钢厂粉煤灰浮选提碳试验研究

范桂侠 曹亦俊 刘炯天 李国胜 侯 伟 张姝婷 贾艳阳

（中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221116）

钢厂粉煤灰浮选提碳试验研究

范桂侠 曹亦俊 刘炯天 李国胜 侯 伟 张姝婷 贾艳阳

（中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221116）

针对贵州六盘水某钢厂粉煤灰烧失量高达27.30%，进行了实验室提碳浮选研究。首先研究了粉煤灰的可浮性，找到粉煤灰的优化浮选条件，最后进行了4种流程探索。试验表明，采用分段加药一次粗选＋一次扫选＋扫选精矿再精选流程，可以得到产率38.67%、烧失量56.95%、碳回收率79.85%的产品，尾灰烧失量可降至6.72%。

粉煤灰 提碳 流程 分段加药

目前，我国粉煤灰每年的排放量约有3亿t。大量的粉煤灰存放，不仅会占用大片农田耕地，产生扬尘严重污染大气，而且其灰浆如果排放到江河湖泊，会污染阻塞河道，直接影响到水生物的生长，破坏生态平衡。粉煤灰品种有干灰、湿灰和炉底渣3类，它们的化学组成相似。粉煤灰在资源化过程中存在的一个重要问题是碳含量超标，它制约了粉煤灰在许多领域的应用。利用粉煤灰中未燃尽的炭和其它颗粒润湿性的差异，通过浮选方法来回收碳是一种有效的方法，用以提高粉煤灰的技术附加值，充分挖掘粉煤灰的工业和商业价值，提高企业的最大效益。

1 粉煤灰的可浮性特征分析

贵州六盘水某钢厂粉煤灰烧失量高达27.30%，根据工业要求，该粉煤灰经过分选之后产品的烧失量要提高到56%～58%；尾灰烧失量在8%以下。浮选提碳试验采用XFD－Ⅲ型1.5L单槽浮选机、DSA100接触角仪、激光粒度分析仪、马弗炉、分析天平等试验设备和仪器。

1.1 粉煤灰的粒度特性

通过小筛分试验、激光粒度分析仪和马弗炉燃烧法，测得各粒级的产率和烧失量，见表1；使用激光粒度分析仪测得粒度分布曲线，见图1。

表1 各粒级产率及烧失量%

从表1和图1可以看出，烧失量随粒度的增大而增加，但是变化幅度不大。原灰的烧失量较高，说明煤粉不完全燃烧。－0.038 mm的产率达42.12%，碳回收率为34.17%。其余各粒级产率均匀，碳回收率相对也均匀。可见各粒级的提碳都是降低烧失量的关键。

图1 粒度分布曲线

1.2 炭粒的润湿性

润湿性是表征颗粒表面重要的物理化学特征之一，是颗粒可浮性最直观的标志。颗粒的润湿程度可以用接触角的大小来表示。本试验使用德国DSA100接触角仪测出接触角。粉煤灰的接触角为21°，说明它的可浮性较差。研究表明，粉煤灰中炭粒表面的润湿性和可浮性与煤炭相近，其接触角在60°左右，而粉煤灰中其它颗粒的接触角相对较小，只有10°左右。因此在泡沫浮选中，由于接触角的差异，使得炭粒可以粘附在气泡上，而其他颗粒不能，从而实现分选。

2 粉煤灰浮选条件优化试验

2.1 捕收剂用量试验

根据前期试验和文献得到，捕收剂柴油的效果远比煤油效果好，这里选用柴油作为捕收剂。起泡剂用新型R－1起泡剂。试验采用的XFD－Ⅲ型1.5L单槽浮选机，入浮矿浆浓度15%，捕收剂搅拌时间7 min，起泡剂搅拌时间5 min，充气量1.67 m3/（m2·min），刮泡时间为6 min，起泡剂用量固定在800 g/t，捕收剂的用量探索3次，捕收剂的3个水平分别为600 g/t、1000 g/t和1600 g/t。试验结果见表2。

表2 药剂用量试验结果

评定同一种煤样在不同工艺条件下的浮选完善程度时，用浮选完善指标作为评定标准，公式为：

式中：ηwf——浮选完善指标，%；

γdj——浮选精煤实际产率，%；

Ady——浮选入料灰分，%；

Adj——浮选精煤灰分，%。

计算3组试验的浮选完善指标分别为35.12%、39.44%和31.90%，第二组指标比较好，所以选择捕收剂用量1000 g/t。

2.2 起泡剂用量试验

试验采用新型R－1起泡剂和R－2起泡剂进行试验，捕收剂用量1000 g/t，矿浆浓度15%，起泡剂用量对试验回收率影响如图2所示。

由图2看出，在相同捕收剂用量条件下，随着起泡剂用量的增加，精煤的产率增加，烧失量降低，碳回收率增加，在同等药剂用量条件下的试验结果相比，R－2起泡剂优势明显，R－2起泡剂用量在1200 g/t的条件下，一段粗选可以得到烧失量7.53%的合格尾灰产品，所以R－2起泡剂的适宜用量为1200 g/t。

