粉煤灰浮选脱碳技术研究-矿业与能源工程等专业毕业设计-毕业论文.doc

内蒙古科技大学本科生毕业论文粉煤灰浮选脱碳技术研究摘要粉煤灰曾作为燃煤企业的固体废弃物，随着先进关键技术的研发和推广，现在对于粉煤灰的开发利用逐步展开。粉煤灰的含碳量高，烧失量也高，严重制约粉煤灰的综合利用与商品化。为了降低粉煤灰中的含碳量和充分利用资源，本文将从粉煤灰的结构、用途等方面来描述粉煤灰的利用现状、研究动态与最新进展，预测粉煤灰综合利用的发展趋势和应用前景，并确定了从粉煤灰中除去未燃烬炭的比较合理的浮选实验工艺。笔者进行了大胆地尝试，在实验室原有粉煤灰原料的基础上，重新选定粉煤灰实验入选物料，以轻柴油为捕收剂, 2#油作起泡剂，采用“一粗一精一扫”浮选流程，可使精选精矿烧失量达到50%以上, 扫选尾灰烧失量在5%以下, 尾灰产率约32.77%，使得达到一定的标准，有一定的市场价值。关键词：粉煤灰 脱碳 浮选The Technology of Removing Carbon from Fly Ash by FlotationAbstract Fly ash was used as solid waste coal enterprises, with advanced technology development and promotion, now for the development and utilization of fly ash spread out stage by stage. Fly ash carbon content is high, loss is also high, seriously restricting the comprehensive utilization of powdered coal ash and commercialization. In order to reduce the carbon content in fly ash and make full use of resources, this paper will from fly ash by structure, application and other aspects to describe ash utilization status, research trends and latest progress in comprehensive utilization of fly ash, forecast the development trend and application prospects, and determining the ash removing unburned carbon flotation experimental technology. The author undertook bold attempt, in the laboratory of raw materials on the basis of original fly ash, fly ash to selected experimental selected material, with light diesel oil as collector, 2# oil as foaming agent, using a coarse fine sweep flotation process, can make the selected ore loss reaches above 50%, scavenging tail ash burning loss amount is in 5% the following, tail ash yield of about 32.77%, which achieved the certain standard, have a certain market value.Keywords：Fly Ash, Removing Carbon, Flotation目 录摘要AbstractII第一章 绪 论11.1 