煤气化炉渣浮选及其精炭制备活性炭分析

乔楠夫

煤气化炉渣浮选及其精炭制备活性炭分析

乔楠夫

（南阳师范学院，河南 南阳 473061）

本文首先对煤气化炉渣的浮选，以及活性炭的活化和制备过程进行了详细的说明，包括对于试验仪器、原料等内容的说明，并且进一步分析了活性炭制备的表征方式，来更加直观地反映出煤气化炉渣的浮选以及活性炭的活化和制备的特点在此基础上对整个实验的结果进行了深入分析，分别从煤气化炉渣的性质、浮选条件的影响、精碳的吸附性能、活化条件的影响这几个方面来进一步对煤气化炉渣浮选及其精碳制备活性炭试验进行了有效验证，并从中分析出更加有效的煤气化炉渣浮选及其精碳制备活性炭的途径，进而为提高活性炭制备的效率和质量，简化活性炭的制备流程，来提供一些可行性的参考建议。

煤气化炉渣；浮选；活性炭制备

1 煤气化炉渣浮选以及精炭制备活性炭

1.1 原料及仪器

实验中所用到的煤气化炉渣均来源于北方，并且使用X射线衍射仪以及X射线荧光光谱仪来对煤气化炉渣进行扫描和检测，进一步确定煤气化炉渣中的化学元素，并对其进行定性分析和半定量分析。同时，实验还选用了容量为1升的挂槽式浮选机进行煤气化炉渣的浮选，并使用棒磨机进行煤气化炉渣的研磨。

1.2 煤气化炉渣的浮选

在进行煤气化炉渣的浮选环节时，首先需要选取200克的煤气化炉渣，使用棒磨机对其进行研磨，生成不同粒度的煤气化炉渣。除此之外，还要将没有作为煤气化炉渣浮选的捕收剂；松醇油作为煤气化炉渣浮选的起泡剂，然后再使用容量为1升的挂槽式浮选机进行煤气化炉渣的浮选工作[1]。

1.3 活性炭制备

在制备活性炭时，需要利用5克的精碳，来与不同质量的固体活化剂和少量去离子水进行混合、造粒和烘干等环节；其中，对于固体活化剂的选用多为氢氧化钾。在烘干环节结束后，将精碳混合物装入圆筒状镍管当中，并将镍管放入电炉中进行制备环节。先要将镍管在氮气中按照每分钟10摄氏度的速度升温，在经过一段时间的活化反应之后，再让镍管在氮气中冷却至室温，并加水煮沸15分钟左右，利用去离子水将精碳混合物洗至中性，再经过过滤和烘干，就能够得到活性炭了。

1.4 表征方式

1.4.1烧失量

灼烧前煤气化炉渣的的质量与灼烧后煤气化炉渣的质量之间的差值，与灼烧前的煤气化炉渣的比值，既可以表示为煤气化炉渣的烧失量。烧失量对于煤气化炉渣的浮选工作，具有十分关键的作用，因此在煤气化炉渣浮选实验中，必须要严格计量煤气化炉渣在灼烧前后的质量。

1.4.2活性炭吸附能力

为了更好地检验所制备的活性炭的吸附能力，可以通过测试活化反应后，活性炭对于碘的吸附值和对于亚甲蓝的吸附值，来进一步判定活性炭的吸附能力。除此之外，活化时间、活化剂用量、活化温度等因素，都可以直接影响到活性炭的吸附能力，而碘和亚甲蓝就是检验活性炭吸附能力最好的工具。

1.4.3活性炭孔结构

在对活性炭的孔结构进行检验时，不仅可以通过活性炭的吸附能力来判断，还可以使用比表面及空隙度分析仪来更加准确的检验活性炭的孔结构，通过对精碳和活性炭对于氮气的吸附能力的测定，来进一步计算活性炭的比表面积，以及微孔、中孔、大孔在活性炭孔隙当中的结构，利用仪器来对活性炭孔结构记性检测有利于提升实验的精准性[2]。

2 结果与分析

2.1 煤气化炉渣的性质

煤气化炉渣的主要成分为非晶态物质；同时，在煤气化炉渣中还含有氧化钙成分，在长时间的堆放中，逐渐使得煤气化炉渣中含有少量的方解石和石英等物质。除此之外，利用X射线荧光光谱仪对煤气化炉渣进行检测，可以发现煤气化炉渣中除了包含氧化钙的化学成分，还包含了二氧化硅、三氧化二铝、三氧化硫、超氧化钾等成分，并且测得煤气化炉渣中碳的含量在21%左右，烧失量为24%。这样一来，就可以表明煤气化炉渣中的有机含量较少，因此可以将烧失量作为实验的指标来代替碳含量。

