一种粉煤灰磁风联合选铁设备及其使用方法与流程

本发明属于固废资源利用和钢铁冶金技术领域，特别是一种粉煤灰磁风联合选铁设备及其使用方法。

背景技术：

粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物。据统计，每燃烧1吨煤就能产生100～300kg的粉煤灰。粉煤灰堆存不仅占用大量耕地，消耗大量冲灰用水，而且粉煤灰的二次扬尘对环境造成了严重危害。煤炭中含有黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、砷黄铁矿、菱铁矿、石膏等矿物，在煤粉燃烧过程中这些矿物受到1450℃左右的高温而发生分解和转变，进入到粉煤灰中的铁主要以赤铁矿、磁铁矿和硅酸铁的形式存在。粉煤灰中铁品位一般为7～15%，可采用简单的磁选方法进行选铁。

目前，我国几乎所有的Fe₂O₃都是从铁矿石中提取的，虽然我国铁矿石储量较大，但已探明的优质铁矿石储量有限，大部分是难选低品位铁矿石，如果能将粉煤灰中的Fe₂O₃以高效、低耗的形式加以利用，不但能缓解社会快速发展对Fe₂O₃的需求量，解决粉煤灰对土地占用和环境污染的问题，而且可减少对铁矿石资源的开采，使粉煤灰成为一种廉价的再生资源。

煤粉在燃烧过程中，开始燃烧时气化温度较低的挥发分首先从矿物质与固定碳之间的缝隙逸出，使粉煤灰变为多孔性碳粒，此时煤灰及颗粒的状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但其孔洞较多其比表面积很大。随着煤粉中多孔碳粒有机质的完全燃烧和温度升高，其中的矿物质将脱水、氧化、分解成无机氧化物，煤灰颗粒变为多孔的玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔碳粒相同，但其比表面积明显小于多孔碳粒。随着煤粉的进一步燃烧，多孔玻璃体逐渐熔融收缩形成颗粒，其孔隙率不断降低，颗粒圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃体转变为一粒径较小、密度较高的密实球体，颗粒比表面积下降到最小。

粉煤灰的组成及性质：（1）粉煤灰中主要氧化物有：SiO₂、AI₂0₃、FeO+Fe₂0₃、CaO、MgO、Ti0₂、Na₂0、K₂0、S0₃、Mn0₂等，此外还有P₂0₅等。（2）粉煤灰是玻璃体、结晶体及少量未燃碳粒组成的复合结构混合体，其中玻璃体包括形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃球、光滑的球体形玻璃体粒子等。一般晶体矿物为莫来石、石英、氧化镁、磁铁矿、无水石膏及生石灰等，非晶体矿物为不定型碳、玻璃体和次生褐铁矿等，其中玻璃体含量占50%以上。（3）粉煤灰在1200～1500℃的炉膛中，煤粉呈悬浮状态燃烧时燃煤中绝大部分可燃物在炉内燃尽，其中不燃物主要以灰分形式混杂在高温烟气中，这些不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于表面张力的作用形成大量细小的球形颗粒，随着烟气温度的降低，部分熔融的细粒受到冷却呈玻璃体状，并在烟气排入大气之前被分离收集，并以干排的方式进行排放。

目前，粉煤灰的选铁工艺分为湿式和干式两种。粉煤灰湿式磁选工艺主要利用粉煤灰中各颗粒的磁性和密度不同加以分选，其选铁方法有湿式磁选法、湿式重选法和干式磁选法等。（1）粉煤灰湿式磁选法的生产工艺是：当灰水混合物通过永磁磁选机时，粉煤灰中含铁磁性颗粒受到磁场作用被吸附到转鼓上并随之转动，磁性物料离开磁场后与转鼓分离并被水冲入到铁矿物中，而其他颗粒随灰水一起排出。一般当粉煤灰中铁含量大于5%时，采用一级或两级磁选就可获得较高产率及品位的铁精矿。（2）粉煤灰湿式重选法的生产工艺是：灰水混合物采用湿式摇床和螺旋流槽等重选设备将铁氧化物从粉煤灰中分离出来。一般为提高铁精矿品位，采用湿式重选与磁选相结合的方法。（3）粉煤灰干式磁选法的生产工艺是：利用电和永磁体产生较强的背景磁场，同时通过聚磁介质产生较高的磁场梯度，使其对粉煤灰中磁性颗粒的捕集能力增强，从而达到粉煤灰中磁性物料分离的目的。

