报废汽车拆解料磁选尾料中不锈钢回收方法初探

1.简介

随着中国正式迈向汽车大国行列，我国汽车产销量均呈现持续增长的态势，国内汽车保有量随之快速增加，而每年的汽车报废量也随之迅速扩大。报废汽车数量持续稳定的增长为正规报废汽车拆解企业提供了增量，对于报废汽车回收拆解行业形成了利好[1-3]。据统计，2018 年我国汽车报废量达到910 万辆，市场规模达到730 亿元，未来5 年（2018—2022）年均复合增长率约为28.09%，市场规模年均复合增长率约为24.43%，2022 年将达到1750亿元。

在资源化回收过程中，报废汽车在经过破碎后，各类材料已充分解离并处于单体状态。含量最高的废铁，通过多次磁选即可确保较好的回收效果[4,5]。剩余尾料中的材料种类繁杂，如铜、铝、不锈钢、塑料、橡胶等，这些材料也具有较高的回收价值。对上述产物的分选，国内外研究机构和企业均做了大量工作，如感应式分选机、X 光反射分选系统、X 光穿射分选系统、3D 成像及颜色识别分选系统和近红外分选机等系列产品均用于回收报废汽车破碎产物中的非金属材料，但上述设备和技术方案处理对象单一，处理量小，严重制约了报废汽车的资源化回收过程。因此，设计开发具有自主知识产权，可从废钢破碎尾料中高效回收不锈钢的分选工艺和设备势在必行。

本文从报废汽车破碎产物绿色资源化角度出发，选择某报废汽车拆解厂拆解料的磁选尾矿为研究对象，在分析物料组成基础上，探讨采用主动式脉动气流分选及高梯度磁选方法从磁选尾矿中回收不锈钢的可行性，为汽车拆解料的资源化循环利用提可行的技术方案。

2.物料性质

报废汽车拆解料的磁选尾料成分复杂，主要包括不锈钢、橡胶、塑料、木屑、玻璃等。各组分的形状差别也较大，呈片状并具有一定的卷边结构，存在相互勾连现象，从形貌角度远比一般矿物复杂。为明确所采集物料的组成，采用手工拣选的方法分别选出不锈钢、铜铝和其他非金属组分（包括塑料、橡胶等）。结果显示：该尾料中不锈钢、铜铝和其他非金属组分的含量分别为29.47%、13.04%和57.49%，所拣选不锈钢的最大粒径达到了100 mm（图1），后续气流分选实验将选用-13mm 的物料，而磁选+气流分选联合方法则直接处理全粒级样品。

图1 报废汽车拆解料磁选尾矿中的不锈钢

3.主动式脉动气流干法分选实验

虽然不锈钢与尾料中其他组分存在密度差异，但片状结构会对重力场中物料沉降过程产生影响，破坏按照密度差异分选过程。本文实验选用主动式脉动气流分选系统，所选用条件如表1 所示。结果表明：在一定气流速度和给料速度条件下，重产物回收率随脉动频率的增加呈先增加后降低的趋势，即在1.86Hz 时可获得相对较好的分选效果。而在其他条件固定时，重产物产率、品位和回收率同气流速度或给料速度的差异较大，主要是因为报废汽车拆解料的磁选尾料各组分的形状差异较大，对以密度差异为主导的主动式脉动气流分选方法产生较大的影响。此外，虽然主动式脉动气流分选方法可确保重产物中不锈钢的回收率，但其中仍错配较多的非金属组分，导致不锈钢产品的纯度偏低，分选效率需进一步提高，如图2 所示。

表2 不同实验条件下，主动式脉动气流对报废汽车拆解磁选尾料的分选效果

图2 主动式脉动气流分选系统对-13mm 物料的分选产物

4.高梯度磁选分选实验

除密度差异外，不锈钢同磁选尾料中的其他组分在磁性方面也有差异。通常，回收报废汽车拆解料中的废铁所用磁选机的磁通量相对较低，一般仅为0.3T，该强度足够吸引废铁。不锈钢也具有一定磁性，是因为其中含有马氏体或铁素体。对普通磁选机而言，较低的磁通量不能对其产生吸附作用。基于此，笔者使用了磁通量为0.6T 的钕硼铁永磁体对磁选尾矿进行磁选，分选前后物料组成如下图（图3 和图4）。

图3 -13mm 物料分选前后对比

实验结果表明，磁通量为0.6T 的钕硼铁永磁体对从除铁后物料中分离不锈钢有着较为明显的效果，效率可达85%以上。对-13mm 混合物料而言，钕硼铁永磁体对其中的不锈钢吸附作用力较大，而对粒度超过50mm 的大块物料，永磁体虽依然对其有吸引力，但吸附强度不够，极易脱落。笔者认为主要是两方面原因：

图4 +13mm 物料分选前后对比

1、不锈钢尺寸过大，永磁体对其吸引力较难克服重力，导致容易脱落；

2、部分不锈钢中马氏体或铁素体的含量较低，而奥氏体含量较高，致使磁性较弱，较难吸附。

在初步探索高梯度磁选方法回收报废汽车拆解料磁选尾矿中不锈钢的可行性后，笔者设计了加装稀土永磁磁辊的实验室皮带式磁选机，如图5 所示。经磁通量计测量，该磁辊的最大磁通量约5600 高斯。由于稀土永磁磁辊的磁力线较短，在覆盖2cm 厚的皮带后，磁辊的最大磁通量降低至5300 高斯。虽然磁辊在覆盖皮带后磁通量会被削弱，但仍能对不锈钢产生较强的吸引作用，如图5 所示。

图5 实验室高梯度磁选机全貌及其静态时对不锈钢的吸附情况

分选实验中，磁选尾料手动均匀放置到皮带上，并经其输送后依次通过稀土永磁磁辊。分选实验中可调节的参数为皮带转速，转速高，则单位时间通过永磁磁辊的物料量变大，分选时间缩短。为提高分选效率，本环节实验采用磁选主再选分选工艺，其结果如表2 所示：

在磁辊转速及线速度较快时，物料运动速度快，与磁辊接触时间短，导致在粗选阶段部分不锈钢损失。再选阶段，不锈钢均被回收，且其中混杂的非不锈钢含量有所减少。降低磁辊转速后，虽然样品中的不锈钢与磁辊接触时间增加，但样品落入运动速度放缓皮带上所产生的松散效应减弱，致使主选磁性物的不锈钢品位降低；由于此条件下样品与磁辊的接触时间适当延长，致使磁性物产率提高，不锈钢回收率仍能得到保证；进一步的降低磁辊转速，运动皮带对物料的松散作用削弱，物料间的堆叠现象致使部分非不锈钢混入磁性物产品中，降低主选磁性物品位。在三种不同皮带转速条件下，主选和再选的不锈钢回收率均相同，表明二次磁选主要发挥去除非不锈钢组分，提升不锈钢品位的作用。

表2 高梯度磁选主再选对报废汽车拆解料磁选尾料的分选结果

5.结论

本文在分析报废汽车拆解料磁选尾料中所含组分及其含量后，分别采用主动式脉动气流分选和高梯度磁选开展不锈钢分选回收。结果显示：不锈钢呈片状并具有一定的卷边结构，与其他组分存在相互勾连现象；片状结构会对重力场中物料沉降产生影响，干扰按照密度差异分选过程，导致主动式脉动气流分选系统在不同的参数组合条件下未能获得高品位的不锈钢产品，不同组分间的错配现象严重。高梯度磁选则充分利用不锈钢和其他组分在磁性上的差异，通过主再选工艺可获得品位超过80%，回收率超过90%的不锈钢产品。