王麗娟,王世蘭,王 偉,孫 偉,劉佃彪,盧 濤

（威海市海王旋流器有限公司，山東威海264200）

高爐灰主要由碳和鋅、 鐵等多種元素的自由態(tài)和結(jié)合態(tài)以及復(fù)合物組成，其中以氧化鐵、氧化鋅和氧化鈣等居多，是一種質(zhì)輕、粒微的物質(zhì)，是鋼鐵企業(yè)主要固體排放物之一[1]。高爐灰的產(chǎn)量隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷增加， 出于環(huán)境保護(hù)和資源再利用的角度， 作為固廢的高爐灰的綜合利用越來越受到重視。高爐灰整體粒度較細(xì)，不同區(qū)域的粒度分布不盡相同， 大多情況下-20 μm 顆粒約占30%~40%，-75 μm 顆粒約占70%~80%。 高爐灰中具有利用價值的主要為鋅、鐵和碳：其中原料中含鋅1%~10%不等，鋅主要富集在-20 μm 顆粒內(nèi)，鐵品位大多在25%~30%，碳品位大多在20%~40%，含量較低，主要富集于20 μm 以上顆粒。針對這種情況，本文擬提出一種高爐灰分選再利用系統(tǒng)，先利用水力旋流器對高爐灰進(jìn)行20 μm 分級，分級后產(chǎn)出的鋅產(chǎn)品可回用；再采用螺旋分選機分選出高爐灰中的鐵和碳，分別作為鐵、碳產(chǎn)品進(jìn)行回用，可有效提高爐灰的綜合利用率。

1 螺旋分選機原理

螺旋分選機是一種依靠液流特性， 在重力和離心力的作用下實現(xiàn)不同密度礦物分離的分選設(shè)備，見圖1。 自20 世紀(jì)90 年代初，螺旋分選機開始應(yīng)用于選煤業(yè)，用于分選0.15～3 mm 級粗煤泥[3-4]，其原理為水流中的礦粒在重力、摩擦力、慣性離心力和水流動壓力等作用下松散分層，密度大的礦粒進(jìn)入底層并向內(nèi)緣移動，密度小的礦粒進(jìn)入上層并向外緣運動，直至在螺旋槽表面分成不同的料帶，最后通過截料器將不同密度的礦料分開[5]。螺旋分選機運行原理，如圖2 所示。

圖1 螺旋分選機外形

圖2 螺旋分選機運行原理

2 螺旋分選機分選高爐灰

2.1 可行性分析

高爐灰物料粒度均＜1 mm。 原料中含鋅為1%~10%，含鐵為25%~30%，含碳為20%~40%，其中，鋅主要富集在-20 μm 以下顆粒物中，鐵和碳主要為20 μm 以上顆粒?？紤]到高爐灰中鐵含量較低，而鋼廠回用鐵粉要求鐵品位大于50%，可將螺旋分選機（處理物料粒度范圍為0.02~2.00 mm[6]）應(yīng)用于高爐灰的綜合利用處理工藝中，對其進(jìn)行20 μm 分級。經(jīng)分選處理后，可大大提升高爐灰中的鐵品位，滿足鋼廠回用鐵品位要求。 同時，碳品位也有所提升，可作為高碳產(chǎn)品繼續(xù)回用。 尾礦鐵粉中的含鋅量也得到降低，避免鐵粉中含鋅對高爐產(chǎn)生不利影響，且分級產(chǎn)出的鋅產(chǎn)品可回用。

2.2 工藝流程

螺旋分選機分選高爐灰工藝流程如下：首先將爐灰加水配置成20%~30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的料漿，經(jīng)泵送至螺旋分選機，經(jīng)螺旋分選機處理后，螺旋內(nèi)圈產(chǎn)出高鐵產(chǎn)品。 螺旋尾礦中即外圈中鐵品位降低的同時碳品位有所提高，仍可作為一種產(chǎn)品回用。如需繼續(xù)提升高鐵、高碳產(chǎn)品中的鐵或碳含量，可進(jìn)行多級螺旋分選處理。螺旋分選機分選高爐灰工藝流程，如圖3所示。

圖3 螺旋分選機分選高爐灰工藝流程

2.3 室內(nèi)試驗

為探索螺旋分選機對高爐灰分選的效果， 采用河北某鋼廠的高爐灰進(jìn)行室內(nèi)試驗。 試驗用原料先通過水力旋流器進(jìn)行除鋅處理， 之后采用圖4 所示螺旋分選機進(jìn)行試驗。

圖4 螺旋分選機室內(nèi)試驗平臺

通過調(diào)節(jié)螺旋分選機的分料擋板調(diào)節(jié)出料產(chǎn)品產(chǎn)率，同時也調(diào)節(jié)出料產(chǎn)品中的產(chǎn)品含量。另由于螺旋外圈會帶有部分細(xì)顆粒的鐵和少量鋅，因此在試驗的過程中采用兩級試驗的方式進(jìn)行試驗，采用325 目標(biāo)準(zhǔn)篩對外圈進(jìn)行篩分處理。 具體的試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 螺旋分選機試驗結(jié)果