粉煤灰干式磁选工艺具有流程较短、耗水量较少、生产成本较低的特点，但由于粉煤灰的粒度较细，磁选过程中所选的磁性物质中往往含有一定量的非磁性物质，使一次干式磁选得到的铁精矿品位较低，不能满足高炉冶炼的生产需要。目前，国内为提高粉煤灰选铁的回收率，普遍采用湿式磁选工艺，其存在的问题是：粉煤灰湿式磁选后得到含水量较高的低铁粉煤灰，使粉煤灰的利用范围减小，同时粉煤灰湿式磁选的水处理工艺复杂和生产成本较高，限制了这种方法的应用。

本发明在国内外对粉煤灰提铁技术研究及利用的基础上，为进一步提高粉煤灰磁选后得到铁精矿的品位、降低Si0₂含量，提出了一种粉煤灰磁风联合选铁方法，其生产的产品可满足炼铁高炉生产的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术的不足提供一种自动化程度高、便于操作、筛选效果好的一种粉煤灰磁风联合选铁设备及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种粉煤灰磁风联合选铁设备，其特征在于包括一次干式磁选机构和二次磁风联合选铁机构，所述一次干式磁选机构包括螺旋磁选器、驱动电机和传动齿轮，螺旋磁选器内设置螺旋磁选管、螺旋输送管、一段粗精矿出料管和一段低铁粉煤灰卸料管；所述二次磁风联合选铁机构包括一段粗精矿料斗、旋转式超细粉雾化器、磁系旋转电机、旋转磁系、雾化超细粉输入管、磁性物感应卸料辊、二段磁性细精矿出料管；一段低铁粉煤灰卸料管与一段粗精矿料斗连通。

所述螺旋磁选器内的螺旋磁选管和螺旋输送管并列布设，螺旋磁选管位于螺旋输送管上方，螺旋磁选管和螺旋输送管螺旋叶片旋向相反。

所述雾化超细粉输入管分别与细粉负压式回收器和细粉料沉降管连接。

所述旋转磁系由多组磁块组成，多组磁块等间距排布呈环形，磁系旋转电机带动旋转磁系转动。

所述螺旋磁选管的磁场强度为1500～1800 Oe；旋转磁系的磁场强度为1000～1200 Oe，旋转磁系的磁块的材质为钕铁硼N40 NdFeB。

所述螺旋磁选器与粉煤灰输送主管连接，粉煤灰输送主管与粉煤灰输送切换支管连接，粉煤灰输送切换支管与一段低铁粉煤灰卸料管连接，粉煤灰输送主管上设有主管切换阀门，粉煤灰输送切换支管设有支管切换阀门。

一种粉煤灰磁风联合选铁设备的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

A、粉煤灰导入

选铁工作时，打开主管切换阀门3关闭支管切换阀门4，粉煤灰通过输送主管1导入一次干式磁选机构；

B、一次干式磁选

粉煤灰先经过螺旋磁选器筛分出一段粗精矿和低铁粉煤灰，低铁粉煤灰由一段低铁粉煤灰卸料管卸料，一段粗精矿由一段粗精矿出料管导入下级设备磁选；

C、二次磁风联合选铁

一段粗精矿经过一段粗精矿料斗导入旋转式超细粉雾化器形成雾化细粉流，雾化细粉流在旋转式超细粉雾化器和细粉负压式回收器的作用下沿雾化超细粉输入管流动，雾化细粉流流动中经过旋转磁系磁选形成二段磁性细精矿和细粉料，通过二段磁性细精矿出料管收集二段磁性细精矿；