课题的提出背景11.1.1 粉煤灰的产生与研究历史渊源11.1.2 粉煤灰的用途及利用存在问题11.1.3 粉煤灰全球形势与背景31.2 选题的必要性和意义41.3 国内外粉煤灰分选工艺研究概况61.4 粉煤灰除炭原理和方法81.4.1 粉煤灰除炭原理81.4.2 粉煤灰除炭方法81.5 课题研究主要方法和思路9第二章 试验前的准备112.1 粉煤灰理化性质分析112.2 试验用主要仪器132.3 相关试验参数的测定方法132.3.1 烧失量测定方法步骤132.3.2 灰分测定方法142.4 试验思路及方案142.5 小节15第三章 粉煤灰浮选脱碳试验163.1 粉煤灰的粒度特性分析与入选粉煤灰物料的确定163.2 浮选药剂的选择与分析183.2.1 捕收剂的选择193.2.2 起泡剂的选择193.3 粗选药剂用量试验与分析203.3.1 捕收剂用量试验203.3.2 起泡剂用量试验223.4 矿浆浓度条件试验233.5 粗选时间对浮选的影响253.6 浮选机充气量对浮选的影响263.7 精选试验273.7.1 精选工艺的重新探索273.7.2 精选时间对粉煤灰浮选效果的影响273.8 扫选试验293.9 小结31第四章 总 结324.1 实验最终产品指标和工艺流程324.2 技术指标334.3 主要创新点334.4 感想与展望34参考文献35附录A37附录B45致 谢51 内蒙古科技大学本科生毕业论文第一章 绪 论1.1 课题的提出背景1.1.1 粉煤灰的产生与研究历史渊源 国内外对粉煤灰的研究，可追溯到1920年以后的电厂大型锅炉革新，那时开始了燃烧煤粉，也就有人开展了这方面的研究。但真正引起人们重视是在20世纪50年代之后，尤其是70年代中期石油危机之后，许多国家发电厂的燃料结构发生了变化，都转向以煤炭为主要燃料。随之而来的是大量灰渣的排放，这进一步促使更多的人重视粉煤灰资源综合利用。于是在一些工业发达国家，也就形成了这样一个粉煤灰综合利用的新兴产业。例如：以美国国家灰渣协会为主的一些单位，自1967年以来以连续召开了多届粉煤灰渣利用会议，并在1974年就把粉煤灰列为国家最丰富的第七位固体矿物资源1,2。 我国粉煤灰利用起始于20世纪50年代，并于60年代设定了专门机构，开展了这方面的工作。最初的发展方向是制作建筑制品和建筑材料，但进展较缓慢。1979年以前的利用率还不及10%。作为一项重大的经济政策，并提到战略高度，则是在改革开放以后，国家和地方制定了一系列鼓励粉煤灰资源综合利用政策，这有力的推进了粉煤灰的利用，1995年粉煤灰的利用率上升到41.7%3。1.1.2 粉煤灰的用途及利用存在问题 由于粉煤灰性能稳定、价格低廉，其综合利用主要是在建材、建工、道路、填筑、农业和其他等方面。在建材方面，主要用作水泥原料、水泥混合料、建筑砌块、加气混凝土制品、烧结粉煤灰砖、烧制陶粒等；在建工方面，主要用于混凝土和砂浆，其中包括大体积混凝土、泵送混凝土、高标号混凝土、低标号混凝土、砌筑砂浆、抹灰砂浆等；在道路建设方面，主要用于路面基层、路堤、路面等；在填筑方面，主要用作回填、水坝填筑、矿井回填等；在农业(种植)方面，主要用于改良土壤、制作农肥、农药载体等。贾得义等4利用焦作电厂产生的粉煤灰对重黏土地进行改良，试种小麦，试验结果显示，施用粉煤灰比不施粉煤灰的小麦产量有明显增加；在一定的施用量范围，施粉煤灰多少与小麦产量呈正相关关系。在其他方面，主要用于提取有用物质，如提取微珠、炭、铁、铝等，以及利用粉煤灰表面积大、孔隙多、吸附性能好的特点，可处理各种工业污染。粉煤灰在制备新型材料方面也具备一定用途。美国学者Lu Zhe 等研究将精细煤粒燃烧后产生的粉煤灰用于制备聚合物复合材料。在韩国，Kim Chul-Hwan 等将粉煤灰作为一种新的造纸原料来研究，并通过电子显微镜分析粉煤灰提高纸张抗拉强度和内部粘结强度的原理。 就目前有关资料来看，我国对粉煤灰综合利用主要集中在用于烧砖、筑路、做水泥和混凝土的掺合料、选取漂珠、改良土壤等方面，只有少部分用于化工工业和废水处理5。综合以上分析，我国粉煤灰综合利用在传统项目上，如烧砖、筑路、做水泥和混凝土的掺合料等方面会有继续深入发展，并陆续产生新的工艺。