复配捕收剂强化煤气化细渣浮选试验研究.pdf
《复配捕收剂强化煤气化细渣浮选试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《复配捕收剂强化煤气化细渣浮选试验研究.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Series No.568October 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第568 期2023 年第 10 期收稿日期 2023-02-28基金项目 霍英东教育基金会高等院校青年教师基金项目(编号:171102);教育部产学合作协同育人项目(编号:220506429255344);陕西省技术创新引导专项-区创新能力引导计划(编号:2021QFY04-01)。作者简介 李 振(1983),男,教授,博士(后),博士研究生导师。复配捕收剂强化煤气化细渣浮选试验研究李 振1,2 刘 洋1 朱张磊1 李毅红3 高 博3 袁 雪3(1.西安科技大学化学与化工学院,陕西 西安 71005
2、4;2.自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,陕西 西安 710021;3.陕西煤化选煤技术有限公司,陕西 西安 710100)摘 要 针对煤气化细渣浮选分选效果低的问题,选用了柴油及其与油酸钠、OP4、甲基萘的复配产物作为捕收剂,MIBC、仲辛醇、2 号油、聚乙二醇作为起泡剂,进行了煤气化细渣的浮选对比试验,并借助激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜分析了复配捕收剂强化浮选效果的机理。浮选试验结果表明,当捕收剂质量用量相同时,复配捕收剂浮选效果优于柴油捕收剂,其中 OP4 与柴油复配的捕收剂浮选效果最好。当柴油质量占比为80%、OP4 质量占比为 20%、捕收剂用量为
3、35 kg/t、MIBC 用量为 6 kg/t 时,浮选残炭产率提高了 23.93%、浮选残炭灰分增加了 5.81%。激光粒度分析结果表明,OP4 与柴油复配捕收剂的粒径相对较小,改善了柴油捕收剂的分散性,增加了残炭颗粒与捕收剂之间的碰撞概率,因而致使浮选回收率增加了约 1 倍。傅里叶变换红外光谱分析进一步指出,OP4 表面活性剂的加入对炭表面疏水官能团的附着有积极作用,提升了浮选残炭的产率。扫描电子显微镜结果显示,浮选可以将附着与镶嵌在残炭上的灰质颗粒去除,但无法分离炭-灰熔融体,导致浮选残炭产品灰分偏高。因而,为实现煤气化细渣中炭-灰高效分离,后续研究应从炭-灰解离角度开展研究。关键词 煤
4、气化细渣 表面活性剂 浮选残炭产率 组合捕收剂 中图分类号TD923 文献标志码A 文章编号1001-1250(2023)-10-111-08DOI 10.19614/ki.jsks.202310016Experimental Study on Flotation of Coal Gasification Fine Slag Enhanced by Compound CollectorLI Zhen1,2 LIU Yang1 ZHU Zhanglei1 LI Yihong3 GAO Bo3 YUAN Xue3(1.College of Chemistry and Chemical Engine
5、ering,Xian University of Science and Technology,Xian 710054,China;2.Key Laboratory of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization,Ministry of Natural Resources,Xian 710021,China;3.Shaanxi Coalification Coal Preparation Technology Co.,Ltd.,Xian 710100,China)Abstract In order to solve the
6、 problem of the low flotation effect of coal gasification fine slag,diesel oil and its com-pound products with sodium oleate,OP4 and methyl naphthalene were selected as the collectors,and MIBC,2-octanol,No.2 oil as well as polyethylene glycol were used as frothers,and the flotation tests of coal gas
7、ification fine slag were carried out.In ad-dition,the mechanism of enhanced flotation effect of compound collector was analyzed with the help of laser particle size analy-zer,fourier transform infrared spectrometer and scanning electron microscope.The flotation test results showed that when the dosa
8、ges(weight)of collector are the same,the flotation effect of compound collector is better than that of diesel oil,and the flotation effect of compound collector of OP4 and diesel oil is the best.When diesel oil mass accounted for 80%,OP4 mass ac-counted for 20%,the dosage of compound collector is 35
