磨矿强化浮选粉煤灰中未燃尽炭试验研究.pdf

磨矿强化浮选粉煤灰中未燃尽炭试验研究 ① 王 驰１，２，３， 张 覃１，２，３， 卯 松１，２，３， 叶军建１，２，３， 李显波１，２，３， 黄 延１，２，３ （１．贵州大学 矿业学院，贵州 贵阳 ５５００２５； ２．喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室，贵州 贵阳 ５５００２５； ３．贵州省非金属矿产 资源综合利用重点实验室，贵州 贵阳 ５５００２５） 摘 要 为了高效利用贵州某高炭粉煤灰中的未燃尽炭，进行了浮选试验研究，采用正交试验和单因素试验考察了捕收剂用量、起 泡剂用量、矿浆浓度、充气量和磨矿细度对浮选效果的影响。 结果表明在捕收剂 ＷＺ 用量 １ ８００ ｇ／ ｔ、起泡剂 ＹＣ 用量 ２００ ｇ／ ｔ、矿浆 浓度 ２５％和充气量 ０．３ ｍ３／ ｍｉｎ 条件下，在浮选前增加磨矿，磨矿细度从未磨矿时原灰－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ４２．２０％提升到－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９７．４０％时，浮选完善指标从 ３５．８４％提高到 ４５．６９％。 采用一粗两精一扫、中矿再选试验流程，可获得可燃物含量 ６０．８７％、可 燃物回收率 ７７．６４％的精炭，以及烧失量分别为 ４．５７％和 ９．５５％的两种尾灰。 磨矿不仅能够使颗粒变细，还可使未燃尽炭内部新鲜 表面暴露，提高其疏水性，强化浮选。 关键词 粉煤灰； 未燃尽炭； 炭； 尾灰； 磨矿； 浮选 中图分类号 ＴＤ９２３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０２０．０１．０１２ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０１－００５４－０４ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｕｓｅ ｏｆ Ｕｎｂｕｒｎｅｄ Ｃａｒｂｏｎ ｉｎ Ｆｌｙ Ａｓｈ ｂｙ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ⁃Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ＷＡＮＧ Ｃｈｉ１，２，３， ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎ１，２，３， ＭＡＯ Ｓｏｎｇ１，２，３， ＹＥ Ｊｕｎ⁃ｊｉａｎ１，２，３， ＬＩ Ｘｉａｎ⁃ｂｏ１，２，３， ＨＵＡＮＧ Ｙａｎ１，２，３ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ， Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｌｏｃａｌ Ｊｏｉｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｉｏｒ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ｋａｒｓｔ Ａｒｅａ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｎｍｅｔａｌ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｓｅ ｏｆ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｉｎ ａ ｈｉｇｈ⁃ｃａｒｂｏｎ ｆｌｙ ａｓｈ ｆｒｏｍ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， ａｆｔｅｒ ａ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ， ａｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｔｈｅｎ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ， ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｆｏａｍｉｎｇ ａｇｅｎｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｌｐ， ａｅｒａｔｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｆｉｎｅｎｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ＷＺ ａｔ ａｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ １８００ ｇ／ ｔ， ｆｒｏｔｈｉｎｇ ａｇｅｎｔ ＹＣ ａｔ ａｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ２００ ｇ／ ｔ， ｐｕｌｐ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｔ ２５％ ａｎｄ ａｅｒａｔｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ０．３ ｍ３／ ｍｉｎ， ｔｈｅ ｉｎｄｅｘ ｆｏｒ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ３５．８４％ ｔｏ ４５．６９％ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ａ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｓｔａｇｅ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｓｉｚｅ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｉｎｅｎｅｓｓ ｏｆ －０．