从高碳粉煤灰中浮选回收炭的试验研究

杨大兵，陈 萱

（武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉，430081）

从高碳粉煤灰中浮选回收炭的试验研究

杨大兵，陈 萱

（武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北武汉，430081）

基于工艺矿物学原理，对某动力厂排放的高碳粉煤灰进行浮选回收炭的可选性试验。结果表明，粉煤灰细度和浮选药剂用量是影响其浮选效率的重要因素。经过“一粗一扫”的浮选流程，可得固定炭含量分别为58.56%和49.20%的精炭，总回收率达到89.32%，尾灰的固定炭含量降至5.86%；而经过浮选全流程试验后，可得固定炭含量为76.93%的精炭，总回收率为70.17%，尾灰固定炭含量为11.89%，且精炭和尾灰均可综合再利用。

粉煤灰；浮选；精炭；综合利用

我国火力发电厂煤燃烧一般比较充分，其排放的粉煤灰残炭量仅为3%～5%，且品质较好，可直接用作建材掺和料。但由于受煤种的影响和运行条件的限制，部分锅炉往往存在煤不能充分燃烧的现象，致使粉煤灰中碳含量居高不下。据统计［1－3］，全国每年从火力发电厂粉煤灰中流失的炭达数百万吨。粉煤灰作为开发的二次资源，含碳量越低，则资源化程度越高。高碳粉煤灰的排放不仅导致煤炭资源的浪费，而且还制约了粉煤灰在众多领域的应用。因此，粉煤灰脱碳是节约资源、降低污染、提高粉煤灰综合利用效率的必要环节。

某钢厂锅炉采用煤气加煤粉混合燃烧方式，其中煤气所占比例较大，燃烧较完全，而煤粉由于氧气量不足而无法充分燃烧，导致粉煤灰固定炭含量高达29%。原本动力厂排放的粉煤灰皆用于空心砌块砖的生产，而高碳粉煤灰亲水性十分差，若用作建材原料，粉煤灰产品的强度和性能均会受到严重影响，而粉煤灰中未燃烧的炭也不能直接利用，造成了粉煤灰的堆积和资源浪费，给该厂的经济及生态环境都带来一定影响。粉煤灰中炭的分选通常采用浮选法［4］和电选法［5］，且分别适用于湿排灰和干排灰。为此，本文基于工艺矿物学原理，对某动力厂排放的高碳粉煤灰进行浮选的单因素试验，研究浮选工艺条件对精炭和尾灰分选指标的影响，以期为扩大连选试验提供理论依据。

1 试验

1.1 原料

本试验所用原料为某动力厂排放的湿粉煤灰，含水量为30%左右。先将湿粉煤灰进行混匀、缩分后，提取试样。试样的化学成分如表1所示，试样的粒度筛析结果如表2所示。

表1 粉煤灰的化学成分（wB／%）Table 1 Chemical compositions of fly ash

由表1可看出，试样的主要氧化物组成为SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和TiO2等，其中w（SiO2＋A 12O3）为4 7.2 3%，固定炭含量为29.02%，表明试样回收利用空间较大。

由表2可看出，颗粒粒径主要分布于－0.074＋0.0 4 5 mm范围，＋0.2 5 mm的粗颗粒仅占2.1%。＋0.2 5 mm粒级的固定炭含量最高，－0.038 mm粒级的固定炭含量最低，表明试样的固定炭含量随着粒度的增大而升高，粒度越粗，固定炭含量就越高。而固定炭主要分布于－0.074＋0.045 mm粒级，分布率为53.59%。

试样颗粒的微观形态主要为球状、近球状和不规则状，颗粒粒径从数微米到数千微米不等。

表2 试样的粒级及固定炭分布Table 2 Size fraction of grain and distribution of fixed carbon

1.2 试验方法

本试验采用浮选工艺对粉煤灰进行炭分选。分选炭时须通过磨矿使炭粒充分单体解离，而炭粒多孔，吸附性强，浮选时添加分散剂并强力机械搅拌，以提高灰质从炭颗粒表面剥离的效果。

本试验确定粗选矿浆浓度为28%，药剂与矿浆作用时间为3 min，粗选时间为5 min，扫选时间为4 min，精选时间为4 min，叶轮转速为2 400 r／min。

本试验采用的磨矿设备为XMQ－67型Φ240 mm×90 mm锥形球磨机，浮选设备为1.5LRK／FD型单槽式浮选机。试验药剂主要有煤油、硅酸钠和2号油，药剂均为工业品级。

