超声波辅助粉煤灰浮选脱碳
李海兰，王 凡，王录峰
(攀枝花学院 钒钛学院，四川 攀枝花 617000)
摘 要:为了解决粉煤灰含碳高无法充分利用的问题，借助超声波对粉煤灰进行浮选脱碳。先用单因素试验，研究主要因素对粉煤灰脱碳的影响，再进行“一粗四精一扫”的全浮选工艺流程试验。结果表明:单因素试验矿浆质量浓度106.7 g/L、2号油用量976.5 g/t、煤油用量441.9 g/t、超声作用2 min、浮选7 min时，浮选效果最好，获得精矿的烧失率和回收率分别为59.65%和68.41%，表明超声波能有效提升粉煤灰的浮选效果。“一粗四精一扫”试验获得精碳烧失率和回收率分别为75.96%和66.70%，实现了粉煤灰的有效回收。
关键词:超声波;粉煤灰;浮选;脱碳
中图分类号:TD94
文献标志码:A
文章编号:1006-6772(2018)04-0046-04
收稿日期:2017-12-04;责任编辑:李柏熹
DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.17120402
基金项目:攀枝花国家级大学生创新创业训练资助项目(2015cxcy065)
作者简介:李海兰(1986—)，女，四川遂宁人，硕士研究生，从事难选矿石选矿技术及资源综合利用研究。E-mail:pdjxppt@sina.com
引用格式:李海兰，王凡，王录峰.超声波辅助粉煤灰浮选脱碳[J].洁净煤技术，2018，24(4):46-49.
LI Hailan,WANG Fan,WANG Lufeng.Ultrasonic-aided flotation decarbonization of fly ash[J].Clean Coal Technology，2018，24(4):46-49.
Ultrasonic-aided flotation decarbonization of fly ash
LI Hailan,WANG Fan,WANG Lufeng
(College of Vanadium and Titanium,Panzhihua University,Panzhihua 617000,China)
Abstract:In order to solve the high carbon content problem of fly ash,the flotation decarburization test on fly ash was carried out with the aid of ultrasonic.The effect of the main factors on the decarbonization of fly ash was studied by a single factor experiment,and then the full flotation process test of "one coarse four fine one sweeping" was conducted.The results show that in single factor experiment,when the pulp concentration is 106.7 g/L,No.2 oil dosage is 976.5 g/t,kerosene dosage is 441.9 g/t,ultrasonic treatment time is 2 min,flotation time is 7 min,the flotation effect is the best,the ignition loss and recovery rate of concentrate is 59.65% and 68.41%,respectively.Ultrasonic can effectively improve the flotation effect of fly ash."One coarse four fine one sweeping" test obtains fine carbon,the ignition loss and recovery rate are 75.96% and 66.70%,respectively,achieving the effective recovery of fly ash.
Key words:ultrasound;fly ash;flotation;decarbonization
0 引 言
粉煤灰是煤燃烧过程中由烟气携带的炉尘，由焦炭、矿物粉末、石灰等细小颗粒组成，是我国主要固体排放物之一[1-3]。粉煤灰的化学组分比较复杂，除了SiO2和Al2O3等物质外，还含有部分没有完全燃烧的碳，是宝贵的二次资源[4-7]。
超声波对浮选药剂具有乳化分散的作用，可以加速浮选药剂的溶解与扩散，减小水中分散药剂的直径，对难溶浮选药剂有弥散乳化的作用，超声乳化制备高效捕收剂是浮选药剂制备的重要研究方向之一[8-10]。超声波对浮选有较大的促进作用。勒特马瑟等[11]研究了超声波处理对石墨浮选的影响,表明在浮选药剂乳化、矿浆分散、矿浆与药剂搅拌和浮选中应用超声波，可在精矿产率固定的情况下提高浮选效率，即提高精矿纯度，降低精矿灰分。李琳等[9]为了提高烃油捕收剂在水中的分散性，采用微乳化技术制备柴油微乳捕收剂，可在较低用量条件下获得更好的综合分选效果。本文根据攀枝花当地粉煤灰的物理化学性质，借助超声波的乳化作用，进行浮选脱碳试验，回收粉煤灰中的碳，减少环境中尾矿的排放，提高粉煤灰的综合利用价值。
1 粉煤灰的性质
1.1 化学组成
试验采用的粉煤灰取自攀枝花某电厂，XRD分析可知其主要由焦炭、赤铁矿、磁铁矿和硅酸盐矿物等组成。粉煤灰的化学组成见表1。
表1 化学多元素分析
Table 1 Analysis of chemical multi elements %
1.2 粒度筛析
