【文章內(nèi)容簡介】 值。 國內(nèi)外粉煤灰分選工藝研究概況 目前世界各國主要采用浮選法脫碳，燃燒法、電選法仍處于實驗室與半工業(yè)試驗階段。粉煤灰的分選按分 選介質的不同，目前可分為以空氣為介質的干法分選工藝（一般適用于干法排灰的電廠）和以水為介質的濕法分選工藝（一般適用于濕法排灰的電廠），從分選效果來看濕法分選工藝優(yōu)于干法分選工藝 [15]。 加強粉煤灰的綜合利用粉煤灰中含有多種可利用的元素，這些元素的回收都要用濕法冶金的技術 (即濕式處理 )；而浮選 — 冶金技術組合，可為這種利用提供最佳工藝。 國內(nèi)長沙礦冶研究院、北京石景山電廠、株洲電廠、北京科技大學 (原北京鋼鐵學院 )礦業(yè)研究所、核工業(yè)部北京第五研究所等單位都不同程度地開展了粉煤灰浮選脫碳方法和工藝的研 究。 長沙礦冶研究院在對木安電廠粉煤灰性質分析的基礎，經(jīng)過“一粗一精 — 掃”浮選流程，可得到可燃體為 85％以上的高級精炭，用來制造活性炭。脫炭后的后灰的可燃物含量由原灰的 36％降到 5％左右。同時采用浮選一脫泥流程，得到產(chǎn)率為 30％、微珠純度達 94％的高檔微珠及一定數(shù)量的中、低檔微珠。 北京科技大學 (原北京鋼鐵學院 )對棟洲電廠在對本廠粉煤灰進行干法電選脫炭試驗的同時，還利用粉煤灰與炭粒表面性質的差異對水膜除塵器收集的粉煤灰進行了濕法浮內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 選脫炭的試驗，獲得了發(fā)熱量 23023N／ k 以上的精炭 [16]。其工 藝流程見圖 11。 圖 11 株洲電廠浮選脫碳工藝流程 北京石景山電廠采用漂洗一磁選一分級工藝流程處理本廠粉煤灰得到了純度分別為98％、 95％、 86％的厚壁微珠，總回收率達 ％。北京石景山電廠粉煤灰研究表明：在選炭和微珠之前，采用常規(guī)磁選設備進行磁選，再經(jīng)搖床精選，可得到純度為 96％、84％的高、中檔磁珠產(chǎn)品。 近年來，浮選柱分選技術取得了重大突破，在處理極細物料方面，更是效果 突出，于是浮選柱在產(chǎn)業(yè)化方面取得了巨大進展，采用浮選機和旋流 靜態(tài)微泡浮選柱來進行粉煤灰的浮選脫碳研究。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 粉煤灰除炭原理和方法 粉煤灰除炭原理 粉煤灰資源化過程所遇到的主要問題是碳含量超標，因此 ,脫炭好壞成為粉煤灰能否綜合利用的關鍵問題。這樣就能 回收未燃盡的炭粒，更重要的是這些炭大多呈海綿狀或蜂窩狀，疏松多孔，親油疏水，具有良好的吸附活性，可以用于生產(chǎn)活性炭。 炭粒表面疏水親氣 ,容易與氣泡附著上浮 ,這同粉煤灰中的硅酸鹽表面具有較強的潤濕性有很大的差異 ,利用這個差異采用浮選易分離出炭來。 浮 選法就是根據(jù)粉煤灰中炭粒與其他礦物表面潤濕性差異，通過加入捕收劑和起泡劑等將炭粒呈泡沫層分離出來的工藝方法。相關研究證明，粉煤灰中炭粒的表面潤濕性和可浮性與煤炭類似，其接觸角在 60176。左右，而粉煤灰中其他顆粒的接觸角較小，只有 10176。左右 [17]。因此，在泡沫浮選過程中，由于炭粒具有較大的接觸角，故能粘附于氣泡表面浮出灰漿液面 , 而粉煤灰中的其他顆粒接觸角較小，不能粘附于氣泡表面而仍然留在灰漿中。 一方面 ,產(chǎn)生粉煤灰的原為無煙煤 ,從各種牌號煤炭的接觸角數(shù)據(jù)可看到 ,煉焦煤、肥煤、瘦煤的接觸角均大于 80176。 ,具有 最好的可浮性 ,而無煙煤的接觸角僅為 73176。 ,可浮性較差；另一方面 ,煤灰在水中浸泡和在自然界風化過程中所產(chǎn)生的氧化作用使煤粒表面負電性增加 ,從而增強了它表面的親水性。這些因素削弱了未燃盡炭粒和尾灰之間可浮性的差別 ,給浮選法回收炭帶來了一定難度 ,但選擇優(yōu)良的浮選藥劑來改善和強化浮選過程， 在浮選藥劑的作用下，這種潤濕性差別還是可以增大，從而實現(xiàn)炭粒與其他顆粒有效地分離 [18]。 粉煤灰除炭方法 當今世界上降低粉煤灰炭含量的方法主要有 2 種：①排灰前降低炭含量，即進行鍋爐改造以提高煤粉燃燒效率；②對高炭粉煤灰采用 一定工藝和方法，將其中未燃盡炭除掉一部內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 分。主要實用技術有：燃燒法、電選和浮選法 [19]。目前粉煤灰浮選工藝從煤炭一段浮選工藝發(fā)展而成。如甘肅白銀公司動力廠原灰含炭量平均為 35%左右，經(jīng)浮選后含炭量降到 5%以下 [20]。干選法在實際應用過程中雖具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點， 但幾十年來，我國堆放的粉煤灰，多數(shù)是用浮選法來處理的，因此，預計浮選法在粉煤灰的分選中還將發(fā)揮應有的作用。 課題研究主要方法和思路 本 粉煤灰浮選脫碳技術研究的課題，利用查閱資料、理論分析、實驗室研究等手段，并運用礦石學基礎、 篩分分 析法、 碎礦與磨礦技術、固體物料分選學、浮游選礦、實驗研究方法等基礎學科知識，通過實驗并結合前人研究成果， 從分析原料粉煤灰浮選特征入手，以浮選藥劑、充氣量、濃度等基本浮選工藝條件和浮選流程為研究對象， 全面論證粉煤灰浮選脫碳技術方案的可行性，提出有效實施方案。 （ 1） 總結目前國內(nèi)外 粉煤灰 利用的現(xiàn)狀 、 技術途徑 和粉煤灰浮選脫碳的研究現(xiàn)狀； （ 2） 明確 粉煤灰 的 產(chǎn)生 機理 ，了解 礦物組成、化學成分 等粉煤灰的理化特性； （ 3） 根據(jù)理化特性分析結果，重新選取了入選粉煤灰物料，初步確定可行性技術方案粉煤灰浮選脫碳，為其下一步的研究提 供技術依據(jù)； （ 4）粉煤灰浮選脫碳技術進行脫碳實驗，確定出比較合理的的工藝流程和藥劑制度，為其商業(yè)化應用做好鋪墊。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 查閱文獻資料進行實際調研發(fā)現(xiàn)問題解決問題實驗驗證全國每年從電站粉煤灰中流失數(shù)百萬噸的煤炭，煤炭資源白白流失造成極大浪費粉煤灰含碳量高，不適宜直接用于制造水泥等商品，需進行脫碳處理通過粉煤灰浮選脫碳技術，可將粉煤灰的含碳量大幅度降低，可將粉煤灰資源化采用“一精一粗一掃”浮選工藝，可得到精炭、中間產(chǎn)品、尾灰三產(chǎn)品 圖 12 實驗技術思路 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 第二章 試驗前的準備 粉煤灰理化性質分析 粉煤灰是火力發(fā)電的必然產(chǎn)物，是煤炭在發(fā)電廠鍋爐中燃燒后排放的一種人造火山灰材料，每消耗 4 噸煤就會產(chǎn)生 1 噸粉煤灰。粉煤灰中未燃盡的碳粒，一般聚集在比較粗的粉煤灰顆粒中，呈多孔狀居多，呈碎屑狀次之。碎屑狀碳粒基本上未燃燒，而保留原煤粉的形狀。粉煤灰的結構是在煤粉燃燒和排出過程中形成的，比較復雜。