转炉除尘污水磁分离净化规律的研究

第15卷第4期1995年12月矿冶工程Vol.15阴4MININGANDMEI,ALLURGICALENGINEERING〔沈eember199转炉除尘污水磁分离净化规律的研究卞蒋朝澜雷国元赵烈胜余英武(武汉钢铁学院,武汉,43。。81)摘要转炉炼钢厂除尘污水常用沉降法净化,由于尘粒微细(多数小于20拌m),沉降缓慢,沉淀池比负荷低。考虑到废水中悬浮固体物粒度细、磁性强的特点,本研究采用复合絮凝(絮凝一磁凝)预处理工艺,有效增加了尘粒的表观粒度,强化了沉降过程;用具有磁力一重力综合力场的磁滤法取代只有重力场的沉降法,强化了分离过程。根据预处理和分离过程某些规律,提出了力比(磁/阻)的分离数学模型,可作为预测分离指标和调整工艺参数的判据。关键词转炉除尘污水复合絮凝磁滤分离数学模型1前言炼钢转炉吹炼时,主反应区温度达2300一2400℃,部分铁成为蒸气,冷却形成烟尘,洗涤除尘使尘粒成为除尘废水中的固体物。其特点为:粒度细(小于20拌m),磁性强。现代钢厂的耗水量大,粗钢耗水130一170m3八。转炉车间污水量高达4000一6000m3/h,从经济和环境意义上说,污水必需净化。微细颗粒在层流状态下的沉降末速可用斯托克斯公式表示。在该公式中,沉降末速与颗粒直径的二次方成正比。直径20拼m的球形颗粒,沉降末速为0.00Zm/s。因此,应采取措施强化沉降和后续分离过程。2沉降和分离过程的强化增加颗粒表观粒度是强化沉降过程的主要途径。强化措施有物理化学法(絮凝)、物理法(磁凝)和联合法(絮凝一磁凝)。收稿日期1994一11一07卞本研究得到冶金部教育司科研基金资助聚丙烯酞胺(PAM)系线状结构化合物,PAM一个链节的长度为2.5人,分子量30万时的长度为10.5拼m。废水中微粒距离较大时线状高分子也能形成架桥作用,分子量越大这一作用越显著。固体浓度很低时,微粒间的距离较大,预磁磁场不高(一般低于80kA/m)时,磁凝作用不显著,因为颗粒间的磁作用力与距离的6次方成反比。复合絮凝时微粒间的相互作用力FT有:范德华分子引力FA、双电层力F;、磁作用力F,、PAM架桥作用形成的力F。和吸附层叠合时的分子缔合力F:。除双电层力外,其他4种力都促进颗粒聚团。固液分离过程的强化,要从团聚体受力状态进行分析。团聚体所受的作用力F:有:在液体中的净重力Fg、在磁滤器中所受磁引力凡。和在液体中的动力阻力F、。F、的方向与F、和尸,相反,它是一种抗衡力。重力沉降分离时,颗粒只受Fg和F、的作用。因此,应用具有磁一重矿冶工程第15卷力场的设备,是强化分离过程的主要措施。3试样性质除尘废水取自某转炉钢厂,固体悬浮物的化学成分如表1所示。据X衍射分析铁氧化物的结构多为Fe3O4和y一FeZO3,少量eaFesio4。可见,预磁后固体物的沉降加快,5min以后浊度达81mg/L,而自然沉降30min后还达不到类似效果。絮凝比磁凝作用更显著,添加.0lmg/L的HPAM,能使浊度大幅度降低(图1)。当HPAM为0.2mg/L时,沉降效果与64kA/m的预磁相当。表1除尘废水固体悬浮物化学成分/%成分含量成分含量TFe凡20350.1043.75CuZn0.020.0251020.84Pb0.01A12O3aCO0.846.50MnOZS0.0150.01M夕0.63P0.054固体颗粒比磁化率为13X10一sm,k/g属于强磁性。固体粒度为3一23.4拼m,平均9.4拼m,小于15拼m的颗粒占90%。废水中悬浮固体物含量6000mg/L。废水pH值为10.5。沉降和分离效果用澄清液或滤液浊度表示。多梯度磁滤器的磁感应强度。一1.ST,高梯度磁滤器的磁感应强度。~1.ST。高分子絮凝剂为水解聚丙烯酞胺(HPAM),分子量1200万,白色粉末,水解度30%。1801601401201008060一一曰·的任、侧赵崔契浏4020_一HPAM用量/mg·L一’4试验结果.41预处理试验预处理包括固液分离前对微细固体物的磁凝、絮凝、复合絮凝,通过磁力、架桥力和缔合力使微粒聚团,以促进沉降和磁分离。磁凝是通过预磁场的磁化作用,使磁性颗粒被磁化,相互吸引,形成磁性聚团。预磁后固体物的沉降和不预磁的自然沉降结果见表2。图1HPAM用量对澄清液浊度的影响1一沉降2而n;2一沉降5而n。表2固体物预磁沉降和自然沉降的比较澄清液浊度/mg·L一’沉降时间/imn预磁沉降自然沉降25l52O3O3008l3525241200420艺吕0::t废水中固体含量600mgI/,预磁磁场强度64kA/m复合絮凝是絮凝一磁凝或磁凝一絮凝的简称,它同时顾及到悬浮颗粒的磁性和粒度,强磁性颗粒吸引周围其他磁性颗粒起着磁核作用。HPAM分子能使微细颗粒形成絮团。预磁使高分子絮团带有磁性,使絮团更粗、更紧密,沉降