粉煤灰呈浅灰色粉末状，表面空隙较大，使用0.074～0.180 mm的套筛对该粉煤灰进行筛分分析。各粒级分别按照GB/T 212—2008测定灰分[12]，测得各粒级产率和烧失率见表2。由筛析结果可知:粉煤灰烧失率为13.6%;粒级<0.097 mm的粉煤灰含量达90.3%，偏细，不利于浮选;含碳量相对较高的粒级为0.088～0.200 mm(占28.75%)，其烧失率为22.6%，这部分碳相对容易回收;粒级<0.075 mm的粉煤灰含量为43.70%，烧失率为10%，属于细粒级灰，比较难回收。
表2 粒度筛析结果
Table 2 Size screening results
2 试验原料和设备
矿样和药剂:粉煤灰(来自攀枝花某电厂)、煤油和2号油。
仪器和设备:XFD-1.5L型单槽式浮选机、KH2200型超声波清洗器、SC101-28电热恒温鼓风干燥箱、4-13箱式电阻炉和XTLZ型多用真空过滤机。
3 试验结果与讨论
单因素浮选流程为:调浆搅拌2 min后加入经超声波作用的捕收剂煤油反应2 min，再加入起泡剂2号油反应2 min，充气，10 s后开始刮泡。
3.1 矿浆浓度
矿浆质量浓度分别为66.7、80.0、93.3、106.7、120.0、133.3 g/L，煤油用量为0.05 g，2号油用量为0.13 g，浮选时间为6.5 min，超声波作用药剂时间为2 min，结果如图1所示。
图1 矿浆浓度试验结果
Fig.1 Experimental results of pulp concentration
由图1可知，精矿烧失率和回收率均随着矿浆浓度的增加先增加后减小。说明在一定范围内增加矿浆浓度可提高浮选效果。当矿浆质量浓度为106.7 g/L时，烧失率达最大值49.95%，回收率为61.19%，最佳矿浆质量浓度为106.7 g/L。
3.2 起泡剂的用量
2号油用量分别为813.8、895.1、976.5、1 098.6、1 220.6、1 342.7 g/t，矿浆质量浓度为106.7 g/L，煤油用量为315.6 g/t，浮选时间为6.5 min，超声波作用药剂时间为2 min，结果如图2所示。可知，随着2号油用量的增加，精矿烧失率先增加后减小，然后趋于稳定;回收率先增加后趋于稳定。说明在一定范围内增加起泡剂2号油用量可提高精矿含碳量，同时也有利提高精矿的回收率。2号油用量为976.5 g/t时，精矿烧失率达最大值53.41%，回收率为61.42%，起泡剂2号油的最佳用量为976.5 g/t。
图2 起泡剂2号油用量试验结果
Fig.2 Experimental results of the dosage of foaming agent No.2 oil
3.3 捕收剂的用量
煤油用量分别为157.8、252.5、347.2、441.9、536.6、631.3 g/t，2号油用量为976.5 g/t，矿浆质量浓度为106.7 g/L，浮选时间为6.5 min，超声波作用药剂时间为2 min，结果如图3所示。可知，随着煤油用量的增加，精矿回收率先增加，441.9 g/t时达到最大值，然后降低;精矿烧失率随煤油用量增加变化不大。说明一定范围内增加捕收剂煤油的用量有利于提高精矿回收率。煤油用量441.9 g/t时，精矿烧失率和回收率分别为54.68%和63.72%，所以捕收剂煤油最佳用量为441.9 g/t。
图3 捕收剂煤油用量试验结果
Fig.3 Experimental results of the amount of collector kerosene
3.4 超声波作用时间
超声波作用时间分别为0、1、2、3、4、5 min，矿浆质量浓度为106.7 g/L，煤油用量414.9 g/t，2号油用量976.5 g/t，浮选时间为6.5 min，结果如图4所示。可知，随着超声波作用时间的增加，精矿的烧失率和回收率均先增加后降低，说明超声可以增强浮选效果。超声波作用2 min时，精矿烧失率达最大值59.86%，回收率65.85%，所以超声波作用最佳时间为2 min。
图4 超声波作用时间试验结果
Fig.4 Experimental results of ultrasonic action time
3.5 浮选时间
浮选条件为:矿浆质量浓度106.7 g/L，2号油用量976.5 g/t，煤油用量441.9 g/t，超声波作用药剂2 min。浮选时间分别为5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5 min。结果如图5所示。可知，随着浮选时间的延长，精矿回收率缓慢增加，在7 min达最大值;精矿烧失率虽有类似的规律，但整体变化不大。说明延长浮选时间有利于精矿回收率提高。浮选7 min时，精矿回收率达最大值68.41%，烧失率59.65%，所以最佳浮选时间为7 min。
图5 浮选时间试验结果
Fig.5 Experimental results of flotation time
图6 粉煤灰全浮选试验流程
Fig.6 Full flotation of fly ash
3.6 全浮选流程试验
在单因素试验的基础上，确定了一次粗选、4次精选和1次扫选的全浮选试验流程，如图6所示。粗选条件为:矿浆质量浓度106.7 g/L、2号油用量976.5 g/t、煤油用量441.9 g/t、超声作用2 min、浮选7 min。粗选精矿进入精选1，粗选尾矿进入扫选;后续精选采用上一次精选的精矿，且不加药，尾矿丢弃;扫选采用粗选的尾矿，其药剂用量为粗选药剂用量的80%，扫选精矿返回精选1，扫选尾矿丢弃。试验结果精碳烧失率为75.96%，回收率为66.70%。
4 结 论
1)粉煤灰浮选的最佳条件为:矿浆质量浓度106.7 g/L、2号油用量976.5 g/t、煤油用量441.9 g/t、超声作用2 min、浮选7 min。该条件下精矿的烧失率和回收率分别为59.65%和68.41%。
2)在浮选粉煤灰的最佳试验条件下，确定“一粗四精一扫”的浮选流程，最终精碳的烧失率和回收率分别为75.96%和66.70%。
3)浮选试验引进了超声波技术，对当前浮选药剂能够起到一定的分散乳化作用，提高浮选效率以及精矿的烧失率和回收率。由于试验采用设备的超声频率不可调，故超声频率对粉煤灰浮选脱碳的影响还有待研究。
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