阅读说明：本技术 一种气化细渣碳灰分离高梯度磁选装置与工艺 (High-gradient magnetic separation device and process for separating gasified fine slag carbon ash ) 是由 樊盼盼 董连平 王建成 鲍卫仁 樊民强 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气化细渣碳灰分离高梯度磁选装置与工艺。所述高梯度磁选装置包括分选腔、连接管路及多个矿浆桶,分选腔为上下开口的筒锥结构,分选腔外部同轴设置空心励磁线圈,空心励磁线圈中心高度与分选腔中心高度平齐；分选腔内部中心处放置高梯度介质块；分选腔、高梯度介质块和空心励磁线圈的中心高度平齐。通过高梯度磁选装置操作参数和工艺流程的调节,即可达到预定分离效果。该方法分离效率高,生产成本低,工艺简单,分离后的高灰产品符合建材原料烧失量的要求,分离后的富碳产品由于灰的脱除,也进一步实现了炭的富集,可考虑作为锅炉掺烧原料或生态修复剂使用。(The invention discloses a high-gradient magnetic separation device and a high-gradient magnetic separation process for separating gasified fine slag carbon ash. The high-gradient magnetic separation device comprises a separation cavity, a connecting pipeline and a plurality of slurry buckets, wherein the separation cavity is of a cone structure with an upper opening and a lower opening, a hollow excitation coil is coaxially arranged outside the separation cavity, and the center height of the hollow excitation coil is flush with the center height of the separation cavity; a high-gradient medium block is placed in the center of the interior of the separation cavity; the separation cavity, the high gradient medium block and the hollow magnet exciting coil are parallel and level in central height. The preset separation effect can be achieved by adjusting the operating parameters and the process flow of the high-gradient magnetic separation device. The method has the advantages of high separation efficiency, low production cost and simple process, the separated high-ash product meets the requirement of the loss on ignition of the building material raw material, the carbon enrichment of the separated carbon-rich product is further realized due to the removal of ash, and the carbon-rich product can be considered to be used as a boiler co-combustion raw material or an ecological restoration agent.)

一种气化细渣碳灰分离高梯度磁选装置与工艺

技术领域

本发明涉及一种气化细渣湿式高梯度磁选降灰的方法，具体涉及一种利用高梯度磁选装置实现气化细渣碳灰分离的装置与工艺，属于煤气化灰渣资源化利用领域。

背景技术

煤气化技术是现代煤化工产业的龙头和核心技术。煤气化过程中，会产生气化粗渣和细渣两种含碳副产物。粗渣大多数为玻璃球状豆粒大小的固体，渣孔隙率较小，含碳量一般5%以下，水含量也较低，成分与锅炉灰渣相似，因此可以与锅炉灰渣一并利用，作为水泥和混凝土、烧结砖、工程回填等掺混原料。而细渣残炭含量较高，一般大于20%，甚至达到40%以上，远高于锅炉粉煤灰利用烧失量≤15% 的要求，因此，对气化细渣进行资源化利用之前首先要对其进行碳灰分离。

利用气化细渣碳、灰组分表面亲疏水性的特点，赵世永（中国专利201620500503.X）将气化细渣磨矿至0.5mm 以下作为浮选入料，选用常规的浮选药剂进行分选，精矿烧失量为50.78%，尾矿烧失量为41.92%，精矿和尾矿的烧失量显现了一定的差异，但总体浮选效果并不理想。葛晓东（葛晓东, 煤气化细渣表面性质分析及浮选提质研究. 中国煤炭, 2019. (01): p. 107-112.）采用浮选机对气化细渣分选提质，可获得灰分为24.25% 、产率为58.05%的残炭产品和灰分83.48%，产率为41.95%的高灰分产品，较大程度实现了碳-灰分离，但高灰分产品烧失量仍然不满足建材行业需求。

针对气化细渣的元素组成分析，除了Si、Al、Ca 等主要元素外，还含有大量的Fe、Mn、Ti等磁性元素，而此部分磁性元素构成的无机矿物质也是气化细渣灰分的主要贡献者。因此，根据矿物磁性差异利用高梯度磁选的方式对气化渣进行分离，也是实现脱灰除炭的一种行之有效的方法。

发明内容

本发明旨在提供一种气化细渣碳灰分离高梯度磁选装置与工艺。

本发明提出了一种利用湿式高梯度磁选来实现气化细渣炭-灰分离的工艺。通过高梯度磁选装置操作参数和工艺流程的调节，即可达到预定分离效果。该方法分离效率高，生产成本低，工艺简单，分离后的高灰产品符合建材原料烧失量的要求，分离后的富碳产品由于灰的脱除，也进一步实现了碳的富集，可考虑作为锅炉掺烧原料或生态修复剂使用。