2.2 浮选条件的影响

2.2.1捕收剂用量

在对煤气化炉渣进行浮选时，需要先使用棒磨机对煤气化炉渣进行10分钟左右的湿磨，使其粒度保持在120微米左右，然后再进行后续的浮选工作。其次，在对煤气化炉渣进行浮选之前，要设定好浮选参数：将煤气化炉渣的质量定为200克；浮选机的轮速为每分钟1800转；充气量每分钟0.3立方米；浮选时间设定为5分钟；松醇油量1kg/t，然后在此基础上进行浮选实验。此时，可以根据浮选的过程和结果，来判断捕收剂的用量对于浮选效果的影响。由此可知，在煤油量增加的清涕下，精炭的产出率也在不断增加；但由于捕收剂用量的增加，使得煤气化炉渣中药剂浓度变高，并且与残炭进行了充分反应，导致一些煤粒呈现上浮的状态，同时夹带了非碳物质，进而造成精炭的烧失量越来越小。基于此，为了能够更好地保证煤气化炉渣的浮选工作，能够对碳资源进行高效利用，在进行浮选时，可以将捕收剂用量保持在10kg/t左右，来更好地保证精碳的产出率和烧失量。

2.2.2起泡剂用量

在检测起泡剂对于煤气化炉渣浮选的影响时，依旧是在煤气化炉渣浮选过程和结果的基础上来进行分析的。值得注意的是，在设定煤气化炉渣浮选参数时，需要对煤油量进行调整，将原有的1kg/t的煤油量增长到10kg/t。基于此，在对煤气化炉渣进行浮选工作之后，可以更加清晰地观察到起泡剂对于煤气化炉渣浮选效果的影响。在煤油量增加的前提下，精碳的产出率会在浮选的初期阶段呈现增加的状态，然后随着浮选的结束而降低；同时，精碳的烧失量则一直呈现下降的状态。这是由于煤油量的增加，会使得浮选过程中泡沫的数量越来越多，进而导致精碳中夹带了更多的非碳物质。当松醇油用量过多的情况下，将会提高矿浆的黏稠度，导致精碳的产出率和烧失量降低。因此，在实际的煤气化炉渣浮选过程中，将松醇油用量控制在1.5kg/t最为合适[3]。

2.2.3磨矿精细度

在棒磨条件相同的情况下，磨矿时间越长，就会得到粒度越细致的煤气化炉渣。在分析磨矿精细度与煤气化炉渣浮选效果之间的关系时，依旧需要对煤气化炉渣的浮选参数进行调整，将煤油量调整为10kg/t，松醇油用量设定为1.5kg/t，来进一步明确磨矿精细度对于煤气化炉渣浮选效果的影响。由此可知，磨矿精细度越强，煤气化炉渣的粒度就越小，使得煤气化炉渣的比表面积变大，进而增强了对捕收剂的消耗。这样一来，精碳的产出率就会越小，而烧失量则呈现逐渐增加的趋势。基于此，通过磨矿精细度对于煤气化炉渣浮选效果的影响可以得知，在进行煤气化炉渣浮选时，应将棒磨时间把保持在12分钟左右，使得磨矿细度为123微米，捕收剂用量为10kg/t，起泡剂用量为1.5kg/t，进而更好地保证煤气化炉渣的浮选效果[4]。

2.3 精碳的吸附性能

通过对煤气化炉渣的浮选，以及活性炭制备的实验可以得知，活性炭对于碘和亚甲蓝吸的附值，远远高于精碳中对于碘的吸附值和对于亚甲蓝的吸附值，因此在净水环境中应用煤质活性炭时，不能够使用精碳来作为主要的净水措施。基于此，若想更好地提升精碳的吸附性能和净化作用，还需要对精碳进行有效的活化工作[5]。