9、 kg/t,and the dosage of MIBC is 6 kg/t,the yield of flotation residual carbon increases by 23.93%,but the ash content of flotation residual carbon increases by 5.81%.The results of laser particle size analyzer showed that the particle size of compound collector of OP4 and diesel oil is relatively sm
10、all,which improves the dispersion of diesel oil and increases the collision chance between residual carbon particles and collector,thereby increasing the flotation recovery of residual carbon by about 1 time.Fourier transform infrared spectroscopy further pointed out that the addi-tion of OP4 surfac
11、tant has a positive effect on the adhesion of hydrophobic functional groups on the carbon surface,and im-proves the yield of flotation residual carbon.The scanning electron microscope results showed that flotation could remove the ash particles attached to and embedded in the residual carbon,but cou
12、ld not separate the carbon-ash melt,resulting in high ash content of flotation residual carbon.Therefore,in order to achieve efficient separation of carbon-ash from coal gasification fine 111slag,follow-up research should be carried out gradually from the perspective of carbon-ash dissociation.Keywo
13、rds coal gasification fine slag,surfactant,flotation residual carbon yield,compound collector 煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的主要方法,是能源和化工领域中一项重要的煤炭清洁利用技术,截至 2023 年,国内外实现工业化的煤气化技术已达30 多种1。煤气化灰渣是煤气化过程中的副产物,具有烧失量大、含水量高、含碳量高等特点2。煤气化灰渣分为粗渣和细渣,其中从气化炉底排出的灰渣为粗渣;以飞灰形式随煤气排出的灰渣称为细渣。目前处理煤气化灰渣的主要方式是填埋,但无法解决环境污染、土地资源浪费以及二次资源利用不充
14、分的问题3。国内外对于煤气化细渣的应用主要包括:合成分子筛、催化剂、制陶粒、水泥、混凝土、农业等领域4-6。但煤气化细渣中的残炭是限制其资源化利用的主要原因7。以水泥、混凝土为例,高残炭影响了煤气化细渣与水泥之间的胶凝反应8。所以,将煤气化细渣中的残炭与灰质组分分离是提高煤气化细渣利用价值的关键。目前,对于煤气化细渣提质的方法以浮选法为主9。于伟等10开展了残炭含量高的煤气化细渣的常规浮选试验,结果发现当柴油用量 12 kg/t、仲辛醇用量 12 kg/t 时,可燃体回收率仅为 43.28%,捕收剂柴油对粗粒级物料捕收作用差、对细粒级物料选择性差。叶军建等11采用分批加药进行煤气化细渣浮选,结
15、果发现当柴油用量为 30 kg/t、仲辛醇用量为 5 kg/t 时,浮选效果得到了改善,沉物灰分达到了一级粉煤灰标准。王晓波等12采用中煤作为载体对煤气化细渣进行载体浮选,可使浮选残炭灰分降低 43.48百分点,可燃体回收率达到了 94.61%,为煤气化细渣浮选提供了新思路。黄海珊13在矿浆浓度 30%、磨机转速 120 r/min 时对煤气化细渣磨矿 30 min,浮选残炭的回收率增加了 7.70 百分点,浮选残炭灰分降低了 3.52 百分点。WANG 等14发现在超声功率180 W 处理矿浆 4 min,以及超声功率 180 W 乳化捕收剂 20 s 的条件下,浮选残炭灰分降低了 16.5
16、4 百分点,浮选完善指标提高了 12.60 百分点。吴阳15采用反浮选处理煤气化细渣,在最佳试验条件下,反浮选效率达到 15.69%,效果优于正浮选,但炭-灰分离效率依旧较低。常规浮选存在药剂用量大、浮选效率低等问题16,常见的改进方法有浮选工艺调整、浮选药剂优化以及物料预处理等17-19。目前对于浮选药剂的研究主要集中在药剂改性以及捕收剂与表面活性剂复配等方面20。OP4 乳化剂对于减小非极性烃类油在溶液中的分散性以及增大煤粒表面的疏水性有显著作用21;油酸钠在浮选过程中产生的泡沫层较非极性烃类油更稳定,除了常用作氧化矿的捕收剂外,目前也用于浮选低阶煤捕收剂22;甲基萘对于降低溶液表面张力有
17、显著作用23。因此,本文以煤气化细渣为研究对象,首次将柴油与 OP4、油酸钠、甲基萘进行复配试验,比较了柴油与复配捕收剂对煤气化细渣浮选的强化效果,采用激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜探究了表面活性剂的加入对改善煤气化细渣浮选的可能机理,以期为后期煤气化细渣中炭-灰分离提供借鉴。1 试验原料与试验方法1.1 试验样品试验样品为榆林某煤气化厂的煤气化细渣,根据GB/T 2122008 对烘干后样品进行工业分析,结果如表 1 所示。借助 X 射线衍射仪(D8 Advance)对样品矿物组成进行分析,XRD 图谱如图 1 所示。表 1 煤气化细渣工业分析结果Table 1 Proxim