本发明提供了一种高梯度磁选装置，包括分选腔、连接管路及多个矿浆桶，分选腔为上下开口的筒锥结构，分选腔外部同轴设置空心励磁线圈，空心励磁线圈中心高度与分选腔中心高度平齐；分选腔内部中心处放置高梯度介质块；高梯度介质块的过流孔径以等于处理气化细渣最大粒度3倍为宜，分选腔、高梯度介质块和空心励磁线圈的中心高度平齐。

高梯度介质块由高梯度导磁介质层和不导磁支撑框架组成，高梯度导磁介质层分层叠放在不导磁支撑框架中组合而成；高梯度介质层为棒状、网状、梭状，菱状等强导磁材料碎屑不规则、不连续自由堆积而成，不导磁支撑框架为由聚氨酯、铜或不导磁不锈钢材料制成的筛网状支撑体。

优选地，高梯度介质块由10层导磁介质层堆积而成。

本发明的一种利用高梯度磁选装置实现气化细渣碳灰分离的工艺，包括以下步骤：

（1）气化细渣筛分、磨矿后，粒度合格产品与水制备成为50-200g/L浓度均匀矿浆；

（2）接通分选腔外部空心励磁线圈励磁电源，调节电流大小调整磁选空间背景磁场强度；

（3）关闭冲洗水阀门和磁性物料管路阀门，打开矿浆管路阀门和富碳产品管路阀门，矿浆通过流体重力自流或由泵输送缓慢均匀流过分选腔进行分离；

（4）待矿浆全部流过分选腔后，关闭矿浆管路阀门和富碳产品管路阀门。关闭电源，高梯度介质块脱磁后，打开冲洗水管路阀门和铁磁性高灰产品管路阀门，冲洗收集吸附在高梯度块上的铁磁性高灰产品；

（5）富碳产品和铁磁性高灰产品，过滤烘干后进行后续处理。

上述方法所述步骤（2）中，形成的磁场背景场强应达到1.0T以上。

上述方法所述步骤（3）中，为防止发生短路流，高梯度介质块与分选腔间隙配合，矿浆应均匀流入并分布在高梯度介质块上，必要时布置应矿浆分配器。

上述方法所述步骤（3）中，必要时，在励磁电源接通条件下，可断续引入少量冲洗水洗涤黏附在高梯度介质层内的非磁性物质，提高铁磁性产品纯度。

当矿浆量较大时，应重复步骤（1）-（4）分批处理，防止高梯度介质块吸附过饱和。

本发明提供的一种利用高梯度磁选装置实现气化细渣碳灰分离的工艺，按照分离要求包括以下两种：

分选工艺1：单段高梯度磁选工艺

原料经过分级筛筛分，筛上大粒度物料磨矿后返回再筛，筛下粒度合格物料制备成矿浆后高梯度磁选，形成铁磁性高灰产品和富碳产品。

分选工艺2：两段高梯度磁选工艺

配置矿浆浓度较高时，原料经过分级筛筛分，筛上大颗粒物料磨矿后返回再筛，筛下粒度合格物料制备成矿浆后经一段高梯度磁选，形成铁磁性高灰产品Ⅰ和富碳产品Ⅰ，富碳产品Ⅰ经二段高梯度磁选再选后，形成铁磁性高灰产品Ⅱ和富碳产品Ⅱ，铁磁性高灰产品Ⅰ和铁磁性高灰产品Ⅱ合并。

本发明的有益效果：

本发明提供的利用高梯度磁选装置实现气化细渣炭-灰分离的工艺与方法，只需根据分选要求调节分选区磁场强度、高梯度介质块结构和分选工艺，即可实现铁磁性高灰产品的和非磁性富碳产品的分离；与其他方法相比，本发明具有以下优点：装置简单容易操作，分离效率高，分离精度高，可对物料实现连续分离。

附图说明

图1为本发明的气化细渣高梯度装置示意图。

图2为本发明高梯度介质块的结构示意图。

图中：f1-矿浆入料阀门，f2-冲洗水阀门，f3-磁性物料阀门，f4-非磁性物料阀门，1-分选腔，2-高梯度介质块，3-空心励磁线圈，4-高梯度介质层，5-不导磁网状支撑。