粉煤灰作为一种重要的固体资源，开始是作为一种廉价替代物来使用，后来应用领域逐步向塑料、橡胶填料等附加值较高的的领域转变。另外，粉煤灰在以下3 个方面的综合利用将具有可观的发展前景6： （1）以粉煤灰为原料做吸附材料、絮凝剂等，应用于化工和环保方面。国内对用粉煤灰制无机絮凝剂的研究虽然已有报道，但工艺设计仍处于摸索阶段，研究才刚起步，还没有实现工业化， 目前，在日本和西欧的一些国家利用粉煤灰生产高效絮凝剂现已实现了工业化生产。 （2）矿物质和高附加值产品的提取应用。粉煤灰中含有Al2O3、Fe2O3、Si2O2、锗（Ge）、镓（Ga）、钒（V）等有用物质。可借鉴国外相关生产工艺，从粉煤灰中提取这些贵金属产品。 （3）以粉煤灰为回填料，应用于煤矿采空区回填，控制地表沉陷，以粉煤灰为原料制备聚合物复合材料，纤维材料等。 但粉煤灰的综合利用存在以下问题： (1)粉煤灰综合利用率偏低，我国粉煤灰综合利用率只有30%左右，而国外对粉煤灰的利用率则高达70%80% 。 (2)粉煤灰综合利用途径相对狭窄，国内粉煤灰综合利用主要集中在筑路和建工建材领域，在其它领域使用较少，在化工工业和环保领域的使用也只处于起步阶段。 (3)在综合利用过程中，尚存在对环境的某些负面影响，如贮灰场和运输车的扬尘污染、提取有用物质后废渣的处理、农用过程中重金属积累及建材制品的放射性问题等。 (4) 政策落实难，利用工作不尽人意。许多企业、基层干部及部分领导不知道有关粉煤灰综合利用政策，不关心粉煤灰综合利用政策的宣传和贯彻，领导不力。 粉煤灰浮选脱碳技术的研究是粉煤灰综合利用研究的主要组成部分，目前，国内粉煤灰综合利用尚处于探索和发展阶段，我国粉煤灰综合利用的途径还很单调，与发达国家相比还有较大差距，主要表现在在影响粉煤灰质量的煤燃烧技术、粉煤灰收集与分选技术，以及粉煤灰制品的质量控制体系，比如技术标准、规范、质量检测等方面7,8。所有这些都需引起相关研究、生产人员，不断提高我国粉煤灰资源综合利用的水准，拓宽应用范围。1.1.3 粉煤灰全球形势与背景 粉煤灰排放量惊人，已成工业固体污染之首。2010年9月15日，国际环保组织绿色和平在北京发布2010中国粉煤灰调查报告指出，火力发电产生的粉煤灰排放已经成为中国工业固体废物的最大单一污染源，但这却长期被忽视。粉煤灰是火力发电的必然产物，是煤炭在发电厂锅炉中燃烧后排放的一种人造火山灰材料，且每消耗4吨煤就会产生1吨粉煤灰。虽说粉煤灰是电厂的废物，但在建材、热工、筑路、铸造、冶金、化工、环保等传统工业以及高科技领域有着广泛的应用，尤其是在建材行业。 中国的火电装机容量从2002年起呈现出爆炸式的增长，因此，粉煤灰排放也在过去10年内增长了3倍。绿色和平在报告中指出：2009年中国粉煤灰产量达到了3.75亿吨，相当于当年中国城市生活垃圾总量的两倍多，其体积可达到4.24亿立方米，相当于每两分半钟就倒满一个标准游泳池，或每天一个水立方。目前，21世纪我国年粉煤灰排放量将达到16亿t，全球粉煤灰的排放量之大，占地之广，已经对环境造成了很大的危害。当前，人口、资源与环境是各国面临的全球性问题，我国人口众多，资源日益紧张，环境不断恶化，对工业废渣中最大排放量的粉煤灰进行综合利用是一项具有重大经济、环境与社会效益的工作，也是造福于子孙后代的具有长远战略性的课题9。 就包头市来讲，目前全市共有4个灰场，累计粉煤灰堆放量为4500万t左右，全部为电厂的湿排灰，碳含量都在14%左右，新排粉煤灰中，老机组仍然采用的是湿式排灰，品质仍然属于碳含量高的级粉煤灰。新机组多采用煤粉炉燃烧工艺，电除尘干式排灰，碳含量显著降低，一般低于5%，其中级灰占18%，级灰占25%，其余为级灰。粉煤灰较高的烧失量（烧失量，Loss on ignition，缩写为LOI，即将在105110烘干的原料在10001100灼烧后失去的重量百分比） 严重制约了包头粉煤灰的商品化和综合利用。基于此，包头市已将粉煤灰的综合利用写入市“十一五”科技发展规划并重点实施10。 1.2 选题的必要性和意义 粉煤灰资源化过程所遇到的主要问题是含碳超过标准。