749-浮选法对粉煤灰进行脱碳改质的试验研究

中国科技论文在线浮选法对粉煤灰进行脱碳改质的试验研究李明勇，李延锋，陈文刊，徐世辉，谢彦君*作者简介：李明勇（1987-），男，矿业工程2010级硕士研究生.E-mail:[e-mail]通信联系人：李延锋（1975.7-），男，教授，粗煤泥回收.E-mail:[e-mail]（中国矿业大学化工学院，江苏徐州221008）摘要：针对目前各电厂粉煤灰烧失量较高，无法直接利用的问题，设计了一段粗选两段扫选5的脱炭工艺流程，并通过大量试验，验证了其可行性。对于普通粉煤灰，可以使烧失量在3%以下，有效的改善了粉煤灰的质量，炭的回收率可达到70%左右，使其得到了极大的回收，可以作为燃料煤使用，从而使资源的到了合理的利用，经济效益最大化。关键词：粉煤灰；脱炭；浮选；试验研究中图分类号：TD92310TheExperimentalStudyOfUsingFlotationToImproveTheQualityOfFlyAshAndDecarburizeItLiMingyong,LiYanfeng,ChenWenkan,XuShihui,XieYanjun(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,ChinaUniversityOfMineAndTechnology,15JiangsuXuzhou221008)Abstract:Aimingattheproblemthatmanyflyashescan’tbeuseddirectlybecauseofitshigherlevelsoflossonignitionwedesignedaprocesstoseparatetheflyash.Wedidmanyexperimentsandvalidatedtheprocesswhichhastwopartsthatoneisroughseparationandtheotherissweepseparationisfeasible.Itcanbeeffectivelyimprovethequalityofflyashasit20makesthelossonignitionbelow3%forordinaryflyash.Carboncanbegreatrecoverybeyond90%.Youcanuseitasfuelsothattheresourcescanberationalusedandeconomicbenefitsmaximized.Keywords:FlyAsh;Decarburization;Flotation;ExperimentalStudy250引言电力工业是我国国民经济的基础产业，大力发展电力行业，保障各行业的电力供给，在经济建设中占有重要地位和作用。我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料的火电仍是电力行业的主流。而粉煤灰，就是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。近年来，我国30的电力工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量还将逐年增加[1]，图1为2001年到2008年各年粉煤灰的排放量。大量的粉煤灰如果不加处理，则冲灰用水量和贮灰场占地面积将会大幅度增加，而且会产生扬尘，35污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。各年粉煤灰排放量而我国又是一个人均占有资源储量有限的国家。因此粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，40资源匮乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过国内外几十年的大量试验研究，粉煤灰在建材、建工、道路、填筑、农业(种植)和水污染治理等其他许多行业得到了广泛的应用。作水泥混合材的粉煤灰技术要求如表1所示，作混凝土掺和料的粉煤灰技术要求如表2所示。表1作水泥混合材的粉煤灰技术要求45序号指标级别Ⅰ级别Ⅱ1烧失量/%≤5≤82含水量/%≤1≤13三氧化硫量/%≤3≤3428d抗压强度比≥75≥62表2作混凝土掺和料的粉煤灰技术要求序号指标级别Ⅰ级别Ⅱ级别Ⅲ1细度（45µm方孔筛）/%≤12≤20≤452需水量/%≤95≤105≤1153烧失量/%≤5≤8≤154含水量/%≤1≤1不作规定5三氧化硫量/%≤3≤3≤3粉煤灰中的炭是粉煤灰的重要化学成分。它的存在不仅浪费了资源，还使粉煤灰的品质降低。因此，对粉煤灰中的炭含量作了严格的规定，以烧失量表示。实际上炭含量和烧失量50是两个不同的概念，但就粉煤灰而言，炭含量和烧失量在数值上基本相等，因此粉煤灰中的炭含量可以用烧失量表示[2]。粉煤灰用于生产水泥时，通常认为，烧失量高的粉煤灰含碳量大，需水量高，严重影响粉煤灰水泥制品的强度，造成水泥的稳定性下降。而在混凝土方面炭含量的增加，使混凝土的需水量增加，密实度降低，还会明显地影响引气剂、减水剂等外加剂的掺量以及混凝土外观的颜色和均匀性。炭粒往往又会在泌水过程中逐渐与浆体分离，55上升到混凝土的面层，影响面层混凝土的质量。在混凝土中普遍使用引气剂国家的经验证实，％，就会严重影响对混凝土含气量的控制。鉴于以上种种不利因素，不能不强调将炭看作是一种有害的成分，其含量越少越好。而反过来粉煤灰中的炭大多呈海绵状或蜂窝状，疏松多孔，亲油疏水，具有良好的吸附活性，可以用于生产活性炭，品质差一点的也可以当作燃料使用[3][4]。