粉煤灰漂珠的分离研究

杨瑶刚，任京成，杨赞中

(山东理工大学 材料科学与工程学院，山东 淄博 255049)

粉煤灰漂珠的分离研究

杨瑶刚，任京成，杨赞中

(山东理工大学 材料科学与工程学院，山东 淄博 255049)

粉煤灰中的漂珠含量较低，分离和提纯过程仍需改进. 为寻求实现工业分离的工艺条件,对内蒙古热电厂的粉煤灰漂珠进行了研究. 首先采用常规的水悬浮法对粉煤灰漂珠进行分离，得到高回收率的漂珠混合物；再利用筛分-焙烧-筛分工艺对粉煤灰漂珠进行提纯，最终得到纯度在95 %以上，粒度范围为0.074～0.15mm的空心微珠. 对得到的粉煤灰漂珠和漂珠混合物中的杂质进行了研究，发现漂珠在扫描电镜下多为圆球形、透明或不透明、形态多样；而漂珠混合物中的杂质主要成分为炭，内部多孔、结构疏松，与漂珠有着显著差异.

粉煤灰漂珠；分离；组成；提纯

中国是煤炭资源大国，随着燃煤发电的不断增加，粉煤灰的排放量也在不断增加，我国每年粉煤灰排放量超过5亿t[1]. 漂珠是从热电厂粉煤灰中漂选出来的硅酸铝质空心珠体，是一种高附加值产品[2]. 粉煤灰漂珠一般为外表光滑的珠形颗粒，呈白色或灰白色，透明或不透明，耐火度高达1 400 ℃以上，隔热性能强[3]. 漂珠材料的研究和应用，弥补了有机隔热材料防火性差等的不足，同时漂珠由于其低密度、热稳定性好等优异的性能，广泛应用于低密度油井水泥、轻质混凝土、及耐火材料等领域[4-7]. 因粉煤灰漂珠在提取的过程中方法各种各样，且组成复杂，难以用于指导生产，很多关于粉煤灰漂珠的文献中也缺少对漂珠的成分和微观形貌的分析[8]. 内蒙古某热电厂年产粉煤量20万t，其中含约0.15%的空心微珠，本文对其中的粉煤灰漂珠进行高纯度分离，以寻求实现工业分离的工艺条件，以寻找更高的开发利用价值.

1 粉煤灰漂珠分离研究

1.1 粉煤灰除杂

观察及预实验发现粉煤灰在生产、堆存过程中产生了少量块状杂质，主要是脱硫石膏块体、多孔灰渣块、多孔炭粉以及在堆放过程中混入的杂草. 它们的存在干扰了漂珠分离，并给后期漂珠提纯带来不利影响. 这些杂质有的密度小(如多孔灰渣，多孔炭)，有的(如杂草)会影响漂珠的质量，在分离前必须予以去除.

去除的方法是采用筛分法，用20目筛干筛除杂. 筛分除杂的结果是杂质质量分数在0.5 %左右，主要是块状、纤维状. 块状主要是炭渣、多孔炭和脱硫石膏(图1).

图1 粉煤灰杂质

块状杂质的粒度为0～30mm，密度与漂珠相近；纤维状杂质量少，主要是杂草.

1.2 漂珠分离工艺

由于漂珠的密度大都在0.3～0.7g/cm3，在水中又以实现精确分离，又及粉煤灰后期利用亦为湿法，故采用湿法分选的方法来提取[9-11]，提取工艺见图2.

图2 漂珠分离工艺

1.3 漂珠分离试验

确定粉煤灰漂珠有效分离的最佳条件，如：浓度、搅拌强度、静置时间等.

1.3.1 浓度试验

浓度试验旨在考察灰浆浓度对漂珠分离的影响. 分别以煤浆质量浓度30%、25%、20%、15%进行不同浓度试验，漂珠分离结果无显著差异，故最终确定粉煤灰浆质量浓度为25%.

1.3.2 搅拌试验

在不同搅拌强度状态下，考察搅拌强度对分散性能及漂珠漂浮的影响. 分别用300r/min、400r/min、500r/min、600r/min的浆叶转速搅拌时间固定为2min进行试验. 在试验条件下，分离结果亦无显著差异，故确定300r/min转速，2min搅拌时间即可达到分离要求.

1.3.3 静置、分离和干燥

粉煤灰浆静置，主要是让悬浮物在水中沉降而实现漂珠与细灰颗粒的分层. 将粉煤灰浆分别静置2min、5min、10min、20min，分离结果无显著差异. 故最终确定5min为最佳静置时间.

将漂浮物与澄清液分离，在105 ℃的条件下干燥，得到含有漂珠的混合物.