18、ate analysis of coal gasification fine slag%指标干燥基水份灰分挥发分固定碳数值2.4359.434.8333.32图 1 煤气化细渣的 XRD 图谱Fig.1 XRD pattern of coal gasification fine slagQ石英;M莫来石由表1 可知,固定碳含量为33.32%,有回收的必要性;煤气化细渣灰分约为 59.43%,灰分相对较高。由图 1 可知,煤气化细渣中主要含有石英、莫来石等杂质,在 26.8左右有明显的石英强峰,在强峰周围出现了明显的鼓包峰,说明煤气化细渣中含有较高的非晶相24。非晶型矿物质主要包括铝硅酸盐和残余
19、的有机质,这些物质粒度较细并且亲水性较强遇水容易泥化,从而影响浮选效率。依据国家标准 煤炭筛分试验方法(GB/T 4772008)对样品进行筛分试验,分析煤气化细渣的粒度组成,结果如表 2 所示。211总第 568 期 金 属 矿 山 2023 年第 10 期表 2 煤气化细渣的粒度组成Table 2 Particle size analysis results of coal gasification fine slag粒度/mm产率/%灰分/%筛下累计/%产率灰分+0.55.3243.83100.0059.430.50.2513.9225.0394.6860.300.250.12516.2
20、726.5780.7566.380.1250.0758.7958.0164.4976.430.0750.0456.5778.1655.7079.33-0.04549.1379.4949.1379.49合计100.0059.43 从表 2 可知,+0.5 mm 粒级产率为 5.32%,灰分为 43.83%;0.1250.5 mm 粒级产率为 30.19%,灰分较低,约为 25.86%;-0.045 mm 粒级产率为49.13%,为该样品的主导粒级,灰分为 79.49%,这一粒级的灰分最高,浮选过程中可能会导致浮选残炭灰分偏高。借助全自动比表面积与孔隙分析仪(ASAP 2020)对煤气化细渣孔隙结
21、构进行分析,具体测试参数为:加热速率 10 /min,温度 200,压力 1.333104 Pa。吸附等温线的特征、滞后圈与孔隙结构有关,煤气化细渣吸附-脱附曲线如图 2 所示。图 2 煤气化细渣吸附-脱附曲线Fig.2 Adsorption-desorption curve of coal gasification fine slag 根据 IUPAC 标准分类,煤气化细渣等温曲线呈现类特征,表明煤气化细渣以中孔(250 nm)为主25。在升压时,脱附与吸附的等温线不重合,存在一个明显的滞后环,反映了煤气化细渣有较好的吸附性能。如表 3 所示,煤气化细渣比表面积为 225.34 m2/g,孔
22、隙体积 0.21 cm3/g,平均孔径 34.91 nm,较大的比表面积与孔结构导致煤气化细渣表面更易吸水,表面亲水造成浮选困难。因此在浮选过程中,应加入适当的表面活性剂来覆盖煤气化细渣表面暴露的含氧官能团,阻碍表面的亲水基团与水分子接触,从而提高残炭的疏水性,提升浮选效果。1.2 试验药剂起泡剂选用聚乙二醇、MIBC、仲辛醇、2 号油。聚表 3 煤气化细渣表面与孔结构数据Table 3 Surface and pore structure data of coal gasification fine slag参数比表面积/(m2/g)孔隙体积/(cm3/g)平均孔径/nm数值225.340.
23、2134.91乙二醇作为起泡剂具有稳定性好、在水中不易解离的优点26;2 号油具有成分稳定且起泡性能好的优点;MIBC(甲基异丁基甲醇)与仲辛醇作为醇类起泡剂,起泡能力强、浮选效果好,是目前选煤中最常用的起泡剂种类27。柴油与 OP4、甲基萘、油酸钠复配作为新型复配捕收剂,复配捕收剂中柴油质量占比分别为20%、40%、60%、80%,按照质量比将柴油与表面活性剂放入烧杯中混合并进行搅拌,在 55 的水浴锅中放置 1 h 后取出摇匀使其形成新的复配捕收剂。1.3 浮选试验浮选试验流程如图 3 所示,采用 XFD 型充气单槽浮选机,矿浆浓度 45 g/L,充气量 0.18 m3/h,叶轮搅拌转速为
24、 1 950 r/min。在浮选槽中加入 600 mL清水,启动浮选机后加入低温烘干的 45 g 煤气化细渣样品,搅拌润湿 1 min 后加入捕收剂,继续搅拌 2 min 后加入起泡剂,30 s 后充气浮选。图 3 浮选试验流程Fig.3 Flotation test flow1.4 激光粒度分析借助激光粒度分析仪(Mastersizer2000)测量药剂在水中的粒径分布规律,粒度检测范围为 0.02 1 000.00 m,具体测试方法为:取 0.5 mL 捕收剂放入分析仪水槽中;磁力搅拌 5 min 后进行测量;检测捕收剂的粒径分布。1.5 煤气化细渣扫描电子显微镜分析为比较浮选后残炭产品与
25、煤气化细渣原样中残炭与灰质颗粒的分布方式,借助扫描电镜(JSM-6460LV)观测了煤气化细渣的表面特性。具体测试方法为:取样品于样品台上进行喷金处理;扫描电子显微镜加速电压 20 kV,在 2 000 倍放大倍数下观测样品形貌。1.6 红外光谱分析使用傅里叶红外光谱仪(Nicolet IS5)表征药剂以及煤气化细渣样品红外光谱官能团变化。具体测试方法为:将待检测样品与溴化钾以质量比 1100研磨;加压制成片状样品;然后放入红外光谱311 李 振等:复配捕收剂强化煤气化细渣浮选试验研究 2023 年第 10 期仪进行分析;红外光谱波段范围为 400 4 000 cm-1,根据红外图谱特征峰判断
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 复配捕收剂 强化 煤气化 浮选 试验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。