图2 两种起泡剂探索试验

2.3 矿浆浓度影响研究

结合前期试验，在捕收剂用量1000 g/t、R-2起泡剂用量为1200 g/t的条件下，矿浆浓度在10%、15%和20%3个水平下进行探索，试验结果见表3。

从试验结果看，随着浓度的升高，精煤产率增大，烧失量减小，且尾灰烧失量变小。综合考虑精煤产率、灰分和粗尾烧失量，最终确定了最佳浮选浓度为15%。

表3 矿浆浓度浮选试验结果%

3 浮选流程探索试验研究

根据现场对尾灰烧失量在8%以下的具体要求，采用一次粗选，尾灰烧失量可达7.53%，但精煤烧失量不符合要求。鉴于此，后续试验的重点是如何在保证精煤烧失量的条件下，提高精煤产率。

3.1 试验流程设计

试验室设计4个流程进行试验，其中：流程A为一次粗选＋一次精选；流程B为一次粗选＋一次精选＋精选尾矿再扫选；流程C为一次粗选＋一次精选＋精选尾矿磨矿再扫选；流程D为分段加药一次粗选＋一次扫选＋扫选精矿再精选。试验时矿浆浓度15%，捕收剂搅拌时间7 min，起泡剂搅拌时间5 min，流程图如图3所示。

3.2 浮选试验结果及分析

根据图3所示的流程，经过多次试验，最终得到如表4所示的试验数据。

3.2.1 流程A：一次粗选＋一次精选流程

因为一次粗选得到的精煤灰分较高，所以首先采取对粗选精煤进行精选试验。试验采用粗选和精选，刮泡时间均6 min，由表4知，此流程可得到碳回收率为75.17%、产率37.40%的产品，此时精煤烧失量为55.14%，比要求的烧失量低，不是十分理想。

3.2.2 流程B：一次粗选＋一次精选＋精选尾矿再扫选流程

此流程是在A流程的基础上进行的，为降低精选精煤灰分，刮泡时间改为2 min，然后进行扫选，扫选刮泡时间为4 min，此流程可得到碳回收率为74.95%，产率为37.38%，烧失量为55.49%的产品。此流程和A流程类似，可以大致看出浮选速度，这个流程的意义还在于和流程C进行比较，得出原灰的一些性质。

图3 试验流程图

3.2.3 流程C：一次粗选＋一次精选＋精选尾矿磨矿再扫选流程

流程C比流程B多了一个磨矿，从试验来看，磨矿后得到精煤2的灰分与流程B的精煤2相比，灰分升高2.5%，但其产率也大幅降低，比流程B降低约10%，这种规律与一些试验是相悖的。综合分析，产率降低的原因是在磨矿过程中，脉石矿物泥化严重，对药剂的吸附量大大增加，使得真正的碳没有机会与药剂结合，不能形成气泡，从而使精煤2产率大大下降。灰分增加的原因是脉石矿物易粉碎，磨矿过程加剧了该粉煤灰的泥化程度，导致浮选过程中的高灰细泥夹带现象严重，污染了精煤，致使精煤灰分提高。因此，磨矿工艺不能得到合格的产品。

表4 流程探索试验结果

3.2.4 流程D：分段加药一次粗选＋一次扫选＋扫选精矿再精选流程

为了提高药剂作用，采用分批加药方式。在粗选时减少药剂量的加入，不仅可以保证精煤1的灰分，同时后续流程补加药剂也可以延长药剂的作用时间，维持浮选整个过程的均衡浓度，提高难浮物料的选择性。在扫选时加药得到精煤的灰分比较高，所以采用扫选精煤再精选的流程，这样不仅可以保证精煤2的灰分，也可以使中煤灰分提高。试验证明，流程可以得到精煤产率为38.67%、烧失量为56.95%的合格产品，同时碳回收率为79.85%，尾灰烧失量为6.72%，达到了较好的分选效果。

4 结论

（1）通过探索，得到粉煤灰的优化试验条件为搅拌速度1800 r/min，充气量为1.67 m3/（m2·min），捕收剂搅拌时间7 min，起泡剂搅拌时间5 min，采用分批加药，一次捕收剂600 g/t、起泡剂600g/t，二次捕收剂400 g/t、起泡剂600 g/t，可得到产率38.67%、烧失量为56.95%、回收率79.85%的产品，产品可作中煤使用，且尾灰也可用于烧砖，达到综合利用。

（2）R－2起泡剂的效果比R－1起泡剂的效果要好。在同等条件下，使用R－2起泡剂比R－1起泡剂得到的产品烧失量提高2%，而产率也可提高一些。

（3）采用分段加药的方式，可以维持浮选整个过程的均衡浓度，提高难浮物料的选择性，提高回收率，达到试验指标。

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An experimental research on separation of unburned carbon using flotation from fly ash

Fan Guxia，Cao Yijun，Liu Jiongtian，Li Guosheng，Hou Wei，Zhang Shuting，Jia Yanyang
（School of Chemical Engineering and Technology，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

The paper gives the flotation experiment of improving carbon based on the loss on ignition of Guizhou fly ash up to 27.30%.Fly ash＇s flotability was studied firstly，we find the optimization condition for flotation reagents.At last，experiment is done by four processes，the results show that the product with the productivity of 38.67%，the loss on ignition of 56.95%，the recovery of 79.38%and the tailing with the loss on ignition of 6.72%can be achieved according to the process of one roughing，one scavenging and one refinement.

fly ash，improve carbon，process exploration，the stage agent addition

TD943

A

范桂侠（1987－），女，中国矿业大学在读博士研究生，主要从事矿物加工的研究。

（责任编辑 张毅玲）