０７５ ｍｍ ４２．２０％ （ｒａｗ ｆｌｙ ａｓｈ ｂｅｆｏｒｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ） ｔｏ －０．０７５ ｍｍ ９７．４０％． Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｏｎｅ ｒｏｕｇｈｅｒ， ｔｗｏ ｃｌｅａｎｅｒ ａｎｄ ｏｎｅ ｓｃａｖｅｎｇｅｒ， ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｒｅｄｒｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｉｎｇｓ ｙｉｅｌｄｓ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅｓ ｏｆ ６０．８７％ ａｔ ７７．６４％ ｒｅｃｏｖｅｒｙ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｉｎｅｒ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｆｒｅｓｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｅｘｐｏｓｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ａｉｒ， ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｆｌｙ ａｓｈ； ｕｎｂｕｒｎｅｄ ｃａｒｂｏｎ； ｃｈａｒｃｏａｌ； ａｓｈ ｔａｉｌ； ｇｒｉｎｄｉｎｇ； ｆｌｏｔａｔｉｏｎ 粉煤灰是燃煤热电厂排出的一种类似火山灰质的 工业固体废弃物［１］。 目前，我国火力发电年产粉煤灰 近 ４ 亿吨，并且产量逐年递增，目前已有近 ２０ 亿吨堆 存量［２］，不仅占用大量土地，而且还造成环境污染。 近年来，虽然国家鼓励粉煤灰资源化利用，但实际利用 率不足 ６０％。 粉煤灰通常用作水泥添加剂［３］、回填材 ①收稿日期 ２０１９－０８－１２ 基金项目 贵州省“百”层次创新型人才（黔科合人才［２０１５］４０１２ 号） 作者简介 王 驰（１９９４－），男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究方向为难选矿石的选矿及资源综合利用。 通讯作者 张 覃（１９６７－），女，贵州安顺人，博士，教授，博士研究生导师，主要研究方向为难选矿石的选矿及资源综合利用。 第 ４０ 卷第 １ 期 ２０２０ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．４０ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０２０ 万方数据 料［４］、土壤改良剂［５］、路基材料［６］。 高炭粉煤灰因其 含有大量的未燃尽炭颗粒，直接用作水泥掺料时会严 重影响混凝土质量，需对其进行脱炭处理，一方面可从 中提取高热值的精炭，另一方面可降低烧失量提高粉 煤灰综合利用价值［７］。 未燃尽炭表面经高温氧化后， 含氧官能团增多使表面疏水性降低，从而恶化可浮性， 磨矿可使未燃尽炭进一步破碎，使新鲜表面外露，提高 未燃尽炭表面疏水性，从而改善可浮性。 粉煤灰脱炭 研究由来已久［８］，研究集中在药剂种类、药剂用量和 浮选工艺方法等［９］，而磨矿对粉煤灰浮选的影响研究 鲜有报道。 本文通过磨矿改变粉煤灰中未燃尽炭的表 面润湿性和粒度，从而降低炭粒粒度与表面氧化严重 对浮选的不利影响。 与此同时，考察药剂用量、充气量 和矿浆浓度对粉煤灰浮选效果的影响。 １ 试验原料及试验方法 １．１ 粉煤灰性质 粉煤灰样品取自贵州某地，外观呈灰黑色，含有较 多的未燃尽炭，采用 Ｘ 射线衍射分析仪对其进行矿物 组成分析，结果如图 １ 所示。 由图 １ 可以看出，在 １０～ ７０的范围内，粉煤灰中主要矿物有石英、莫来石及赤 铁矿等。 3020105040607080 2 / θ ;A 63; */;4 /5                           63, -0.075 mm, 97.40 ;4 5   29/4 -D 29/;5   63;0min 60 50 40 30 20 100 80 60 40 20 0 0515102025 -D 29/4 29/;5 63, -0.075 mm, 94.40 63, -0.075 mm, 97.40 a b 图 ３ 磨矿时间对精炭与尾灰浮选指标的影响 （ａ） 精炭； （ｂ） 尾灰 由图 ３ 可以看出，随着磨矿时间增加，粉煤灰浮选 可燃物回收率不断提高，在磨矿细度为－０．０７５ ｍｍ 粒 级占 ９８．９０％时，浮选精炭可燃物回收率达到 ９３．０６％。 在磨矿细度－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９４．４０％时，烧失量达到 最大，然后开始下降，这可能是由于粉煤灰细度太细导 致浮选效果变差。 在磨矿细度为－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ６５矿 冶 工 程第 ４０ 卷 万方数据 ９７．４０％时，浮选完善指标达到 ４５．６９％，相比于不磨矿 时浮选完善指标（３５．８４％）提高了近 １０ 个百分点。 随着磨矿时间增长，尾灰烧失量下降，在磨矿细度 为－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９７．４０％时，尾灰烧失量为４．３４％。 经过筛分试验，＋０．０４５ ｍｍ 粒级占比为 ７．７３％，达到Ⅰ 级粉煤灰烧失量与粒度要求。 综合考虑，磨矿细度为 －０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９７．４０％时，浮选效果较好。 ２．３ 浮选全流程试验 在正交试验的基础上，确定磨矿细度－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９７．