一种分离粉煤灰中残炭的浮选柱工艺 【技术领域】
本发明属于矿物分离技术领域，特别是提供了一种分离粉煤灰中残炭的浮选柱工艺。
背景技术
本发明设计是基于环境污染的防治技术和矿物资源综合利用的实用技术，主要是脱除粉煤灰中未燃尽残炭的工艺和流程。粉煤灰作为煤粉燃烧产物，受原料及燃烧工况的影响，原状灰或多或少会含有未燃尽有机物，即未燃尽残炭。粉煤灰中未燃尽炭含量的超标，不仅带来相应的环境问题，而且制约着粉煤灰在许多领域的应用。
全世界年排放粉煤灰总量约5亿吨以上。而我国就超过1亿吨，居世界第二位。随我国经济建设发展，粉煤灰排放量会进一步增加，会相应带来更多环境问题。因此经济有效的粉煤灰综合利用日益成为一个重要课题。然而，在粉煤灰资源化利用过程中遇到的一个主要问题是未燃尽炭含量超标，它制约着粉煤灰在许多领域的应用。如在建筑材料和筑路填充中，粉煤灰碳含量超标会显著影响建筑及填充材料的吸水性和稳定性，给粉煤灰的有效综合利用带来显著负面影响。所以只有降低粉煤灰含炭量，才能有效提高其质量等级，从而为其综合利用开辟广阔市场。
当今世界上降低粉煤灰炭含量的方法主要有两种：一.排灰前降低炭含量，即进行锅炉改造以提高煤粉燃烧效率；二.对高炭粉煤灰采用一定工艺和方法，将其中未燃尽炭除掉一部分。主要实用技术有：燃烧法、电选法、浮选法和离心分离等(何新露.粉煤灰选炭的试验研究.粉煤灰综合利用，1999，03(5)：15~18)。其中以湿法分选的浮选法和干法分选的电选法应用最为普遍。
目前高炭粉煤灰浮选工艺从煤炭一段浮选工艺发展而成。如甘肃白银公司动力厂原灰含碳量平均为35％左右。经浮选后含炭量降到5％以下(邵靖邦，王祖讷.降低粉煤灰含炭量的途径.中国煤炭，1998，24.(10)：17-19.)。但因新鲜煤粒表面有有机油类化合物吸附，表现为强天然疏水性；而粉煤灰是在高达1500℃以上的温度下燃烧产生，其天然疏水性差。因此粉煤灰中炭粒不同于未经燃烧的煤。又因为一段浮选工艺中存在宽级别入料各因素相互干扰、在同一操作条件和药剂制度下，不能够达到优化配置。所以这种以煤用浮选工艺为基础的粉煤灰浮选工艺，有脱炭分离指标不理想、分选效率偏低地缺点。
目前对于粉煤灰的浮选除炭技术只限于传统浮选机分选工艺，在国内只有甘肃白银公司动力厂等少数几个分选厂采用，其效果不十分理想且生产成本高。而对于更适合微细颗粒分选的浮选柱工艺并未见在粉煤灰浮选除炭方面得到应用，有关这方面的报道还是空白。
浮选柱于60年代由加拿大人Pierre Boutin发明，其独特的结构和运动方式使得它具有投资省、产率高，占地面积少，更适于微细物料分选等众多优点，所以在六十年代时就得到推广和应用，一开始就受到了许多国家选煤厂和选矿厂的青睐。随着对浮选柱研究的深入，以气泡发生器为突破口，开发出了一批各具特色的浮选柱，这些浮选柱从设备的可靠性到运行的稳定性都较早期的浮选柱大为提高。本浮选柱—厢式压滤机浮选工艺对高炭粉煤灰这样的细微粒级物料分选效果尤佳，兼顾了浮选精度和产率，是一种达到了国际先进水平的浮游分选设备。
常规浮选机分选工艺简介
常规的浮选工艺流程是将浮选入料经矿浆预处理器处理后送入浮选机，浮选机分选出的精矿利用圆盘真空过滤机过滤。该工艺较为复杂，尤其是真空过滤机还要配备真空泵、气水分离器、滤液泵、冷却水系统、软化水装置等设备，另外，该工艺一般需2～3层楼布置，土建费用较大。因此，该工艺的特点是：投资大，设备多，耗电量大，工艺复杂，维修量大，运行费用高。但由于该工艺在我国应用多年，积累了丰富的经验，是我国目前应用最广泛的浮选工艺。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种分离粉煤灰中残炭的浮选柱工艺，解决了粉煤灰中残炭含量超标所带来的相应的环境问题和粉煤灰综合利用的问题，提出一种低成本、工艺简单、效率高的粉煤灰浮选除炭的工艺方法。