电厂锅炉在燃用无烟煤和劣质烟煤的情况下，还存在一部分没有完全燃烧，造成粉煤灰中含碳量增高，一般波动在8%20%的范围内，全国每年从电站粉煤灰中流失数百万吨的煤炭，不但使煤炭资源白白流失，造成极大地浪费，而且由于粉煤灰中含有大量的炭，致使粉煤灰排放量增加，更重要的是由于粉煤灰中含有未燃尽的炭，会造成粉煤灰综合利用困难，影响了粉煤灰资源的开发，不利于环保11。含碳量较高，烧失量也高，这样对混凝土、水泥制品等产品的耐久性影响较大，不适宜直接用于混凝土和水泥制品中，严重制约粉煤灰的综合利用与商品化。另外碳粒留在砖中，会影响砖的强度和耐久性。为此，制砖用粉煤灰含碳量一般控制在不大于10% 。为了降低粉煤灰中的含碳量和充分利用资源，须对粉煤灰进行脱碳处理，脱炭好坏成为粉煤灰能否综合利用的关键问题。 目前，粉煤灰综合利用存在如下问题：粉煤灰各种成分都是可以单独利用的资源或能源财富，但由于建筑行业对选矿不了解，目前利用的灰大部分为原灰，致使原灰中各种有用的成分互相混杂，不但发挥不出各自的作用，而且互相危害与互相影响。由于粉煤灰各种成分的混杂，使粉煤灰用量比例很小，一般低于30，从而限制了粉煤灰的利用率。为了解决这些问题，需要对粉煤灰分选后进行综合利用研究12。各种产品对粉煤灰中的含碳量都有一定的要求。根据GB1596-1991用于水泥和混凝土中的粉煤灰，水泥混合材用粉煤灰烧失量5%为级灰，8%为级灰；混凝土掺合料用粉煤灰烧失量5%为级灰，8%为级灰，15%为级灰；根据JC409-1991硅酸盐建筑制品粉煤灰，烧失量7%为级灰，12%为级灰，15%为级灰13。 粉煤灰露天堆放，刮风天气灰尘会污染空气，下雨天气渗水污染地下水。根据国内外试验研究发现，粉煤灰堆放的地方地下水都受到了不同程度的污染，比较明显的是使pH值升高，有毒有害的铬、砷等元家含量增加。再加上粉煤灰贮灰场大多位于江、河、湖及城市水源保护区域，水源保护问题也十分迫切14。 尽管粉煤灰在各领域的应用中存在着明显的缺点和不足，但随着粉煤灰应用研究的逐渐扩展与深入，将会不断的克服这些缺点，实现大规模的使用。可以预见在不久的将来，粉煤灰将从开始的供求远大于需求转化为供求基本平衡，减少粉煤灰占据的耕地。由此可见，粉煤灰综合利用不论是从节约土地、保护环境的基本国策角度，还是从节约用水、坚持可持续发展战略的角度，都是十分必要的，都具有现时的和长远的意义。通过浮选脱碳技术，可将粉煤灰资源化，将“非经济储量”的大量固体废弃物粉煤灰划归“经济储量”，得到富集炭、中间产物和尾灰三种产品，该三种产品均可以综合利用，可分别用于建材与活性炭行业，达到变废为宝，化害为利的目的。粉煤灰浮选脱碳的研究，使粉煤灰商品化，对减少排土占地和减轻对生态环境的破坏有重要的作用，从可持续发展战略的角度，也都是十分必要的，具有现实的和长远的意义。也可以对有关环保部门提供技术支持和参考，具有广泛的应用及推广价值。 1.3 国内外粉煤灰分选工艺研究概况 目前世界各国主要采用浮选法脱碳，燃烧法、电选法仍处于实验室与半工业试验阶段。粉煤灰的分选按分选介质的不同，目前可分为以空气为介质的干法分选工艺（一般适用于干法排灰的电厂）和以水为介质的湿法分选工艺（一般适用于湿法排灰的电厂），从分选效果来看湿法分选工艺优于干法分选工艺15。 加强粉煤灰的综合利用粉煤灰中含有多种可利用的元素，这些元素的回收都要用湿法冶金的技术(即湿式处理)；而浮选冶金技术组合，可为这种利用提供最佳工艺。 国内长沙矿冶研究院、北京石景山电厂、株洲电厂、北京科技大学(原北京钢铁学院)矿业研究所、核工业部北京第五研究所等单位都不同程度地开展了粉煤灰浮选脱碳方法和工艺的研究。 长沙矿冶研究院在对木安电厂粉煤灰性质分析的基础，经过“一粗一精扫”浮选流程，可得到可燃体为85以上的高级精炭，用来制造活性炭。脱炭后的后灰的可燃物含量由原灰的36降到5左右。同时采用浮选一脱泥流程，得到产率为30、微珠纯度达94的高档微珠及一定数量的中、低档微珠。 北京科技大学(原北京钢铁学院)对栋洲电厂在对本厂粉煤灰进行干法电选脱炭试验的同时，还利用粉煤灰与炭粒表面性质的差异对水膜除尘器收集的粉煤灰进行了湿法浮选脱炭的试验，获得了发热量23023Nk以上的精炭16。