組分在磁性上的差異，通過主再選工藝可獲得品位超過80%，回收率超過90%的不銹鋼產品。