在顯微鏡下觀察，粉煤灰是 晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個復合結構的混合體?；旌象w中這三者的比例隨著煤燃燒所選用的技術及操作手法不同而不同。其中結晶體包括石英、莫來石、磁鐵礦等；玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規(guī)則孔隙少的小顆粒、疏松多孔且形狀不規(guī)則的玻璃球體等；未燃炭多呈疏松多孔形式。 由于粉煤灰經(jīng)過煤炭高溫燃燒，部分晶體熔融組合，是一種多種顆粒組成的混合物，顏色從乳白色到灰黑色不同，主要由玻璃微珠、海綿狀玻璃體、石英、氧化鐵、碳粒及硫酸鹽組成。密度由于組成成分不同而相差很大，一般來說高鈣粉煤灰密度較高，可達～ 2. 8g/cm3，低鈣粉煤灰密度較小，堆密度在 ～ 。吸附性由于玻璃微珠含量較大而差于沸石、硅藻土等常用非金屬礦物吸附劑。 我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為： SiO Al2O FeO、 Fe2O CaO、 TiO MgO 、K2O、 Na2O、 SO MnO2等，此外還有 P2O5等。不同地區(qū)、不同種類的粉煤灰中礦物成分差異較大，這種差異使得不同的粉煤灰的使用效果、資源化程度差異比較大。 Jian Zhang 等曾對我國粉煤灰化學成分進行測定和主要元素組成 [21]，如表 21 和表 22 所示。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 表 21 粉煤灰的主要化學成分 成分 含量 /% 成分 含量 /% SiO2 CaO Al2O3 MgO Fe2O3 SO3 表 22 粉煤灰的主要元素組成 元素 含量 /% 元素 含量 /% O ～ Fe ～ Si ～ Ca ～ Al ～ K ～ 粉煤灰的 物理性質中，細度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質，粉煤灰越細，細粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應，而化學成分影響后期的反應，影響其制品強度。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 試驗用主要儀器 表 23 試驗用主要儀器與參數(shù) 試驗儀器 儀器參數(shù) XFD 系列單槽浮選機 容積 L，葉輪轉速 2590 r/min，葉輪直徑 45mm,刮板轉速 30 r/min，給礦粒度≤ ，功率 90 w。 XSB70B 標準振動篩 篩子直徑 200mm,搖動次數(shù) 221 次 /分 ，振擊次數(shù) 147 次 /分，振幅 5mm。 箱式電阻爐 額定溫度 1200 ℃，額定 電壓 220V ， 爐膛尺寸：300200120 mm， 功率 4 KW， 溫度精度 1℃ 左右 。 多路真空過濾機 大盤直徑 260mm,容量 4 L，礦漿濃度 10% ～ 30%。 電熱恒溫鼓風干燥箱 溫度范圍 50～ 300℃， 內(nèi)膽尺寸 450550550mm ，額定電壓220V，頻率 50HZ， 溫度分辨率 ℃。 電子天平 量程 210g，可讀性 ，秤盤尺寸 90mm，平均響應時間3s。 相關試驗參數(shù)的測定方法 燒失量測定方法步 驟 準確稱取 克試樣，置于已灼燒恒重的瓷坩堝中，在 950～ 1000℃的高溫下灼燒30 分鐘，取出，稍冷，置于干燥器冷至室溫，稱量。