４０％，粗选捕收剂 ＷＺ 用量 １ ８００ ｇ／ ｔ，起泡 剂 ＹＣ 用量 ２００ ｇ／ ｔ，浮选矿浆浓度 ２５％，充气量 ０．３ ｍ３／ ｍｉｎ，在此基础上进行了全流程试验，试验流程如 图 ４ 所示，结果列于表 ５ 中。 ,5/B/ A0g/t WZ YC * 21 22  D3B 2 2/3 /2 /1 1800 200 WZ YC 900 100 WZ YC 600 67 63 图 ４ 粉煤灰浮选工艺流程 表 ５ 粉煤灰浮选全流程试验结果 产品名称 产率 ／ ％ 烧失量 ／ ％ 可燃物含量 ／ ％ 可燃物回收率 ／ ％ 精炭 １１０．６３７６．０３４６．０５ 精炭 ２１１．７５４７．１６３１．５８ 总精炭２２．３８６０．８７７７．６４ 尾灰 １４７．９５３．９７１０．８５ 尾灰 ２２２．２２５．８８７．４５ 尾灰 ３７０．１７４．５７１８．３０ 尾灰 ４７．４５９．５５４．０６ 合计１００．００１７．５５ 由表 ５ 可知，精炭 １ 和精炭 ２ 综合，得到烧失量为 ６０．８７％、可燃物回收率为 ７７．６４％的总精炭。 将尾灰 １ 和尾灰 ２ 混合得到烧失量为 ４．５７％的尾灰 ３ 产品。 总 精炭可作为燃料使用，综合后尾灰 ３ 的烧失量和粒度 达到Ⅰ级粉煤灰要求，尾灰 ４ 的烧失量和粒度达到Ⅲ 级粉煤灰要求。 ３ 结 论 １） 粉煤灰中主要矿物有石英、莫来石及赤铁矿 等。 粉煤灰颗粒形貌主要包含两大类一类是燃烧转 化的微珠；一类是粒度较大的蜂窝状未燃尽炭。 傅立 叶变换显微红外拉曼光谱分析和微量热分析等测试结 果表明未燃尽炭表面虽然氧化严重但仍具有一定的 疏水性。 ２） 采用一次粗选的工艺流程，在捕收剂 ＷＺ 用量 １ ８００ ｇ／ ｔ、起泡剂 ＹＣ 用量 ２００ ｇ／ ｔ、矿浆浓度 ２５％、充 气量 ０．３ ｍ３／ ｍｉｎ 条件下，通过粗选前增加磨矿作业， 从未经磨矿的原灰－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ４２．２０％，提高到 磨矿粉煤灰－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９７．４０％时，获得的粗选精 炭的可燃物回收率从 ７１．２５％提高到 ８９．０８％，浮选完善 指标从 ３５．８４％提高到 ４５．６９％。 采用磨矿⁃一粗两精一 扫、中矿再选浮选试验流程，可获得可燃物含量 ６０．８７％、 可燃物回收率 ７７．６４％的精炭产品，以及烧失量分别为 ４．５７％和 ９．５５％的两种品质的尾灰，总精炭可作为燃 料使用，综合后尾灰 ３ 的烧失量和粒度达到Ⅰ级粉煤 灰要求，尾灰 ４ 的烧失量和粒度达到Ⅲ级粉煤灰要求。 磨矿不仅可使粉煤灰粒径减小，还可提高粉煤灰中炭 粒表面疏水性，增大炭粒与矿物质润湿性差异。 两者 共同作用强化了粉煤灰中未燃尽炭浮选回收。 参考文献 ［１］ Ｂｌｉｓｓｅｔｔ Ｒ Ｓ， Ｒｏｗｏｎ Ｎ Ａ． Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ⁃ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｕｔｉｌｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｆｌｙ ａｓｈ［Ｊ］． Ｆｕｅｌ， ２０１２，９７１－２３． ［２］ 赵亚娟，侯芹芹，张 创． 粉煤灰综合利用研究进展［Ｊ］． 应用化 工， ２０１８（６）１２８１－１２８４． ［３］ Ｇｏｌｅｗｓｋｉ Ｇ Ｌ． Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｆｌｙ ａｓｈ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｍｉｃｒｏ⁃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］． Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ， ２０１７，１３４３３５－３４６． ［４］ 杨大兵，王 帅，甘 杰，等． 钢厂粉煤灰中回收碳和铁的试验研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８（２）５５－５７． ［５］ 赵 吉，康振中，韩勤勤，等． 粉煤灰在土壤改良及修复中的应用 与展望［Ｊ］． 江苏农业科学， ２０１７（２）１－６． ［６］ Ｓｈｅ Ｗ， Ｄｕ Ｙ， Ｚｈａｏ Ｇ， ｅｔ ａｌ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏａｒｓｅ ｆｌｙ ａｓｈ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒ⁃ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｆｏａｍ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｒｏａｄｂｅｄｓ［Ｊ］． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１８，１７０１５３－１６６． ［７］ 陈晓东，张 覃，卯 松，等． 脱炭粉煤灰制备混凝土的试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１３（６）１３－１４． ［８］ 杨大兵，王 帅，甘 杰，等． 钢厂粉煤灰中回收碳和铁的试验研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８，３８（２）５５－５７． ［９］ 孔 波，孔祥祯，邵园园，等． 电厂粉煤灰降炭提质技术工艺系统 研究［Ｊ］． 煤炭加工与综合利用， ２０１２（４）４４－４７． ［１０］ 朱长勇． 高烧失量电厂粉煤灰浮选试验研究［Ｊ］． 选煤技术， ２０１７（５）９－１２． 引用本文 王 驰，张 覃，卯 松，等． 磨矿强化浮选粉煤灰中未燃尽 炭试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０２０，４０（１）５４－５７． ７５第 １ 期王 驰等 磨矿强化浮选粉煤灰中未燃尽炭试验研究 万方数据