本发明由矿浆准备、浮选柱分选、产品脱水三部分构成。采用双射流浮选柱，并配合相应的给料及脱水设备，组成一个完整的浮游分选工艺系统(浮选柱—厢式压滤机浮选工艺流程)，来脱除粉煤灰中的未燃尽炭粒。该工艺采用直接浮选工艺，即浮选后的产品不经过浓缩过程，直接送入厢式压滤机中脱水。
矿浆准备：将高炭粉煤灰和水装入搅拌桶，经叶轮搅拌制备成符合浮选浓度要求的矿浆。制备好的矿浆用螺杆泵输送至浮选柱的入料口。浮选柱分选部分是整个系统的核心部分，矿浆入料经双射流浮选柱分选得到浮选精矿浆(残炭)和浮选尾矿浆(粉煤灰)。通过厢式压滤机脱水的处理，分别得到最终的残炭产品和粉煤灰产品。
浮选柱—厢式压滤机浮选工艺流程
结合附图1，对浮选柱—厢式压滤机浮选工艺流程的工作过程叙述如下：
粉煤灰原料为燃煤火力发电厂的高炭粉煤灰，颗粒最大粒度不超过0.5mm，残炭含量在8％～40％之间。首先，粉煤灰入料1和水在搅拌桶2内，由叶轮搅拌制浆，形成浮选柱入料。搅拌时间为10～15分钟，在搅拌过程中加入捕收剂(轻柴油)，用量范围为0～3200g/T，并继续搅拌5～7分钟。浮选柱入料的浓度范围为2.75～12.79wt.％，备好的矿浆经螺杆泵3注入双射流浮选柱4的入料口，矿浆在进入浮选柱前加入起泡剂(仲辛醇)，加药量为90～110g/T。5是双射流浮选柱的中矿循环泵，通过调节中矿循环泵可调节中矿循环量。浮选柱入料经浮选柱分选后，分离出的精矿首先进入精矿缓冲池6，随即进入精矿压滤机7进行压滤脱水，得到脱水残炭产品。浮选尾矿先进入浮选尾矿池9缓冲后，再进入尾矿压滤机脱水，最后得到脱水粉煤灰(11)。这里设缓冲池的目的是保证生产的连续性和稳定性。
双射流浮选柱系统
双射流浮选柱的工艺步骤为：粉煤灰入料1首先给入搅拌桶2内，并加水进行矿浆浓度调节，其流量由入料流量计13和入料密度计14测定，并通过捕收剂加药泵21给入捕收剂(用量范围为0～3200g/T)。调好的矿浆经螺杆泵3给入浮选柱4，其流量由入料流量计13测定，17为入料气泡发生器，产生大量细小而弥散的气泡，气泡在矿浆中上升时，会碰撞并捕捉到浆料中的疏水颗粒(主要为未燃净残炭)，并携带残炭颗粒上升至气液自由界面而形成矿化泡沫层。矿化泡沫层会随溢流进入精矿收集装置，分选后的尾矿则随底流进入尾矿泵。本双射流浮选柱的突出优点是具有独特的中矿循环装置，使难选矿物的分离效率得到显著提高。19为起泡剂加药泵，起泡剂(仲辛醇)加药量为90～110g/T。矿浆在浮选柱内经气泡分选形成精矿浆24和尾矿浆25两部分，尾矿浆由尾矿泵12排出。本浮选柱的特点是有中矿循环再选系统，可使在初选区和精选区未得到浮起的炭粒得到再选，中矿循环系统由中矿循环泵5、循环流量计16、循环器气泡发生器18和起泡剂加药泵20构成。
本发明的优点或积极效果
首次应用浮选柱技术来分离粉煤灰中未燃净残炭。双射流浮选柱的分选结果表明，双射流浮选柱可有效脱除残炭，同传统浮选工艺相比，本工艺明显简化，不但投资少、耗电量小，而且维修量小，运行费用低。浮选柱本身的结构更适合于粉煤灰这样微细颗粒的分选除炭，其分选效率和工艺成本均优于传统的浮选机工艺流程。另外，该工艺充分利用浮选柱出料口高的优势采用地面布置，大大节省了土建投资。
【附图说明】
图1是本发明的浮选柱—厢式压滤机分选新工艺流程。其中，入料1、搅拌桶2、螺杆泵3、双射流浮选柱4、中矿循环泵5、精矿缓冲池6、精矿压滤机7、脱水残炭8、浮选尾矿池9、尾矿压滤机10、脱水粉煤灰11。
图2是本发明的系统组成框图。其中，入料1、搅拌桶2、螺杆泵3、双射流浮选柱4、中矿循环泵5、尾矿泵12、入料流量计13、入料密度计14、给料流量计15、循环流量计16、入料气泡发生器17、循环气泡发生器18、起泡剂加药泵19、20、捕收剂加药泵21、压力传感器22、23、精矿24、尾矿25。