A为矿浆，B为冲洗水，C为铁磁性高灰产品，D为非磁性富碳产品。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

本发明使用的高梯度磁选装置，如图1和2所示：

一种高梯度磁选装置，包括分选腔1，分选腔1为上下开口的筒锥结构，分选腔1外部同轴设置空心励磁线圈3，空心励磁线圈3高度中心与分选腔1高度中心平齐；分选腔1内部中心处放置高梯度介质块2，高梯度介质块2高度低于分选腔1；分选腔1、高梯度介质块2和空心励磁线圈3高度中心平齐。

高梯度介质块2由强导磁电工用硅钢车削碎屑不规则、不连续自由堆积而成的导磁介质层4和不导磁不锈钢制作的网状支撑体5组合而成；优选地，高梯度介质块2由10层导磁介质层4堆积而成。

本装置的使用过程为：待分离矿浆A、冲洗水B分别通过管路与分选腔1上部连通，管路上安装有矿浆入料阀门f1和冲洗水阀门f2，矿浆在分选腔1内经高梯度介质块2分离，非磁性富碳产品D和铁磁性高灰产品C分别通过管路与分选腔1下部连通，管路上分别安装有磁性物料阀门f3和磁性物料阀门f4。矿浆在管道内的流动依靠矿浆重力进行驱动。

实施例1：高梯度单段磁选工艺

利用上述分离装置，采用以下分离方法：

（1）气化细渣经200目分级筛筛分，筛上大粒度物料球磨机再磨返回至分级筛再筛，筛下合格粒度物料与水配置成质量浓度为70g/L矿浆。

（2）接通分选腔1外部空心励磁线圈3励磁电源，调节分选区磁场强度为1.8 T。

（3）关闭冲洗水阀门f2和磁性物料管路阀门f3，打开入料阀门f1和富碳产品管路阀门f4，矿浆均匀分布并缓慢流过分选腔1，铁磁性高灰产品被吸附在高梯度介质块2上，富碳产品物料穿过分选腔1进入非磁性物料管路进行收集。

（4）矿浆全部流过分选腔1后，关闭入料阀门f1和非磁性物料管路阀门f4，关闭空心励磁线圈3电流后静置2分钟脱磁，打开冲洗水管路阀门f2和铁磁性产品管路阀门f3，将吸附在高梯度介质块2上的铁磁性产品冲洗后收集。

重复步骤（1）-（4）分批处理矿浆，直至矿浆处理完毕。收集铁磁性高灰产品和富碳产品。

经灰分化验后，各产品质量及产率如下表所示：

经单段高梯度磁选分离后，三种不同产地气化细渣得到明显分离，高灰产品灰分＞97%，完全满足建材行业要求。物料中碳组分与原料相比，也提高了10%左右，为掺烧、土壤修复等后续利用提供了原料。

实施例2：两段高梯度磁选工艺

利用上述分离装置，采用以下分离方法：

（1）气化细渣经200目分级筛筛分，筛上大粒度物料球磨机再磨返回至分级筛再筛，筛下合格粒度物料与水配置成质量浓度为150g/L矿浆。

（2）接通分选腔1外部空心励磁线圈3励磁电源，调节分选区磁场强度为1.2 T。

（3）关闭冲洗水阀门f2和磁性物料管路阀门f3，打开入料阀门f1和富碳产品管路阀门f4，矿浆均匀分布并缓慢流过分选腔1，铁磁性高灰产品被吸附在高梯度介质块2上，富碳产品物料穿过分选腔1进入非磁性物料管路进行收集。

（4）矿浆全部流过分选腔1后，关闭入料阀门f1和非磁性物料管路阀门f4，断线空心励磁线圈3电流后静置2分钟脱磁，打开冲洗水管路阀门f2和铁磁性产品管路阀门f3，将吸附在高梯度介质块2上的铁磁性产品冲洗后收集。

（5）重复步骤（1）-（4）分批处理矿浆，直至矿浆处理完毕。收集铁磁性高灰产品Ⅰ和富碳产品Ⅰ。

（6）富碳产品Ⅰ作为原料，调节分选区磁场强度为1.8 T，重复上述1-5步骤，形成铁磁性高灰产品Ⅱ和富碳产品Ⅱ，高灰产品Ⅰ和高灰产品Ⅱ合并作为最终高灰产品。

经灰分化验后，各产品质量及产率如下表所示：

以上所述实施方式仅是对本发明方法的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的装置、方法与工艺做出的各种变形与改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。