2 粉煤灰漂珠的组成及微观形貌

粉煤灰漂珠和杂质之间存在着差异，为了弄清它们之间的差异，寻找分离的方法，故借助XRF和SEM来分析.

2.1 化学组成

运用化学全分析和XRF的手段得到粉煤灰漂珠的化学组成(表1).

表1 粉煤灰漂珠的化学组成 %

组分SiO2Al2O3CaOFe2O3K2OTiO2MgO质量分数59．522．16．045．452．641．271．04

由上面的结果可知，粉煤灰漂珠中主要成分为SiO2和Al2O3，还含有部分CaO和Fe2O3以及少量的K2O等，基本上不含C元素.

2.2SEM观察悬浮物的微观形貌

(a) (b)

(c) (d)图3 粉煤灰漂珠的SEM微观形貌

将所得漂珠经筛分后置于光学显微镜下观察其形貌特征. 可以发现，图3a中可以看出漂珠主要是圆球形，还有部分无定型和椭圆形的漂珠，其中大部分属于圆球形漂珠，粒径比较大. 图3b中漂珠的表面要相对光滑一些，珠型良好，为纯净的不透明状. 图3c漂珠的表面有许多不规则的突起，其表面黏连有更细的微珠，或被少量矿物碎屑、碳粒等杂染. 图3d是粉煤灰漂珠中的杂质在扫描电镜下的形貌，杂质较脆，内部多孔，结构疏松，易碾碎，孔腔内吸水性高. 漂珠中炭杂质粒径较大，一般大于漂珠的平均粒径. 它往往存在于粗颗粒中，漂珠中的杂质对漂珠的利用会产生负面影响.

将图3d中的杂质单独做能谱分析，分析结果见表2.

表2 漂珠中杂质能谱分析结果 %

元素COAlSiZr质量分数63．3326．694．504．181．30

表2中可以看出原粉煤灰漂珠杂质中所含常量元素为C、O、Al、Si，杂质中含有大量的碳元素，而漂珠中几乎不含碳元素，充分说明了漂珠中的杂质主要为炭杂质. 如果将粉煤灰漂珠中的炭杂质除掉，将细颗粒集中，可以大大提高粉煤灰中漂珠的品位.

3 提纯

粉煤灰漂珠颗粒较细，采用激光粒度仪测定漂珠粒度范围一般在0.074mm～0.15mm之间.粉煤灰漂珠大多数富集在细颗粒范围内，而杂质较粗大，多数富集在粗颗粒范围内. 因此先用40目(0.63mm)的标准筛做振筛试验除去混合物中体积较大的颗粒(图4).

图4 漂珠中的杂质

漂浮物分离后，混合物杂质主要残存的是多孔炭(表2).由于多孔炭的密度与漂珠相近，难以用其它方法去除，故采用焙烧法.

将过筛之后的混合物共189.9g在960 ℃的温度下焙烧，以去除残存在漂珠的多孔炭.焙烧完毕，冷却称重为181.2g，烧掉了4.6 %的杂质.

随机抽取焙烧后的样品置于体视显微镜下观察，统计并估算得到漂珠的纯度在95 %以上.

4 结论

(1)此类粉煤灰漂珠中的杂质主要是炭渣和多孔炭.

(2)通过扫描电镜发现，漂珠形态多样，圆球形居多，而杂质为无规则形状，内部多孔，结构疏松.

(3)利用焙烧法除去漂珠中的炭杂质，可以得到纯度较高的粉煤灰漂珠.

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(编辑：姚佳良)

Separationofflyashfloatingbeads

YANGYao-gang,RENJing-cheng,YANGZan-zhong

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255049,China)

Thecontentofflyashfloatingbeadsislowandtheseparationandpurificationprocessstillneedstobeimproved.Inordertoachieveindustrialseparationprocessconditions,flyashfloatingbeadsinpowerplantinInnerMongoliawereseparated.First,theconventionalwatersuspensionseparationprocesswerecarriedouttoobtaincenospheremixtures.Then,themixtureswerepurifiedthroughscreening-roasting-screeningprocess,andobtainedcenospherewithmorethan95%purity.Theparticlessizeisrangedfrom0.074mmto0.15mm.Flyashfloatingbeadsunderthescanningelectronmicroscopy(SEM)aremostlysphereswithvariousforms,transparentoropaque.Whiletheimpuritiesaremainlycoal,withlooseinternalporousstructuresandhavesignificantdifferencewithdriftbeads.

fly-ashfloatingbeads;separation;constitute;purification

2016-07-29

杨瑶刚，男，1040507483@qq.com； 通信作者： 任京成，男，jchren@sdut.edu.cn

1672-6197(2017)03-0070-03

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