D、粉煤灰导出

选铁结束时，关闭主管切换阀门打开支管切换阀门，粉煤灰通过粉煤灰输送切换支管导出不再进入一次干式磁选机构。

本发明根据粉煤灰采用传统磁选设备进行一级或两级干式选铁时，细小颗粒的粉煤灰在颗粒之间由于磁团聚力、静电力和其他原因（如湿度）等造成磁性颗粒与非磁性颗粒的裹料现象较为严重，使磁选的铁精矿品位较低。但当粉煤灰选铁采用湿式磁选方法时，存在着灰浆量大、耗水量大、水处理设备复杂的问题，针对电厂产生的粉煤灰粒度较细，颗粒呈表面光滑的球形，铁主要以Fe₃0₄、Fe₂0₃和硅酸铁等形式存在的情况，为降低粉煤灰选铁工艺的耗水量、降低选铁成本、提高铁精矿品位，本发明改变传统方法采用全新的粉煤灰选铁工艺：粉煤灰经一次干选机干选后，为提高铁精矿的品位，对于干选后得到的粗精矿采用二次磁风联合选铁，通过雾化、旋转磁选的方式不再使用水处理。

本发明对粉煤灰经过一次干式磁选抛出大部分干式低铁粉煤灰后，得到铁品位为35～45%的粗精矿，粗精矿再经过二次磁风联合选铁装置抛除一部分低铁粉煤灰后，可得到满足高炉使用要求、铁品位为50～53%的铁精矿。

粉煤灰选铁采用磁风联合方法时，一次干式磁选机为提高金属回收率其磁场强度选择为1500～1800 Oe。二次磁风联合选铁装置为提高铁精矿品位其磁场强度选择为1000～1200 Oe。二次磁风联合选铁后得到的二次低铁粉煤灰再输送到原粉煤灰管线进行输送。

粉煤灰从一次干式磁选机的上方加入，粉煤灰在螺旋磁选管旋转过程中，磁性物料随着螺旋磁选管旋转进行水平移动，磁性物料移动过程中其夹的非磁性物料被逐渐分离，分离后的非磁性物料下落到螺旋输送管中被输送到磁选后粉煤灰的出口进行排放，而磁性物料输送到粗精矿的出口，可得到品位较高的粗精矿。

粉煤灰磁风选铁方法是以空气为分选雾化介质，根据球形颗粒粉煤灰表面较为光滑，颗粒之间的粘结力较小，粉煤灰中含铁矿物密度较大、颗粒细小，球形粒度粉煤灰的重量比表面积较小，颗粒对风力的敏感性较小，在气流、机械振动力和磁性的作用下，可使粉煤灰按密度和磁性不同进行矿物分离。

本发明的磁风联合选铁装置所用的粉煤灰，从干灰输送管道中或灰库落灰筒中直接选取，即在输送管道或落灰筒中串联磁风联合选铁装置，将粉煤灰中的铁粉提取出来，收集到指定位置，磁选后的粉煤灰仍然回到原输送管道或落灰筒中继续进行输送。

本发明根据燃煤电厂或蒸汽锅炉生产过程中排灰的连续性，为使在粉煤灰选铁设备检修或发生故障时，燃煤电厂或蒸汽锅炉的排灰能连续输送，在原粉煤灰输送管线上设置旁路切换管道。当粉煤灰选铁装置正常运行时，通过切换阀门切断支管，使粉煤灰通过选铁装置进行磁选，磁选后的低铁粉煤灰再输送到原粉煤灰管线进行输送。但当粉煤灰选铁装置停止使用时，通过切换阀门切断选铁装置入口管道，使粉煤灰直接通过支管进行输送。