其工艺流程见图1-1。 图1-1 株洲电厂浮选脱碳工艺流程 北京石景山电厂采用漂洗一磁选一分级工艺流程处理本厂粉煤灰得到了纯度分别为98、95、86的厚壁微珠，总回收率达72.73。北京石景山电厂粉煤灰研究表明：在选炭和微珠之前，采用常规磁选设备进行磁选，再经摇床精选，可得到纯度为96、84的高、中档磁珠产品。 近年来，浮选柱分选技术取得了重大突破，在处理极细物料方面，更是效果突出，于是浮选柱在产业化方面取得了巨大进展，采用浮选机和旋流-静态微泡浮选柱来进行粉煤灰的浮选脱碳研究。1.4 粉煤灰除炭原理和方法1.4.1 粉煤灰除炭原理 粉煤灰资源化过程所遇到的主要问题是碳含量超标，因此,脱炭好坏成为粉煤灰能否综合利用的关键问题。这样就能回收未燃尽的炭粒，更重要的是这些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。炭粒表面疏水亲气,容易与气泡附着上浮,这同粉煤灰中的硅酸盐表面具有较强的润湿性有很大的差异,利用这个差异采用浮选易分离出炭来。 浮选法就是根据粉煤灰中炭粒与其他矿物表面润湿性差异，通过加入捕收剂和起泡剂等将炭粒呈泡沫层分离出来的工艺方法。相关研究证明，粉煤灰中炭粒的表面润湿性和可浮性与煤炭类似，其接触角在60左右，而粉煤灰中其他颗粒的接触角较小，只有 10左右17。因此，在泡沫浮选过程中，由于炭粒具有较大的接触角，故能粘附于气泡表面浮出灰浆液面, 而粉煤灰中的其他颗粒接触角较小，不能粘附于气泡表面而仍然留在灰浆中。一方面,产生粉煤灰的原为无烟煤,从各种牌号煤炭的接触角数据可看到,炼焦煤、肥煤、瘦煤的接触角均大于80,具有最好的可浮性,而无烟煤的接触角仅为73,可浮性较差；另一方面,煤灰在水中浸泡和在自然界风化过程中所产生的氧化作用使煤粒表面负电性增加,从而增强了它表面的亲水性。这些因素削弱了未燃尽炭粒和尾灰之间可浮性的差别,给浮选法回收炭带来了一定难度,但选择优良的浮选药剂来改善和强化浮选过程，在浮选药剂的作用下，这种润湿性差别还是可以增大，从而实现炭粒与其他颗粒有效地分离18。1.4.2 粉煤灰除炭方法 当今世界上降低粉煤灰炭含量的方法主要有2种：排灰前降低炭含量，即进行锅炉改造以提高煤粉燃烧效率；对高炭粉煤灰采用一定工艺和方法，将其中未燃尽炭除掉一部分。主要实用技术有：燃烧法、电选和浮选法19。目前粉煤灰浮选工艺从煤炭一段浮选工艺发展而成。如甘肃白银公司动力厂原灰含炭量平均为35%左右，经浮选后含炭量降到5%以下20。干选法在实际应用过程中虽具有工艺简单、生产成本低廉等优点，但几十年来，我国堆放的粉煤灰，多数是用浮选法来处理的，因此，预计浮选法在粉煤灰的分选中还将发挥应有的作用。1.5 课题研究主要方法和思路 本粉煤灰浮选脱碳技术研究的课题，利用查阅资料、理论分析、实验室研究等手段，并运用矿石学基础、筛分分析法、碎矿与磨矿技术、固体物料分选学、浮游选矿、实验研究方法等基础学科知识，通过实验并结合前人研究成果，从分析原料粉煤灰浮选特征入手，以浮选药剂、充气量、浓度等基本浮选工艺条件和浮选流程为研究对象，全面论证粉煤灰浮选脱碳技术方案的可行性，提出有效实施方案。（1） 总结目前国内外粉煤灰利用的现状、技术途径和粉煤灰浮选脱碳的研究现状；（2） 明确粉煤灰的产生机理，了解矿物组成、化学成分等粉煤灰的理化特性；（3）根据理化特性分析结果，重新选取了入选粉煤灰物料，初步确定可行性技术方案-粉煤灰浮选脱碳，为其下一步的研究提供技术依据；（4）粉煤灰浮选脱碳技术进行脱碳实验，确定出比较合理的的工艺流程和药剂制度，为其商业化应用做好铺垫。图1-2 实验技术思路第二章 试验前的准备2.1 粉煤灰理化性质分析 粉煤灰是火力发电的必然产物，是煤炭在发电厂锅炉中燃烧后排放的一种人造火山灰材料，每消耗4吨煤就会产生1吨粉煤灰。粉煤灰中未燃尽的碳粒，一般聚集在比较粗的粉煤灰颗粒中，呈多孔状居多，呈碎屑状次之。碎屑状碳粒基本上未燃烧，而保留原煤粉的形状。粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的，比较复杂。