2.4 活化条件的影响

2.4.1活化剂用量

在进行活化实验的过程中，为了更好地判断出活化条件对于活性炭吸附性的影响，可以将活化温度固定为900℃，活化时长为1小时，并通过改变活化剂的用量来观察活化条件对于活性炭吸附性的影响。由此可知，在碱炭质量不断增加的同时，活性炭对于碘和亚甲蓝的吸附值也变得越来越强，；但随着碱炭质量的增加，活性炭对于碘的吸附值逐渐减小，而对于亚甲蓝的吸附值依旧随之增加。这是由于在碱炭质量比较小是，活性炭中的氢氧化钾会与精炭中的碳原子发生活化反应，在经过这种活化反应之后，活性炭中的微孔和中孔变得越来越多，导致活性炭对于碘的吸附值越来越弱。而活性炭对于亚甲蓝的吸附主要是通过活性炭中的打孔来实现，因此过氧化钾在对活性炭进行扩孔的同时，增加了活性炭对于亚甲蓝的吸附作用。基于此，在对活性炭进行活化实验时，碱炭质量比在2.0时活性炭的吸附能力最好[6]。

2.4.2活化温度

在判断活化温度对于活性炭吸附值的影响时，可以将碱炭质量比固定为2.0，活化时间为1小时，然后在对活性炭进行活化实验。由此可知，当活化温度不断升高时，活性炭对于碘和亚甲蓝的吸附值都会呈现先上升后下降的趋势。当活化温度达到800℃时，活性炭对于碘和亚甲蓝的吸附值会随着温度的升高快速增加。这是由于在高温的环境下，活性炭的活化反应速率会变得越来越大，导致活性炭中的微孔越来越多，因此对于碘和亚甲蓝的吸附效果更强，尤其是在活化温度达到了800摄氏度时，会在活化反应中生成钾元素，加快活性炭孔隙的生成。而当活化温度超过800℃时，由于活化反应过于剧烈，使得活性炭中的微孔扩张成打孔，破坏了活性炭的孔隙结构，导致活性炭的吸附能力降低[7]。

2.4.3活化时间

在测试活化时间对于活性炭吸附性能的影响时，需要将碱炭质量比固定为2.0，活化温度设定在800℃。由此可知，随着活化时间越来越高的情况下，活性炭对于碘和亚甲蓝的吸附值都呈现先增大后减小的状态，当活化时间达到1.5小时时，活性炭对于碘和亚甲蓝的吸附性能最强；但在1.5小时之后，活性炭对于碘和亚甲蓝的吸附值变得越来越小。这是由于活化反应时间延长，将会生成氢氧化钾，并且与活性炭中孔壁上的碳原子产生反应，进而对活性炭的孔隙产生了扩大的作用，破坏了活性炭的孔隙结构，进而降低活性炭的吸附性能。基于此，在进行活性炭的活化反应实验时，应将活化时间保持在1.5小时左右[8]。

3 结论

综上所述，通过浮选法来利用煤气化炉渣制备活性炭，具有流程简便、经济性强、性能高等优势，不仅能够对资源进行高效利用，还能够更好地提高活性炭的制备质量。基于此，在通过浮选法来利用煤气化炉渣制备活性炭时，应对浮选条件、活化条件、烧失量等因素进行严格把控，确保最终的活性炭制备效果。

[1]张浩,张磊,龙红明.电炉渣超微粉改性生物质废弃物制备生态活性炭的光谱学分析[J].光谱学与光谱分析,2020,040(003):861-866.

[2]李露霏,虞宇翔,常建民.成型生物质快速热解炭制备活性炭活化工艺研究及其性能表征[J].化工新型材料,2018.

[3]刘冬雪,胡俊阳,冯启明,等.煤气化炉渣浮选及其精炭制备活性炭的研究[J].煤炭转化,2018,41(05):73-80.

[4]胡俊阳.北方某煤气化炉渣的综合利用研究[D].2018.

[5]佚名.煤气化炉渣浮选精炭在染色废水中的应用[J].环境工程,2018,03(v.36;No.237):64-68+142.

[6]胡刚,刘帅,侯增芳,等.协庄选煤厂浮选精煤降水及掺配的研究与应用[J].煤炭加工与综合利用,2020,No.256(11):42-43+46.

[7]葛晓东.煤气化细渣表面性质分析及浮选提质研究[J].中国煤炭,2019,045(001):107-112.

[8]王凯,高超,邢欢,等.超纯煤沥青基活性炭的制备及其电化学性能的研究[J].化工新型材料,2019,47(04):146-150.

乔楠夫（1990.04- ），男，汉族，籍贯：河南南阳人，职称：助教，学历：研究生，单位：南阳师范学院，研究方向：土木工程材料。

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