然后再放入高溫爐中灼燒，冷卻稱量，直至恒重。 燒失量的百分含量按下式計算： 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 燒失量％＝ 1001 ??GGG （ 21） 原料燒失量的分析有其特殊意義，它表征原料加熱分解的氣態(tài)產(chǎn)物和有機質含量的多少，從而可以判斷原料在使用時是否需要預先對其進行 煅燒 ，使原料體積穩(wěn)定。 灰分測定方法 箱式電阻爐測灰分 815℃， 總灰分測定法測定用的供試品須粉碎，混合均勻后，取供試品 2～ 3 克置熾灼至恒重的坩堝中，稱定重量（準確至 克），緩緩熾熱，注意避免燃燒，至完全炭化時，逐漸升高溫度至 500～ 600℃ ，使完全灰化并至恒重。根據(jù)殘渣重量，計算供試品中含總灰分的百分數(shù)。 試驗思路及方案 本課題從分析原料粉煤灰的理化性質入手，浮選脫碳工藝以浮選藥劑、充氣量、 濃度等基本浮選工藝條件和浮選流程為研究對象。實驗 關鍵：粉煤灰浮選脫碳工藝流程的確定，并確定最佳的浮選試驗條件，藥劑及用量，礦漿的濃度，浮選時間，并為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。 試驗根據(jù)對試樣的粒度分析 ,并根據(jù)實驗室條件，確定采用浮選工藝對粉煤灰進行脫碳處理。首先 ,對粉煤灰進行粗選試驗 ,通過試驗從煤油和輕柴油中選擇效果較好的捕收劑 , 從 2油和仲辛醇中選擇效果較好的起泡劑 ,并通過條件試驗確定比較合理的藥劑用量和浮選時間；再根據(jù)條件試驗確定的藥劑用量和浮選時間，進行綜合流程試驗，以確定合理的粉煤灰浮選工藝；最 后采用最終浮選工藝，對粗選產(chǎn)生的精礦進行精選實驗，提高精礦的含碳量；對粗選尾礦進行掃選試驗 ,進一步降低粉煤灰中的含碳量；使得精選精礦和掃選尾礦的燒失量都達到一定的標準，為選擇實際生產(chǎn)中的工藝流程提供理論依據(jù)，并有一定的市場價值。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 小節(jié) 隨著 技術的進步，電廠排出粉煤灰的碳含量逐年降低，本課題選用 粉煤灰原料 顏色呈灰色和灰白色， 顏色較淺，碳含量較低，給浮選脫碳實驗要有一定難度。 粒度過細會影響浮選效果，實驗要避免物料粒度過細。 在實驗室要學會自己創(chuàng)造條件如：藥劑使用藥用針管進行添加， 藥劑用量的確定，對于柴油 100 滴是 ， 2 油是 ，然后進行換算每次實驗要加多少藥劑。 做一個研究者，要有耐心，灰分和燒失量的測定，燒后冷卻稱量再燒再稱量，直至恒重，這樣會需要多次 灼燒多次稱量 。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 第三章 粉煤灰浮選脫碳試驗 粉煤灰的粒度特性分析與入選粉煤灰物料的確定 實驗采用的粉煤灰是來自包頭鋁廠 3粉煤灰，顆粒的顏色呈灰色和灰白色 ,含水時呈黑灰色。根據(jù)現(xiàn)有資料，包頭鋁廠的粉煤灰除含有一部分未燃盡的細小炭粒外 ,大多是SiO2 和 Al2O3 的固溶體以及石英砂粒、莫來石、 多孔玻璃體等物質組成。利用振動篩經(jīng)篩分，其中 粒級的物料顏色較白，后經(jīng)測得燒失量為 %，對試樣進行粒度分析得出該灰粒度特性如表 31 表 31 原粉煤灰物料各粒級產(chǎn)率、燒失量 粒級 /mm + + + + + 合計 產(chǎn)率 /% 100 燒失量 /% 圖 31 粉煤灰各粒級產(chǎn)率 由表 31