在显微镜下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体。混合体中这三者的比例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃球体等；未燃炭多呈疏松多孔形式。 由于粉煤灰经过煤炭高温燃烧，部分晶体熔融组合，是一种多种颗粒组成的混合物，颜色从乳白色到灰黑色不同，主要由玻璃微珠、海绵状玻璃体、石英、氧化铁、碳粒及硫酸盐组成。密度由于组成成分不同而相差很大，一般来说高钙粉煤灰密度较高，可达2.52. 8g/cm3，低钙粉煤灰密度较小，堆密度在0.61.2g/cm3。吸附性由于玻璃微珠含量较大而差于沸石、硅藻土等常用非金属矿物吸附剂。 我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。不同地区、不同种类的粉煤灰中矿物成分差异较大，这种差异使得不同的粉煤灰的使用效果、资源化程度差异比较大。Jian Zhang 等曾对我国粉煤灰化学成分进行测定和主要元素组成21，如表2-1 和表2-2所示。 表2-1 粉煤灰的主要化学成分成分含量 /%成分含量 /%SiO249.92CaO11.85Al2O319.80MgO1.78Fe2O313.5SO31.46 表2-2 粉煤灰的主要元素组成元素含量 /%元素含量 /%O 25.2347.83Fe 1.9018.51Si 11.4831.14Ca 0.3025.10Al 6.4022.91K 0.223.10 粉煤灰的物理性质中，细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质，粉煤灰越细，细粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的细度影响早期水化反应，而化学成分影响后期的反应，影响其制品强度。2.2 试验用主要仪器 表2-3 试验用主要仪器与参数试验仪器仪器参数XFD系列单槽浮选机容积0.5 L，叶轮转速2590 r/min，叶轮直径45mm,刮板转速30 r/min，给矿粒度0.2mm，功率90 w。XSB-70B标准振动筛筛子直径200mm,摇动次数221次/分，振击次数147次/分，振幅5mm。箱式电阻炉额定温度1200，额定电压220V，炉膛尺寸：300200120mm，功率4 KW，温度精度1左右。多路真空过滤机大盘直径260mm,容量4 L，矿浆浓度10% 30%。 电热恒温鼓风干燥箱温度范围50300，内胆尺寸450550550mm，额定电压220V，频率50HZ，温度分辨率0.1。电子天平量程210g，可读性0.0001g，秤盘尺寸90mm，平均响应时间3s。2.3 相关试验参数的测定方法2.3.1 烧失量测定方法步骤 准确称取1.000克试样，置于已灼烧恒重的瓷坩埚中，在9501000的高温下灼烧30分钟，取出，稍冷，置于干燥器冷至室温，称量。然后再放入高温炉中灼烧，冷却称量，直至恒重。 烧失量的百分含量按下式计算： 烧失量 （2-1） 原料烧失量的分析有其特殊意义，它表征原料加热分解的气态产物和有机质含量的多少，从而可以判断原料在使用时是否需要预先对其进行煅烧，使原料体积稳定。2.3.2 灰分测定方法 箱式电阻炉测灰分815，总灰分测定法测定用的供试品须粉碎，混合均匀后，取供试品23克置炽灼至恒重的坩埚中，称定重量（准确至0.01克），缓缓炽热，注意避免燃烧，至完全炭化时，逐渐升高温度至500600，使完全灰化并至恒重。根据残渣重量，计算供试品中含总灰分的百分数。2.4 试验思路及方案 本课题从分析原料粉煤灰的理化性质入手，浮选脱碳工艺以浮选药剂、充气量、浓度等基本浮选工艺条件和浮选流程为研究对象。实验关键：粉煤灰浮选脱碳工艺流程的确定，并确定最佳的浮选试验条件，药剂及用量，矿浆的浓度，浮选时间，并为实际生产提供理论依据。 试验根据对试样的粒度分析,并根据实验室条件，确定采用浮选工艺对粉煤灰进行脱碳处理。