城市环境与城市生态
URBAN ENVIRONMENT & URBAN ECOLOGY
1999年 第12卷 第4期 Vol.12 No.4 1999



大气污染控制中高梯度磁分离技术的研究与应用
颜幼平　周为吉　林美强
　　摘要：本文概述了高梯度磁分离技术在燃煤脱硫除灰、烟气除尘方面的应用与研究进展以及超导磁分离技术在燃煤脱硫方面的研究，并展望了超导磁分离技术在环境保护中的应用前景。
　　关键词：高梯度；超导；磁分离；燃煤脱硫；烟气除尘
　　中图分类号：X51　　文献标识码：A　　文章编号：1002-1264(1999)04-0051-04
Research and Application of High Gradient Magnetic
Separation(HGMS)Technology to Air Pollution Control
YAN You-ping,ZHOU Wei-ji,LIN Mei-qiang
(Department of Environmental & Resources Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090)
Abstract:This paper summarizes the improvement of HGMS for sulfur and ash removal from coal,smoke dust elimination and coal desulfurization by superconducting magnetic separation technology.In addition,application prospects of superconducting magnetic separation technology for environmental protection are analysed.
Key words:high gradient;　superconducting magnetic separation;　coal desulfurization;　smoke dust elimination
1　前言
　　磁分离技术即利用外加磁场的作用使具备磁性的物质得到分离的技术。有关磁分离的第一项英国专利是1972年富拉顿用来精选铁矿的，1845年美国发表了一项工业磁选机专利［1］，于是磁分离技术在发达国家选矿领域得到逐步发展和完善，从电磁式弱磁场选矿过渡到永磁式选矿。本世纪20年代各种类型的强磁选机相继问世，其中感应辊式强磁选机应用最为广泛。但这种强磁选机仍然只有一个分选面，结构比较笨重，成本较高。60年代，根据多层感应磁极设计的强磁选机有了广泛发展，已经具备了处理能力强，分离效果好的优势，为现代高梯度磁分离机的问世了奠定了基础［2］。
　　60年代末，第一台高梯度磁选设备由麻省理工大学磁体实验室科姆教授研制成功，并提出了无铁芯高梯度磁选专利［3］。第一台工业生产用的高梯度磁分离装置是科姆和马斯顿合作研制的［4］。
　　70年代初，钢毛类微型聚磁介质与铁铠线圈相结合的kolm-Marston型现代高梯度磁分离器一经出现，就以体积小、效率高、结构简单、处理量大、维护容易、适应范围广等一系列优点［5］，使传统的磁分离发生了重大变革，故应用范围从原先陶土提纯、磁力选矿而迅速扩展到给水处理［6］、排水处理［7］、工业废水处理［8］、大气污染控制［9］等环境保护领域。
2　高梯度磁分离技术与污染控制
　　高梯度磁分离器：是一个松散地填装着高饱和不锈钢聚磁钢毛的容器，该容器被安装在通常由螺管线圈产生的磁场中。当液体中的污染物对钢毛的磁力作用大于其重力、粘性阻力及惯性力等竞争力的作用时，污染物被截留在钢毛上。分离过程可连续进行，直到通过该分离器的压力降过高或钢毛上过重的负荷降低了对污染物的去除效率。为了使分离器再生，在切断磁路后，磁力消失，被钢毛捕集到的污染物用干净的流体反冲洗下来，从而达到从流体中去除污染物的目的。采用两个平行分离器组成的、每个分离器都能按预定时间间隔进行分离的系统，就能实现连续工作。
　　高梯度磁分离技术在环境污染控制方面的应用主要是水处理和大气污染控制。国内外从70年代初开始了这项技术水在处理方面的应用，对钢铁厂、炼油厂、电镀厂、造纸厂、纺织印染厂等工业废水以及城市污水和饮用水进行了高梯度磁分离处理［10，11］，对水中各种悬浮物、重金属离子、油污、细菌、藻类、色度、浊度、有机物以及放射性等污染的去除进行了研究［12］。研究结果表明：该项技术是水处理的一条有效途径。该技术在大气污染控制中的应用主要包括燃煤脱硫和烟气除尘两个方面。
3　燃煤脱硫
　　煤中硫的形态及其比例，直接影响燃煤脱硫方法的选择。煤中的硫分以硫铁矿、硫酸盐和有机硫三种形态存在。硫铁矿一般占总硫量的50%以上，平均约70%，硫酸盐只占总硫量的一小部分［13］。有机硫和硫铁矿硫都能参与燃烧，随着煤的燃烧，生成SO2及SO3等有害气体污染大气。硫酸盐硫不参与燃烧，是灰分的一部分。硫铁矿和硫酸盐(主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在)一般具有弱磁性，而煤身是逆磁性的［14］。因此根据这种磁性的差异可利用高梯度磁分离技术脱去煤中的硫分和灰分，并且可同时脱去弱磁性颗粒物。
　　最早用磁分离法脱除煤中硫分的工作由西迪奎于1957年在一份德国专刊中叙述过，1958年前苏联尤洛夫斯基发表了一篇论文［15］。论文指出，把煤粉碎到16目以下，并用热蒸汽处理，这样煤中的黄铁矿更易磁化。然后通过一特制的磁分离器可使煤中黄铁 矿硫降低70%-85%。应用高梯度磁分离技术对煤进行脱硫分湿法和干法两种。一些研究者在这方面已经做了较多的工作。
3.1　湿法脱硫
　　湿法脱硫是把煤粉碎，在水、油或醇等液体中，制成含煤重量大约25%的煤浆，然后通入高梯度磁分离器进行分离。70年代初特林代德利用高梯度磁分离法对巴西煤进行了脱硫除灰实验［16-18］。实验所用煤样含28%-30%的灰分以及2%-3%的硫(主要是黄铁矿硫)。实验结果表明：在磁场强度20　kG，钢毛填充率9%，矿浆浓度26kg/m3，矿浆流速2.3-2.6　cm/s的条件下，黄铁矿硫的脱除率可达79.5%，而灰分的脱除性较差。并且得出结论：硫和灰分的脱除率随磁场强度的提高而增加，随煤浆通过速度的增加而减少，而煤的发热量回收率与这种变化正好相反。
　　70年代中期萨拉磁力公司的汉斯等对美国5个不同煤炭公司的煤进行了湿法脱硫除灰实验研究［19］，所有这些煤的实验是在60和90-200目的磨矿细度下完成的。煤粉加水后固体重量占30%，实验结果列于表1。在同一时期麻省理工学院的马克斯威尔等利用醇把总硫1.55%(其中无机硫1.06%、有机硫0.49%)、灰分14.6%的煤制成甲醇煤浆，用高梯度磁分离可使无机硫减少51%，灰分减少53%［20］。70年代末期奥本大学的Y·A·刘等把高梯度磁分离用于处理阿拉巴马州的半工业性工厂的液化煤脱硫，对于无机硫减少90%以上，灰分减少75%［21］。
表1　高梯度磁分离对煤湿法脱硫除灰的结果

煤样品高磁分离器入料%　高磁分离器产品%脱除率%精燃
产率
%
全硫黄铁
矿硫灰分全硫黄铁
矿硫灰分全硫黄铁
矿硫灰分
11.840.971.961.320.451.1828544072.2
21.941.2034.80.960.2824.451773054.4
31.630.8412.11.030.328.137623583.3
43.782.0329.32.530.6921.13366
