【正文】 現(xiàn)了工業(yè)化生產。粉煤灰中含有 Al2O Fe2O Si2O鍺（ Ge）、鎵（ Ga）、釩（ V）等有用物質。 （ 3）以粉煤灰為回填料，應用于煤礦采空區(qū)回填，控制地表沉陷，以粉 煤灰為原料制備聚合物復合材料，纖維材料等。 (2)粉煤灰綜合利用途徑相對狹窄，國內粉煤灰綜合利用主要集中在筑路和建工建材領域，在其它領域使用較少，在化工工業(yè)和環(huán)保領域的使用也只處于起步階段。 (4) 政策落實難，利用工作不盡人意。 粉煤灰浮選脫碳技術的研究是粉煤灰綜合利用研究的主要組成部分，目前，國內粉煤灰綜合利用尚處于探索和發(fā)展階段，我國粉煤灰綜合利用的途徑還很單調，與發(fā)達國家相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在在影響粉煤灰質量的煤燃燒技術、粉煤灰收集與分選技術，以及粉煤灰制品的質量控制體系，比如技術標準、規(guī)范、質量檢測等方面 [7,8]。 粉煤灰全球形勢與背景 粉煤灰排放量驚人，已成工業(yè)固體污染之首。粉煤灰是火力發(fā)電的必然產物，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，且每消耗 4 噸煤就會產生 1 噸粉煤灰。 中國的火電裝機容量從 2021 年起呈現(xiàn)出爆炸式的增長，因此，粉煤灰排放也在過去內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 10 年內增長了 3 倍。目前， 21 世紀我國年粉煤灰排放量將達到 16 億 t，全球粉煤灰的排放量之大，占地之廣，已經對環(huán)境造成了很大的危害。 就包頭市來講，目前全市共有 4 個灰場，累計粉煤灰堆放量為 4500 萬 t 左右，全部為電廠的濕排灰，碳含量都在 14%左右，新排粉煤灰中，老機組仍然采用的是濕式排灰，品質仍然屬于碳含量高的Ⅲ級粉煤灰。粉煤灰較高的燒失量（燒失量， Loss on ignition，縮寫 為 LOI，即將在 105～ 110℃烘干的原料在 1000～ 1100℃灼燒后失去的重量 百分比 ） 嚴重制約了包頭粉煤灰的商品化和綜合利用。 選題的必要性和意義 粉煤灰資源化過程所遇到的主要問題是含碳超過標準。含碳量較高，燒失量也高，這樣對混凝土、水泥制品等產品的內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 耐久性影響較大，不適宜直接用于混凝土和水泥制品中，嚴重制約粉煤灰的綜合利用與商品化。為此，制磚用粉煤灰含碳量一般控制在不大于 10% 。 目前，粉煤灰綜合利用存在如下問題：①粉煤灰各種成分都是可以單獨利用的資源或能源財富，但由于建筑行業(yè)對選礦不了解，目前利用的灰大部分為原灰，致使原灰中各種有用的成分互相混雜，不但發(fā)揮不出各自的作用，而且互相危害與互相影響。為了解決這些問題，需要對粉煤灰分選后進行綜合利用研究 [12]。根據(jù) GB15961991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，水泥混合材用粉煤灰燒失量≤ 5%為Ⅰ級灰，≤ 8%為Ⅱ級灰；混凝土摻合料用粉煤灰燒失量≤ 5%為Ⅰ級灰，≦ 8%為Ⅱ級灰，≤ 15%為Ⅲ級灰；根據(jù) JC4091991《硅酸鹽建筑制品粉煤灰》，燒失量≤ 7%為Ⅰ級灰，≤ 12%為Ⅱ級灰，≤ 15%為Ⅲ級灰 [13]。根據(jù)國內外試驗研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰堆放的地方地下水都受到了不同程度的污染，比較明顯的是使 pH值升高，有毒有害的鉻、砷等元家含量增加。 盡管粉煤灰在各領域的應用中存在著明顯的缺點和不足，但隨著粉煤灰應用研究的逐漸擴展與深入，將會不斷的克服這些缺點，實現(xiàn)大規(guī)模的使用。由此可見，粉煤灰綜合利用不論是從節(jié)約土地、保護環(huán)境的基本國策角度，還是從節(jié)約用水、堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度，都是十分必要的，都具有現(xiàn)時的和長遠的意義。 粉煤灰浮選脫碳的研究，使粉煤灰商品化，對減少 排土占地和減輕對生態(tài)環(huán)境的破壞有重要的作用， 從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度，也都是十分必要的，具有現(xiàn)實的和長遠的意義。 國內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。 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。 長沙礦冶研究院在對木安電廠粉煤灰性質分析的基礎，經過“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。同時采用浮選一脫泥流程，得到產率為 30％、微珠純度達 94％的高檔微珠及一定數(shù)量的中、低檔微珠。其工藝 流程見圖 11。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，再經搖床精選，可得到純度為 96％、84％的高、中檔磁珠產品。 內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。 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。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 [17]。 一方面 ,產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。 ,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。 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蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 分。目前粉煤灰浮選工藝從煤炭一段浮選工藝發(fā)展而成。