2 结果与分析

2.1 影响粗选效果的因素分析

2.1.1 磨矿细度对试样粗选指标的影响

粉煤灰在形成过程中，一部分未燃尽炭粒被灰质包裹其中，少量颗粒在熔融状态下互相碰撞而黏结，成为较大的集合颗粒，结构致密，含有的未燃烧炭粒也会与灰质紧密结合在一起，故采用机械磨碎使灰质矿物剥离于炭粒，以提高分选效率。在煤油用量为1 000 g／t、2号油用量为600 g／t的条件下，分析不同磨矿细度对试样粗选指标的影响，其结果如图1所示。

图1 磨矿细度对试样粗选指标的影响Fig.1 Effect of grinding fineness on roughing indicators

由图1可看出，随着磨矿细度的增加，精炭的固定炭含量不断提高，回收率则不断下降，在矿样细度－0.074 mm占96.9%后，精炭的固定炭含量变化不大而回收率下降较为显著。这是因为随着磨矿细度的增加，炭粒的单体解离度提高，因此精炭的固定炭含量提高，但同样使得部分炭粒过细而无法被选出，精炭产率和回收率下降。综合考虑粗选指标及磨矿成本，选择矿样细度－0.074 mm占96.9%为浮选细度条件。

2.1.2 硅酸钠用量对试样粗选指标的影响

试样中的炭粒表面多孔，比表面积较大，具有一定的吸附作用，易于造成矿浆中的灰质对炭粒产生罩盖，降低分选指标。浮选中采用分散剂可以破坏灰浆中炭粒和灰质颗粒的互凝聚团，使其在水溶液中均匀分散，并保持稳定，以此增加捕收剂在炭粒表面的吸附量。本试验选用硅酸钠作分散剂。在矿样细度－0.074 mm占96.9%、煤油用量为1 000 g／t、2号油用量为600 g／t的条件下，分析不同硅酸钠用量对试样粗选指标的影响，其结果如图2所示。

图2 硅酸钠用量对试样粗选指标的影响Fig.2 Effect of amount of sodium silicate on roughing indicators

由图2可看出，随着硅酸钠用量的增加，精炭固定炭含量和回收率则先上升后下降，在硅酸钠用量为100 g／t时达到最大。在一定范围内，硅酸钠较好地脱除吸附在炭粒表面的灰质细颗粒，使细粒聚团分散，实现了目标矿物和非目标矿物的选择性分离，从而提高精炭的固定炭含量和回收率，但过量的硅酸钠会造成团聚，使灰质颗粒夹杂在炭团粒中进入精炭，降低精炭质量，而部分团粒过大，不能黏附到气泡上而影响精炭回收率。综合考虑，选择硅酸钠用量为100 g／t作为粗选条件。

2.1.3 煤油用量对试样粗选指标的影响

捕收剂用量对浮选指标影响显著，应控制在合适范围内。本试验在矿样细度为－0.074 mm占96.9%、硅酸钠用量为100 g／t、2号油用量为600 g／t的条件下，分析不同煤油用量对试样粗选指标的影响，其结果如图3所示。

图3 煤油用量对试样粗选指标的影响Fig.3 Effect of amount of kerosene on roughing indicators

由图3可看出，随着煤油用量增加，精炭固定炭含量在略有上升后显著下降，回收率则呈上升趋势。当煤油用量超过1 000 g／t后，精炭固定炭含量开始下降，而精炭回收率趋于平缓，基本不再变化。在一定范围内煤油用量的增加，可以提高浮选速率并提高分选指标，但过量添加煤油会降低浮选过程的选择性，使部分非目标的灰质矿物上浮，影响精炭质量。综合考虑，选定煤油用量为1 000 g／t。

2.1.4 2号油用量对试样粗选指标的影响

以2号油为起泡剂，在磨矿细度为－0.074 mm占96.9%、硅酸钠用量为100 g／t、煤油用量为1 000 g／t的条件下，分析不同2号油用量对试样粗选指标的影响，其结果如图4所示。

图4 2号油用量对粗选指标的影响Fig.4 Effect of amount of 2＃oil on roughing indicators

由图4可看出，随着2号油用量的增加，精炭固定炭含量不断下降，回收则不断上升，在2号油用量达到600 g／t后，精炭的回收率变化不大，表明在一定范围内，2号油用量的增加可以使炭粒快速上浮，提高分选效率。但过量添加2号油会附着在灰质矿物上，使之上浮并被选出，降低精炭的固定炭含量。综合考虑，选择2号油用量为600 g／t。

在－0.074 mm粒级含量为96.9%、硅酸钠用量为100 g／t、煤油用量为1 000 g／t、2号油用量为600 g／t条件下，可得到固定炭含量大于58%、回收率大于62%的精炭，此时尾灰的固定炭含量仍高达15%以上，达不到粉煤灰排放标准，需要进一步扫选，以降低尾灰的含碳量。