首先,对粉煤灰进行粗选试验,通过试验从煤油和轻柴油中选择效果较好的捕收剂, 从2#油和仲辛醇中选择效果较好的起泡剂,并通过条件试验确定比较合理的药剂用量和浮选时间；再根据条件试验确定的药剂用量和浮选时间，进行综合流程试验，以确定合理的粉煤灰浮选工艺；最后采用最终浮选工艺，对粗选产生的精矿进行精选实验，提高精矿的含碳量；对粗选尾矿进行扫选试验,进一步降低粉煤灰中的含碳量；使得精选精矿和扫选尾矿的烧失量都达到一定的标准，为选择实际生产中的工艺流程提供理论依据，并有一定的市场价值。2.5 小节 1、随着技术的进步，电厂排出粉煤灰的碳含量逐年降低，本课题选用粉煤灰原料颜色呈灰色和灰白色，颜色较浅，碳含量较低，给浮选脱碳实验要有一定难度。 2、粒度过细会影响浮选效果，实验要避免物料粒度过细。 3、在实验室要学会自己创造条件如：药剂使用药用针管进行添加，药剂用量的确定，对于柴油100滴是1.0692g，2# 油是1.2535g，然后进行换算每次实验要加多少药剂。 4、做一个研究者，要有耐心，灰分和烧失量的测定，烧后冷却称量再烧再称量，直至恒重，这样会需要多次灼烧多次称量。第三章 粉煤灰浮选脱碳试验3.1 粉煤灰的粒度特性分析与入选粉煤灰物料的确定 实验采用的粉煤灰是来自包头铝厂3#粉煤灰，颗粒的颜色呈灰色和灰白色,含水时呈黑灰色。根据现有资料，包头铝厂的粉煤灰除含有一部分未燃尽的细小炭粒外,大多是SiO2和Al2O3的固溶体以及石英砂粒、莫来石、多孔玻璃体等物质组成。利用振动筛经筛分，其中-0.038mm粒级的物料颜色较白，后经测得烧失量为7.4%，对试样进行粒度分析得出该灰粒度特性如表3-1表3-1 原粉煤灰物料各粒级产率、烧失量粒级/mm +0.9-0.9+0.45-0.45+0.2-0.2+0.074-0.074+0.038-0.038合计产率/%0.080.151.9819.6429.5848.57100烧失量/%30.5427.3720.4318.0310.697.410.16 图3-1 粉煤灰各粒级产率 由表3-1、图3-1可以看出:小于0.074mm产率为78.15%,属于细级灰,且随粒度变细,含炭量降低,另外-0.038mm即-400目的细粒级灰烧失量为7.4%，参照GB1596-1991用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准可知该粒级粉煤灰可作为级灰，这是由于粒度越细，燃烧状况改善, 炭珠燃烧完全则残碳变少。对于-0.9mm +0.074mm 与-0.074mm两个粒级, 其中前者属于浮选较容易的粒度范围,后者虽然碳含量较低但由于粒度极细浮选困难，后经实验证实，虽然调整浮选的药剂制度工艺流程及改善浮选操作条件也很难使粉煤灰深度脱碳。 在实验室采用原有粉煤灰矿样进行浮选，不管是更换捕收剂、起泡剂种类，还是调节药剂的用量，改变浮选药剂作用时间、浮选时间即刮泡时间，还是调节矿浆浓度，做了十余次实验粗选精矿的产率都只有7%10%，且粗选精矿烧失量只有12%15%，再选扫选效果也都不好。翻阅了大量的图书资料，在老师的指导下，总结出可能是原料过细导致浮选效果不好，精炭浮不出。笔者大胆地将原样粉煤灰除去-0.038um这一粒级，将去除后的粉煤灰作为入选物料，这样的浮选效果果然好了很多，入选物料的粒度组成则变为如表3-2。表3-2 入选粉煤灰物料各粒级产率、烧失量粒级/mm +0.9-0.9+0.45-0.45+0.2-0.2+0.074-0.074+0.038合计产率/%0.160.293.8538.1957.51100烧失量/%30.5427.3720.4318.0310.6912.23图3-2 入选粉煤灰物料各粒级产率 由表3-2、图3-2可以看出:小于0.2mm的粉煤灰产率为95.7%,还是属于细级灰,且随粒度变细,含炭量降低。对于-0.9mm+0.074mm 与-0.074mm+0.038mm两个粒级, 其中前者属于浮选较容易的粒度范围,后者粒度相比不是太细，试验验证，经调整浮选的药剂制度工艺流程及改善浮选操作条件可实现粉煤灰深度脱碳。