搅拌桶的容量为双射流浮选柱一个小时的实际生产量，精矿和尾矿缓冲池容量分别为精矿和尾矿20min的产出量。螺杆泵和中矿循环泵为通用流体机械，其选型可按实际的流量和扬程选择。厢式压滤机为选煤厂处理煤泥水用压滤机，也为通用压力过滤设备，在应用中根据实际的矿浆处理能力和过滤压力选型。
【具体实施方式】
这里通过实施例对本发明进一步说明，选择山西某燃煤电厂粉煤灰，其特点是烧失量指标偏高(18％～20％)，化学成分如表1。采用附图2所示工艺流程进行浮游分选。
表1所用粉煤灰的化学组成及烧失量
SiO2(％) Al2O3(％) CaO(％) Fe2O3(％) MgO(％) SO3(％) LOI
56.24 28.70 2.08 3.89 0.79 0.23 16.98
浆料制备
在矿浆搅拌桶中备料，先加入给定量清水，并接通搅拌器电源进行搅拌，在此过程中加入预先计量好的入料粉煤灰，入料浓度分别为2.75、5.43、7.67和12.79wt.％。先搅拌5分钟，随后在搅拌过程中加入捕收剂(轻柴油)，继续搅拌5分钟后，启动浮选柱入料泵(螺杆泵)及循环泵等浮选设备，使浮选柱系统开始分选。
浮选柱分选过程
浮选柱分选过程是物理化学过程，其中两个对残炭回收率有主要影响作用的因素为矿浆浓度、充气流量和捕收剂用量，其操作范围如表2所示。
表2浮选柱系统操作条件
浆料浓度(wt.％) 2.75 5.43 7.67 12.79
充气流量(m3/h) 46.71 69.75 93.23 116.27 139.41 162.73
捕收剂(轻柴油)用量(g/T) 0 800 1600 3200
在操作中，取浮选柱液位略低(＜1600mm)以保证精矿烧失量。取循环量偏小(1.20m3/h)以保证精矿质量。
分选结果
料浆浓度的影响
在捕收剂用量为3200g/T，起泡剂用量为100g/T，充气流量VJ为116.27m3/h的浮选条件下，不同料浆浓度的分选结果如表3所示。可见对于本粉煤灰入料，当料浆浓度低于7.67wt.％时，精矿回收率随料浆浓度的增长呈迅速增长趋势。超过此浓度值，精矿回收率的增长幅度逐步放缓，并趋于定值。
表3浆料浓度对精矿回收率的影响[轻柴油＝3200g/T、起泡剂(仲辛醇)＝100g/T、VJ＝116.27m3/h]
浆料浓度(wt.％) 精矿回收率(wt.％)
2.75 2.49
5.43 3.66
7.67 4.23
12.79 4.11
充气流量的影响
在捕收剂用量为1600g/T，起泡剂用量为100g/T，料浆浓度为7.67wt.％的浮选条件下，不同充气流量的分选结果如表4所示。对于本粉煤灰入料，残炭回收率在充气流量为93.23m3/h时最大，浮选柱充气流量对残炭回收率的控制作用显著。
表4充气流量对残炭回收率的影响[浆料浓度＝7.67wt.％、轻柴油＝1600g/T、起泡剂(仲辛醇)＝100g/T]
充气流量(VJ)(m3/h) 残炭回收率(wt.％)
69.75 38.72
93.23 70.72
116.27 49.72
139.41 45.72
162.73 40.72
捕收剂用量的影响
在料浆浓度为7.67wt.％，起泡剂用量为100g/T，充气流量为93.23m3/h的浮选条件下，不同捕收剂用量的分选结果如表5所示，对于本粉煤灰入料，不加轻柴油时，残炭回收率为27.42％。当轻柴油添加量增至1600g/T时，残炭回收率增至66.52％。随轻柴油添加量进一步增加，残炭回收率又逐渐下降。
表5捕收剂(轻柴油)用量对残炭回收率的影响[浆料浓度＝7.67wt.％、起泡剂(仲辛醇)＝100g/T、VJ＝93.23m3/h]
捕收剂用量为1600g/T 残炭回收率(wt.％)
0 27.42
800 57.02
1600 66.52
3200 57.82