因此通过特定的分选方法将粉煤灰中的炭脱去，不仅可以60提高粉煤灰的品质，还能回收利用这部分炭，充分利用这部分能源，使经济效益最大化。本文通过大量试验研究，探索出了一种浮选法对粉煤灰进行脱炭的工艺，使粉煤灰中的炭含量降低到3%以下。1粉煤灰的物理化学性质1.1粉煤灰的物理性质65煤粉炉的粉煤灰是一种高度分散的微细颗粒集合体，按照粉煤灰颗粒形貌，可将粉煤灰颗粒分为3类：玻璃微珠、海绵状玻璃体、炭粒。若按比重可分出飘珠、轻珠和沉珠[2]。其基本物理性质如表3所示。表3粉煤灰的物理性质项目范围均值密度/（g·cm-3）1.9-2.92.1堆积密度/（g·cm-3）0.531-1.2610.780氧吸附法800-19500034000比表面积/（cm2·g-1）透气法1180-65303300原本标准稠度（%）27.3-66.748.0需水量（%）89-13010628d抗压强度比（%）37-85661.2粉煤灰的化学性质70不同来源的煤和不同燃烧条件下产生的粉煤灰，其化学成分差别很大。表4是我国部分燃煤电厂粉煤灰化学成分统计结果[6]。表4粉煤灰的化学性质成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O及K2OSO3烧失量含量40-6020-304-102.5-70.5-2.50.5-2.50.1-1.53-30752浮选试验研究2.1原料与仪器设备原料：北京某电厂新坑和老坑的粉煤灰样及贵州某电厂粉煤灰样。试验浮选机：XFDⅡ型变频调速单槽浮选机。测烧失量及灰分仪器设备：高温马弗炉、电子天平。802.2浮选流程脱炭工艺流程如图3-1所示[2][5]。粉煤灰样以30%的浓度加水混合后，倒入到1.5L浮选槽进行搅拌混匀，2min后加入捕收剂煤油，继续搅拌2min，加入起泡剂仲辛醇，再搅拌10秒钟，然后充气开始粗选，得到产品粗选精灰和粗选精炭[1]。对粗选精炭进行第一次扫选，得到灰1和扫选精炭1。继续对85扫选精炭1再进行第二次扫选，得到灰2和最终精炭。粉煤灰脱炭工艺流程流程特点：本流程是在分步释放试验的基础上进行的优化改进，粗选精灰、灰1、灰2可以根据其烧失量的大小进行掺配，以符合具体的要求为基准。而且可以根据生产结果对粉90煤灰的浮选效果进行评价，进一步指导生产。2.3试验结果2.3.1北京新坑粉煤灰试验结果表5北京新坑试验结果（浓度30%，油比9:5）95浮物累计沉物物累计分选次数产品重量（g）产率（%）灰分（%）烧失量（%）混合后烧失量（%）产率（%）灰分（%）产率（%）灰分（%）次数精炭产率（%）精炭58.9213.2956.8043.2813.2956.80100.0092.32313.29灰25.971.3587.5611.6614.6359.6386.7197.76214.63灰117.894.0387.4711.5318.6765.6585.3797.92118.67粗选精灰360.7281.3398.441.962.56100.0092.3281.3398.44总计443.5100.0092.327.97表6北京新坑分步释放曲线坐标数据计算精炭产率灰分曲线精灰产率灰分曲线分选次数精炭产率曲线灰分（%）产率（%）灰分（%）产率（%）次数产率（%）56.8013.2992.320.00181.3359.6314.6397.7613.29285.3765.6518.6797.9214.63386.7192.32100.0098.4418.67可知，粗选精灰、扫选精灰1和扫选精灰2混合后烧失量为2.56%3%，是合格的Ⅰ级粉煤灰。最后所得精炭灰分为56.86%，可以作为燃料煤使用。最终所得炭的回收率ε为：%72.74%100)32.92100(100)80.56100(29.13=−−==xxx原样炭原样精炭精炭λγλγε2.3.2北京老坑粉煤灰试验结果105表7北京老坑试验结果（浓度30%，油比9:5）浮物累计沉物物累计分选次数产品重量（g）产率（%）灰分（%）烧失量（%）混合后烧失量（%）产率（%）灰分（%）产率（%）灰分（%）次数精炭产率（%）精炭61.7614.0356.4543.5814.0356.45100.0091.55314.03灰27.521.7184.3615.7115.7459.4885.9797.28215.74灰122.615.1492.957.4420.8767.7284.2697.54120.87粗选精灰348.3779.1397.842.222.80100.0091.5579.1397.84总计440.26100.0091.558.52表8北京老坑分步释放曲线坐标数据计算精炭产率灰分曲线精灰产率灰分曲线分选次数精炭产率曲线灰分（%）产率（%）灰分（%）产率（%）次数产率（%）56.4514.0391.550.00179.1359.4815.7497.2814.03284.2667.7220.8797.5415.74385.9791.55100.0097.8420.87可得，粗选精灰、扫选精灰1和扫选精灰2混合后烧失量为2.80%3%，是合格的Ⅰ级粉煤灰。最后所得精炭灰分为56.45%，可以作为燃料煤使用。最终所得炭的回收率ε为：115%32.72%100)55.91100(100)45.56100(03.14=−−==xxx原样炭原样精炭精炭λγλγε2.3.3贵州粉煤灰试验结果表9贵州试验结果（浓度30%，油比9:5）浮物累计沉物物累计分选次数产品重量（g）产率（%）灰分（%）烧失量（%）混合后烧失量（%）产率（%）灰分（%）产率（%）灰分（%）次数精炭产