􀀁3.2 浮选药剂的选择与分析 虽然粉煤灰脱炭可以采用与煤泥浮选相似的药剂制度与工艺,但是由于粉煤灰中未燃炭经高温燃烧及突然水冷却,其表面性质已变得比较复杂,加之长期在水中浸泡和在自然界风化过程中所产生的氧化作用使炭粒表面负电性增加22,从而增强了它表面的亲水性,这就需要选择优良的浮选药剂来改善和强化浮选过程。新鲜的煤粒表面有一层有机油类化合物,表现为强的天然疏水性；而在200温度下的氧化煤粒,其天然疏水性差。众所周知,粉煤灰是在高达1500以上的温度下燃烧产生,其天然疏水性就更差。这些因素削弱了煤和矸石之间可浮性的差别,给浮选法回收碳带来了一定难度,这就需要选择优良的浮选药剂来改善和强化浮选过程。为此要进行了不同种类浮选药剂的选择试验。利用实验室小型浮选机在不同条件下进行浮选单因素试验,确定出较佳的工作条件。 捕收剂按其在水中解离程度分成两大类：非离子型捕收剂和离子型捕收剂。非离子型捕收剂主要是非极性烃类油和不溶性的酯类，前者本身是非极性物质，主要用于分选非极性矿物，如煤、石墨等，后者用于分选重金属硫化矿23。捕收剂的种类主要有石油产品类和焦油产品类,焦油产品虽然对浮选具有良好的性能,但因含有酚,使其应用受到限制。而起泡剂是在浮选矿浆经捕收剂和调整剂处理后，矿物的表面性质已达到了浮选要求的条件下，加入起泡剂就能形成泡沫。故本试验选用石油产品类的煤油和轻柴油进行对比试验,选择2#油、仲辛醇作为起泡剂,进行粗选条件试验。 3.2.1 捕收剂的选择 通过查阅资料得知，由于粉煤灰粒度细,且在水中浸泡和自然风化表面氧化,表面氧化负电性增强,它的浮选效果不比未燃烧过的炭。参照有关资料，在实验室将两种捕收剂柴油和煤油以相同的用量(1400g/t)分别与2#油(500g/t)、仲辛醇(500g/t)配合进行粗选试验研究,称取一定量的粉煤灰试样，倒入浮选机，制成矿浆浓度为100g/L的矿浆,矿浆搅拌3min,加捕收剂搅拌2min,加起泡剂搅拌1min,刮泡5min。分别将富集泡沫炭液和尾灰用滤纸在多路真空过滤机上过滤，干燥后测得相应产率及烧失量，试验结果见表3-3。表3-3 捕收剂种类试验结果/%捕收剂起泡剂泡沫产品产率烧失量槽内产品产率烧失量 煤油2#油 12.55 34.3287.458.93仲辛醇12.7534.5587.158.82轻柴油2#油13.4635.91 86.54 8.08仲辛醇13.5636.8986.447.95 由表3-3可以看出:无论是2#油还是仲辛醇做起泡剂,当用轻柴油做捕收剂时, 泡沫产品产率是较高的，且泡沫产品含碳对应精矿的烧失量较高，这样的泡沫产品热值较高，而且槽内产品的烧失量(可燃体含量)都是较低的，有相对较好的应用市场,再者轻柴油比煤油价廉,故选轻柴油做捕收剂。3.2.2 起泡剂的选择 在确定轻柴油做捕收剂以后,选用2#油、仲辛醇进行起泡剂的选择试验, 柴油1400g/t，起泡剂500g/t，矿浆浓度依然调整为100g/L,矿浆搅拌3min,加捕收剂搅拌2min,加起泡剂搅拌1min,刮泡5min。试验结果见图3-3。图3-3 起泡剂种类试验结果 /% 如图3-3可得出，相同数量的2#油和仲辛醇对该粉煤灰泡沫产品及尾矿的产率和烧失量作用效果差别不大，另外在实验室条件下，2#油易得，所以该实验选择2#油作起泡剂。3.3 粗选药剂用量试验与分析3.3.1 捕收剂用量试验 对粉煤灰进行浮选浓度试验, 选用的捕收剂和起泡剂, 用量从低用量开始, 逐步加大药剂用量, 在浮选过程中, 进行了单因素的药剂用量试验。根据相关文献, 由于粉煤灰的氧化, 粉煤灰中炭表面疏水性变差使得浮选效果不好, 柴油用量分别设定为1200g/t、1300g/t、1400g/t、1500g/t、1600g/t和1700g/t进行考察, 2#油用量400g/t 其他试验条件同上, 结果见表3-4，为凸显出效果特作出图3-4、图3-5。表3-4 粗选轻柴油用量试验结果尾矿指标/% 轻柴油用量 g/t 12001300140015001600 1700产率 /%95.2392.1684.5180.1571.5463.45烧失量/%14.1211.338.487.818.039.13图3-4 轻柴油用量尾矿产率试验结果图3-5 轻