螺旋分选机在高炉灰分选系统中的应用

王丽娟,王世兰,王 伟,孙 伟,刘佃彪,卢 涛

（威海市海王旋流器有限公司，山东威海264200）

高炉灰主要由碳和锌、 铁等多种元素的自由态和结合态以及复合物组成，其中以氧化铁、氧化锌和氧化钙等居多，是一种质轻、粒微的物质，是钢铁企业主要固体排放物之一[1]。高炉灰的产量随着钢铁产业的发展不断增加， 出于环境保护和资源再利用的角度， 作为固废的高炉灰的综合利用越来越受到重视。高炉灰整体粒度较细，不同区域的粒度分布不尽相同， 大多情况下-20 μm 颗粒约占30%~40%，-75 μm 颗粒约占70%~80%。 高炉灰中具有利用价值的主要为锌、铁和碳：其中原料中含锌1%~10%不等，锌主要富集在-20 μm 颗粒内，铁品位大多在25%~30%，碳品位大多在20%~40%，含量较低，主要富集于20 μm 以上颗粒。针对这种情况，本文拟提出一种高炉灰分选再利用系统，先利用水力旋流器对高炉灰进行20 μm 分级，分级后产出的锌产品可回用；再采用螺旋分选机分选出高炉灰中的铁和碳，分别作为铁、碳产品进行回用，可有效提高炉灰的综合利用率。

1 螺旋分选机原理

螺旋分选机是一种依靠液流特性， 在重力和离心力的作用下实现不同密度矿物分离的分选设备，见图1。 自20 世纪90 年代初，螺旋分选机开始应用于选煤业，用于分选0.15～3 mm 级粗煤泥[3-4]，其原理为水流中的矿粒在重力、摩擦力、惯性离心力和水流动压力等作用下松散分层，密度大的矿粒进入底层并向内缘移动，密度小的矿粒进入上层并向外缘运动，直至在螺旋槽表面分成不同的料带，最后通过截料器将不同密度的矿料分开[5]。螺旋分选机运行原理，如图2 所示。

图1 螺旋分选机外形

图2 螺旋分选机运行原理

2 螺旋分选机分选高炉灰

2.1 可行性分析

高炉灰物料粒度均＜1 mm。 原料中含锌为1%~10%，含铁为25%~30%，含碳为20%~40%，其中，锌主要富集在-20 μm 以下颗粒物中，铁和碳主要为20 μm 以上颗粒。考虑到高炉灰中铁含量较低，而钢厂回用铁粉要求铁品位大于50%，可将螺旋分选机（处理物料粒度范围为0.02~2.00 mm[6]）应用于高炉灰的综合利用处理工艺中，对其进行20 μm 分级。经分选处理后，可大大提升高炉灰中的铁品位，满足钢厂回用铁品位要求。 同时，碳品位也有所提升，可作为高碳产品继续回用。 尾矿铁粉中的含锌量也得到降低，避免铁粉中含锌对高炉产生不利影响，且分级产出的锌产品可回用。

2.2 工艺流程

螺旋分选机分选高炉灰工艺流程如下：首先将炉灰加水配置成20%~30%质量分数的料浆，经泵送至螺旋分选机，经螺旋分选机处理后，螺旋内圈产出高铁产品。 螺旋尾矿中即外圈中铁品位降低的同时碳品位有所提高，仍可作为一种产品回用。如需继续提升高铁、高碳产品中的铁或碳含量，可进行多级螺旋分选处理。螺旋分选机分选高炉灰工艺流程，如图3所示。

图3 螺旋分选机分选高炉灰工艺流程

2.3 室内试验

为探索螺旋分选机对高炉灰分选的效果， 采用河北某钢厂的高炉灰进行室内试验。 试验用原料先通过水力旋流器进行除锌处理， 之后采用图4 所示螺旋分选机进行试验。

图4 螺旋分选机室内试验平台

通过调节螺旋分选机的分料挡板调节出料产品产率，同时也调节出料产品中的产品含量。另由于螺旋外圈会带有部分细颗粒的铁和少量锌，因此在试验的过程中采用两级试验的方式进行试验，采用325 目标准筛对外圈进行筛分处理。 具体的试验结果如表1 所示。