干選法在實際應用過程中雖具有工藝簡單、生產成本低廉等優(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。 （ 1） 總結目前國內外 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。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。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?；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。 由于粉煤灰經過煤炭高溫燃燒，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。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。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。 內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。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。 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。 多路真空過濾機 大盤直徑 260mm,容量 4 L，礦漿濃度 10% ～ 30%。 電子天平 量程 210g，可讀性 ，秤盤尺寸 90mm，平均響應時間3s。然后再放入高溫爐中灼燒，冷卻稱量，直至恒重。 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。 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。 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。 內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。 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。 內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。利用振動篩經篩分，其中 粒級的物料顏色較白，后經測得燒失量為 %，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率、燒失量 粒級 /mm + + + + + 合計 產率 /% 100 燒失量 /% 圖 31 粉煤灰各粒級產率 由表 3圖 31 可以看出 :小于 產率為 %,屬于細級灰 ,且隨粒度變細 ,含炭量降低 ,另外 即 400 目的細粒級灰燒失量為 %，參照 GB15961991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標準可知該粒級粉煤灰可作為Ⅱ級灰，這是由于粒度越細，燃燒狀況改善 , 炭珠燃燒完全則殘?zhí)甲兩佟? 在實驗室采用原有粉煤灰礦樣進行浮選，不管是更換捕收劑、起泡劑種類，還是調節(jié)藥劑的用量，改變浮選藥劑作用時間、浮選時間即刮泡時間，還是調節(jié)礦漿濃度，做了十余次實驗粗選精礦的產率都只有 7%～ 10%，且粗選精礦燒失量只有 12%～ 15%，再選掃選效果也都不好。筆者大膽地將原樣粉煤灰除去 這一粒級，將去除后的粉煤灰作為入 選物料，這樣的浮選效果果然好了很多，入選物料的粒度組成則變?yōu)槿绫?32。對于 + 與 + 兩個粒級 , 其中前者屬于浮選較容易的粒度范圍 ,后者粒度相比不是太細，試驗驗證，經調整浮選的藥劑制度工藝流程及改善浮選操作條件可實現(xiàn)粉煤灰深度脫碳。新鮮的煤粒表面有一層有機油類化合物 ,表現(xiàn)為強的天然疏水性；而在 200℃溫度下的氧化煤粒 ,其天然疏水性差。這些因素削弱了煤和矸石之間可浮性的差別 ,給浮選法回收碳帶來了一定難度 ,這就需要選擇優(yōu)良的浮選藥劑來改善和強化浮選過程。利用實驗室小型浮選機在不同條件下進行浮選單因素試驗 ,確定出較佳的工作條件。非離子型捕收劑主要是非極性烴類油和不溶性的酯類，前者本身是非極性物質，主要用于分選非極性礦物，如煤、石墨等，后者用于分選重金屬硫化礦 [23]。而起泡劑是在浮選礦漿經捕收劑和調整劑處理后，礦物的表面性質已達到了浮選要求的條件下，加入起泡劑就能形成泡沫。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 捕收劑的 選擇 ? 通過查閱資料得知，由于粉煤灰粒度細 ,且在水中浸泡和自然風化表面氧化 ,表面氧化負電性增強 ,它的浮選效果不比未燃燒過的炭。分別將富集泡沫炭液和尾灰用濾紙在多路真空過濾機上過濾，干燥后測得相應產率及燒失量，試 驗結果見表 33。 起泡劑的選擇 在確定輕柴油做捕收劑以后 ,選用 2油、仲辛醇進行起泡劑的選擇試驗 , 柴油1400g/t，起泡劑 500g/t，礦漿濃度依然調整為 100g/L,礦漿攪拌 3min,加捕收劑攪拌 2min,加起泡劑攪拌 1min,刮泡 5min。 內蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 圖 33 起泡劑種類試驗結果 /% 如圖 33 可得出，相同數(shù)量的 2油和仲辛醇對該粉煤灰 泡沫產品及尾礦的產率和燒失量作用效果差別不大，另外在實驗室條件下， 2油易得，所以該實驗選擇 2油作起泡劑。根據(jù)相關文獻 , 由于粉煤灰的氧化 , 粉煤灰中炭表面疏水性變差使得浮選效果不好 , 柴油用量分別設定為1200g/t、 1300g/t、 1400g/t、 1500g/t、 1600g/t和 1700g/t 進行考察 , 2油用量 400g/t 其他試驗條件同上 , 結果見表 34，為凸顯出效果特作出圖 3圖 35。改變藥劑用量時 , 精炭的回收率和品位隨著藥劑量的增加而提高。這說明粉煤灰對藥劑的反應活性存在一個最佳值 , 藥劑用量并不是越多越好 , 在 1500 g/t 左右基本上達到了合適的值 ,因此 , 可以根據(jù)精礦 質量來確定合適的藥劑用量。 表 35 2 油用量試驗結果 尾礦指標/% 2油用量 g/t 300 400 500 600 700 800 產率 /