综上所述本发明具有以下几点有益效果：

1、本发明采用磁风联合选铁方法，可使粉煤灰中的铁氧化物与无磁粉煤灰得到充分的分离，提高了铁精矿的品位与金属回收率。

2、本发明采用磁风联合选铁方法，具有磁场强度高、梯度大、节约激磁能耗、处理能力大的特点。

3、本方法采用的粉煤灰选铁与矿山相比，不需要开矿、破碎和球磨等工艺，具有生产流程简单、投资少、节约人力等优点。

附图说明

图1为本发明设备结构示意图；

图2为本发明工艺流程图。

图中：粉煤灰输送主管1、粉煤灰输送切换支管2、主管切换阀门3、支管切换阀门4、螺旋磁选器5、螺旋磁选管6、螺旋输送管7、驱动电机8、传动齿轮9、一段粗精矿出料管10、一段低铁粉煤灰卸料管11、一段粗精矿料斗12、电磁振动器13、旋转式超细粉雾化器14、磁系旋转电机15、旋转磁系16、雾化超细粉输入管17、细粉负压式回收器18、细粉料沉降管19、磁性物感应卸料辊20、二段磁性细精矿出料管21。

具体实施方式

一种粉煤灰磁风联合选铁设备，其特征在于包括一次干式磁选机构和二次磁风联合选铁机构，所述一次干式磁选机构包括螺旋磁选器5、驱动电机8和传动齿轮9，螺旋磁选器5内设置螺旋磁选管6、螺旋输送管7、一段粗精矿出料管10和一段低铁粉煤灰卸料管11；所述二次磁风联合选铁机构包括一段粗精矿料斗12、旋转式超细粉雾化器14、磁系旋转电机15、旋转磁系16、雾化超细粉输入管17、磁性物感应卸料辊20、二段磁性细精矿出料管21；一段低铁粉煤灰卸料管11与一段粗精矿料斗12连通。

所述螺旋磁选器5内的螺旋磁选管6和螺旋输送管7并列布设，螺旋磁选管6位于螺旋输送管7上方，螺旋磁选管6和螺旋输送管7螺旋叶片旋向相反。所述雾化超细粉输入管17分别与细粉负压式回收器18和细粉料沉降管19连接。所述旋转磁系16由多组磁块组成，多组磁块等间距排布呈环形，磁系旋转电机15带动旋转磁系16转动。所述螺旋磁选管6的磁场强度为1500～1800 Oe；旋转磁系16的磁场强度为1000～1200 Oe，旋转磁系16的磁块的材质为钕铁硼N40 NdFeB。所述螺旋磁选器5与粉煤灰输送主管1连接，粉煤灰输送主管1与粉煤灰输送切换支管2连接，粉煤灰输送切换支管2与一段低铁粉煤灰卸料管11连接，粉煤灰输送主管1上设有主管切换阀门3，粉煤灰输送切换支管2设有支管切换阀门4。

一种粉煤灰磁风联合选铁设备的使用方法，包括如下步骤：

A、粉煤灰导入

粉煤灰选用热电厂锅炉或蒸汽锅炉产生的粉煤灰，其粒度为-200目占70～80%，铁品位为7～15%、Si0₂含量45～50%、A1₂0₃含量20～25%、CaO含量2～5%、碳粒含量1～3%的灰种。铁工作时，打开主管切换阀门3关闭支管切换阀门4，粉煤灰通过输送主管1导入一次干式磁选机构；

B、一次干式磁选

粉煤灰先经过螺旋磁选器5筛分出一段粗精矿和低铁粉煤灰，低铁粉煤灰由一段低铁粉煤灰卸料管11卸料，一段粗精矿由一段粗精矿出料管10导入下级设备磁选；得到铁品位为35～45%的一次粗精矿和一次低铁粉煤灰。

C、二次磁风联合选铁

一段粗精矿经过一段粗精矿料斗12导入旋转式超细粉雾化器14形成雾化细粉流，雾化细粉流在旋转式超细粉雾化器14和细粉负压式回收器18的作用下沿雾化超细粉输入管17流动，雾化细粉流流动中经过旋转磁系16磁选形成二段磁性细精矿和细粉料，通过二段磁性细精矿出料管21收集二段磁性细精矿；二段磁性细精矿的铁品位可达50～53%。

D、粉煤灰导出

选铁结束时，关闭主管切换阀门3打开支管切换阀门4，粉煤灰通过粉煤灰输送切换支管2导出不再进入一次干式磁选机构。