表1 螺旋分选机试验结果

由表1 可知，原料中铁品位37.72%，碳质量分数26.07%。 经过一级螺旋处理后，内圈铁品位可达到56.07%，外圈碳质量分数29.77%，内圈铁品位较高，可直接作为铁产品，外圈中铁品位仍高达34.72%，仍需进行再次分选。取一级螺旋外圈作为二级螺旋入料，经过二级螺旋处理后，二级螺旋内圈铁品位为51.10%，二级内圈可与一级内圈混合作为铁产品，提高铁回收率，铁总回收率为27.80%，总产率为19.48%。 二级螺旋外圈碳质量分数为35.89%，发热量为2 929 kcal，可作为高碳产品，经筛分过后，脱灰碳质量分数高达53.57%。

3 现场应用

河北某铁粉厂采用上述工艺处理高炉灰。 在高炉灰的分选过程中， 首先采用水力旋流器分选出炉灰中细颗粒的锌，并将其作为一个高锌产品，旋流器底流加水稀释后作为螺旋分选机入料进行铁和碳的分选。现场采用了两级分选工艺，具体工艺如图6 所示，旋流器底流作为螺旋分选机入料，一级螺旋产出了高铁产品和品位较低的粗尾， 粗尾再经过二级螺旋的分选产出高铁产品和精尾， 精尾较原料中碳含量有提升，可作为一种碳产品继续回用。

图5 螺旋分选机现场

图6 现场两级分选工艺

现场两级螺旋分选机采用了海王LXAQ1000 螺旋分选机，单台处理量15~25 m3/h，入料矿浆质量浓度20%~30%，现场稳定运行时，对原料中的铁、碳品位，一级和二级螺旋内圈的铁品位，以及最终铁和碳产品品位进行化验，化验结果见表2。

表2 螺旋分选机现场应用结果 %

对比原料和铁产品中铁品位、 碳产品中碳质量分数， 经过螺旋分选机处理后最终铁产品中铁品位提升了23.39%~25.26%， 碳产品中碳质量分数提升了5.35%~7.69%。铁产品中铁品位大多高于50%，铁回收率在50%~70%。 由此可见，现场螺旋分选机对于分选高炉灰中的铁和碳效果较好。 由于该现场对铁和碳产品最终位品要求不高，未采用多级螺旋对铁和碳产品品位进行进一步提升。

4 经济效益

现阶段高炉灰产出物的大致市场价格见表3。

表3 现阶段高炉灰产出物价格

基于实验室试验和现场工业生产数据，高炉灰产出物中的高锌产品、高铁产品和尾矿（即高碳产品）的产率分别约为30%、30%和40%。根据炉灰质量和运输距离的不同，高炉灰原料到厂的成本费用20~50 元/t 不等，生产过程中生产成本即人工费和电费约为10 元/t，基于现阶段的成本价格和产出物价格，高炉灰分选生产纯利润为24~102 元/t，经济价值可观。

5 结论

1)基于铁和碳的比重差，螺旋分选机在高炉灰分选再利用系统中的应用主要是用于分选铁，提高铁产品中的铁品位用于回用，同时螺旋尾矿中碳含量有一定提升，可作为高碳产品继续回用。

2)室内试验过程中，螺旋分选机分选出的铁产品品位在50%以上，一级螺旋出铁产品超过55%，铁回收率为27.80%，螺旋尾矿作为碳产品中碳质量分数为35.89%。

3)现场应用过程中，经过螺旋分选机处理后最终铁产品中铁品位提升了23.39%~25.26%，螺旋尾矿作为碳产品中碳质量分数提升了5.35%~7.69%。铁产品中铁品位大多大于50%， 铁回收率在50%~70%。

4)经过脱灰处理后，可进一步提升螺旋尾矿即碳产品中的碳含量。

5)基于现阶段高炉灰产出物价格，高炉灰分选生产纯利润为24~102 元/t。