由表1 可知，原料中鐵品位37.72%，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)26.07%。 經(jīng)過一級螺旋處理后，內(nèi)圈鐵品位可達(dá)到56.07%，外圈碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)29.77%，內(nèi)圈鐵品位較高，可直接作為鐵產(chǎn)品，外圈中鐵品位仍高達(dá)34.72%，仍需進(jìn)行再次分選。取一級螺旋外圈作為二級螺旋入料，經(jīng)過二級螺旋處理后，二級螺旋內(nèi)圈鐵品位為51.10%，二級內(nèi)圈可與一級內(nèi)圈混合作為鐵產(chǎn)品，提高鐵回收率，鐵總回收率為27.80%，總產(chǎn)率為19.48%。 二級螺旋外圈碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.89%，發(fā)熱量為2 929 kcal，可作為高碳產(chǎn)品，經(jīng)篩分過后，脫灰碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)53.57%。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

河北某鐵粉廠采用上述工藝處理高爐灰。 在高爐灰的分選過程中， 首先采用水力旋流器分選出爐灰中細(xì)顆粒的鋅，并將其作為一個高鋅產(chǎn)品，旋流器底流加水稀釋后作為螺旋分選機入料進(jìn)行鐵和碳的分選。現(xiàn)場采用了兩級分選工藝，具體工藝如圖6 所示，旋流器底流作為螺旋分選機入料，一級螺旋產(chǎn)出了高鐵產(chǎn)品和品位較低的粗尾， 粗尾再經(jīng)過二級螺旋的分選產(chǎn)出高鐵產(chǎn)品和精尾， 精尾較原料中碳含量有提升，可作為一種碳產(chǎn)品繼續(xù)回用。

圖5 螺旋分選機現(xiàn)場

圖6 現(xiàn)場兩級分選工藝

現(xiàn)場兩級螺旋分選機采用了海王LXAQ1000 螺旋分選機，單臺處理量15~25 m3/h，入料礦漿質(zhì)量濃度20%~30%，現(xiàn)場穩(wěn)定運行時，對原料中的鐵、碳品位，一級和二級螺旋內(nèi)圈的鐵品位，以及最終鐵和碳產(chǎn)品品位進(jìn)行化驗，化驗結(jié)果見表2。

表2 螺旋分選機現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果 %

對比原料和鐵產(chǎn)品中鐵品位、 碳產(chǎn)品中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 經(jīng)過螺旋分選機處理后最終鐵產(chǎn)品中鐵品位提升了23.39%~25.26%， 碳產(chǎn)品中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升了5.35%~7.69%。鐵產(chǎn)品中鐵品位大多高于50%，鐵回收率在50%~70%。 由此可見，現(xiàn)場螺旋分選機對于分選高爐灰中的鐵和碳效果較好。 由于該現(xiàn)場對鐵和碳產(chǎn)品最終位品要求不高，未采用多級螺旋對鐵和碳產(chǎn)品品位進(jìn)行進(jìn)一步提升。

4 經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)階段高爐灰產(chǎn)出物的大致市場價格見表3。

表3 現(xiàn)階段高爐灰產(chǎn)出物價格

基于實驗室試驗和現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，高爐灰產(chǎn)出物中的高鋅產(chǎn)品、高鐵產(chǎn)品和尾礦（即高碳產(chǎn)品）的產(chǎn)率分別約為30%、30%和40%。根據(jù)爐灰質(zhì)量和運輸距離的不同，高爐灰原料到廠的成本費用20~50 元/t 不等，生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本即人工費和電費約為10 元/t，基于現(xiàn)階段的成本價格和產(chǎn)出物價格，高爐灰分選生產(chǎn)純利潤為24~102 元/t，經(jīng)濟(jì)價值可觀。

5 結(jié)論

1)基于鐵和碳的比重差，螺旋分選機在高爐灰分選再利用系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是用于分選鐵，提高鐵產(chǎn)品中的鐵品位用于回用，同時螺旋尾礦中碳含量有一定提升，可作為高碳產(chǎn)品繼續(xù)回用。

2)室內(nèi)試驗過程中，螺旋分選機分選出的鐵產(chǎn)品品位在50%以上，一級螺旋出鐵產(chǎn)品超過55%，鐵回收率為27.80%，螺旋尾礦作為碳產(chǎn)品中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.89%。

3)現(xiàn)場應(yīng)用過程中，經(jīng)過螺旋分選機處理后最終鐵產(chǎn)品中鐵品位提升了23.39%~25.26%，螺旋尾礦作為碳產(chǎn)品中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升了5.35%~7.69%。鐵產(chǎn)品中鐵品位大多大于50%， 鐵回收率在50%~70%。

4)經(jīng)過脫灰處理后，可進(jìn)一步提升螺旋尾礦即碳產(chǎn)品中的碳含量。

5)基于現(xiàn)階段高爐灰產(chǎn)出物價格，高爐灰分選生產(chǎn)純利潤為24~102 元/t。