2.2 扫选效果分析

通过试验确定的扫选条件为：硅酸钠用量为100 g／t、煤油用量为600 g／t、2号油用量为300 g／t，可得到固定炭含量大于49%、回收率大于70%的精炭，此时尾灰的固定炭含量降至6%以下。

表3为“一粗一扫”流程试验结果。由表3可看出，通过“一粗一扫”的流程，可得到固定炭含量为5 8.5 6%和4 9.2 0%的精炭，回收率分别为62.75%和26.57%，总回收率达到89.32%，尾灰的固定炭含量降至5.86%。

表3 “一粗一扫”流程试验结果Table 3 Results of“one roughing－one scavenging”process

2.3 精选闭路流程效果分析

粗选可获得固定炭含量约为55%的粗精炭，为进一步提纯粗精炭，获得质量更好的炭产品，在最佳条件试验的基础上进行精选闭路流程试验，试验结果如表4所示。由表4可知，经过6次精选闭路流程可得到固定炭含量为76.93%的炭产品，回收率为70.17%，而中炭的返回对尾灰的质量造成了一定影响，使得闭路中尾灰的固定炭含量有所升高，为11.89%，仅达到国家标准规定的Ⅲ级粉煤灰要求，可考虑脱炭。进一步研究表明，由于中炭粒度过细，因此闭路流程中中炭的返回将恶化浮选环境，使分选指标降低。为降低中炭对浮选环境的不良影响，应尽量减少中炭产率，并进行开路精选流程的研究，优化浮选流程结构，以达到更为理想的效果。

表4 精选闭路流程试验结果Table 4 Results of concentrating closed circuit process

3 结论

（1）某动力厂排放的高碳粉煤灰有大量未燃尽炭，固定炭含量高达29%，其颗粒粒径主要分布于－0.074＋0.045 mm范围，＋0.25 mm的粗颗粒仅占2.1%，颗粒微观形态主要为球状、近球状和不规则状。

（2）磨矿细度和浮选药剂用量是影响高碳粉煤灰浮选效率的重要因素。粗选优化条件如下：矿样细度－0.074 mm占96.9%，硅酸钠用量为100 g／t，煤油用量为1 000 g／t，2号油用量为600 g／t；扫选优化药剂用量如下：硅酸钠用量为100 g／t，煤油用量为600 g／t，2号油用量为300 g／t。

（3）经过“一粗一扫”的流程可以获得固定炭含量为58.56%和49.20%的精炭，回收率分别为62.75%和26.57%，总回收率为89.32%，尾灰的固定炭含量降至5.86%；经过全流程试验则可以获得固定炭含量为76.93%，回收率为70.17%的精炭，尾灰固定炭含量为11.89%。

［1］ 丁益，任启芳.粉煤灰活化处理技术与应用进展［J］.安徽建筑工业学院学报，2009，17（3）：72－74.

［2］ 张覃，唐云，邱跃琴，等.从粉煤灰中分选精煤的研究［J］.煤炭科学技术，2001，29（5）：39－42.

［3］ 邱跃琴，张覃，唐云，等.从粉煤灰中回收碳的浮选试验研究［J］.粉煤灰，2002（3）：13－15.

［4］ 刘亮，吕鑫磊，安小强，等.粉煤灰脱碳的浮选试验研究［J］.选煤技术，2009（1）：10－12.

［5］ 龚文勇，张华.电选粉煤灰脱碳技术的研究［J］.粉煤灰，2005（3）：33－36.

Carbon recovery by flotation from high－carbon fly ash

Yang Dabing，Chen Xuan

（Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China）

Guided by process mineralogy，experimental study of carbon recovery by flotation from highcarbon fly ash in a certain power plant was carried out.The results show that the fineness of fly ash and the amount of flotation reagents are the factors that affect the flotation efficiency most.By the flotation process of“one roughing and one scavenging”，fine carbon with fixed carbon content of 58.56%and 49.20%can be obtained with a total recovery rate of 89.32%and the fixed carbon content in tail ash decreases to 5.86%，while，by the closed circuit flotation process test，fine carbon with fixed carbon content of 76.93%can be obtained with a total recovery rate of 70.17%and the fixed carbon content in tail ash decreases to 11.89%.Fine carbon and the tail ash can be both comprehensively utilized again.

fly ash；flotation；fine carbon；comprehensive utilization

TQ536.4

A

1674－3644（2012）04－0250－04

［责任编辑 徐前进］

2012－04－11

杨大兵（1965－），男，武汉科技大学副教授.E－mail：dabingyang＠sohu.com