《粉煤灰特性及其浮选法脱碳试验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉煤灰特性及其浮选法脱碳试验研究（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、粉煤灰特性及其浮选法脱碳的试验研究,指导老师： 作 者： 专 业：,硕士研究生学位论文答辩,1,绪 论,试样、药剂、设备和研究方案,2,试验研究,3,脱碳实验设计,4,试验结果分析,5,结 论,6,论文提纲,我国煤炭资源丰富，现阶段电力能源生产以火力发电为主， 装机容量约占总量的80%以上。,2004年底，全国火电装机容量达到4亿kW，2005年是5亿kW， 2006年年底装机规模实现了6亿kW ，2008年为27,793亿千瓦时。,电力是清洁能源，但火力发电要排出大量的灰渣，粉煤灰的 处置大多以堆放为主，占用大量土地，污染江河湖海，严重 破坏生态和人居环境、制约电力发展 。,1995年我国粉
2、煤灰排放为1.25亿t，2000年约为1.5亿t， 2002年 约1.8亿t，2005年为3亿t，2007年，为3.5亿t，累积堆存量在14 亿t以上，年综合处理费用达3060亿元。,1,绪 论,随着世界人口的不断增长,资源日趋紧张,环境也不断恶化。 对粉煤灰进行资源综合利用,实现可持续发展,具有十分重要的 现实意义和深远的历史意义。,1980,1982,1998,2000,利用量,产生量,12000,9000,6000,3000,1984,1988,1990,1986,1992,1994,1996,年份,19802000年我国粉煤灰的产量与利用量统计 (万吨),图 1-1 粉煤灰产量与利用量
3、统计,1.1粉煤灰的产生,粉煤灰是燃煤电厂将煤粉用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生高温烟气，经由捕尘装置捕集而得的一种具有潜火山灰活性的类矿物工业废渣。,煤粉粒子在炉膛内燃烧时，温度高达1300以上，呈熔融液滴状，受湍流作用，悬浮在气流中，又受烟气中多种气体成分的作用，迅速膨胀，当其随烟气运动至低温段时，外界气压从四面八方均匀地压向这些液滴，使其表面以最大张力来承受，形成球状。小液滴冷却速度快，形成玻璃体；大液滴冷却速度慢，内部可形成晶体。有些液滴，受气体夹裹，形成具有不同壁厚的空心球体，当冷却较快时，薄壁空心球体能破裂成碎片。最后形成的粉煤灰是外观相近，颗粒较细但并不均匀的多相混合物。,1.2
4、粉煤灰危害,1,水域危害,粉煤灰目前的处理方法为填埋，填埋地一般选在山间等低洼的地方，经过雨淋冲刷极易造成水域的污染，污染水通过径流或者地下渗透而造成更大的危害；,2,大气危害,极细颗粒状的粉煤灰，在风力作用下极易造成填埋地附近扬沙甚至沙尘暴而造成大气污染，特别是我国是一个多风的地区，粉煤灰对大气的危害更为严重；,3,土壤危害,粉煤灰呈碱性，用它作肥料的添加剂会造成土地的碱化、板结而降低土壤的肥力。,粉煤灰的代表性应用,1.3粉煤灰的研究现状和开发利用,图 1-2 粉煤灰的代表性应用,阎培渝用氟 石膏、粉煤 灰和硅酸盐 水泥制成氟 石膏粉煤灰 胶结材料， 研究其水化 产物、浆体 结构、力学 性
5、能和养护 条件。凝结 慢，早期强 度低，但后 期强度较高， 耐水性好。,采用自然养 护法研制粉 煤灰免烧免 蒸养砖，已 经进入试用 阶段，但其 抗冻性较差， 且其废渣利 用量仅为 50%左右， 仍然不能应 用于严寒地 区的建筑上。,用脱硫石膏和 粉煤灰为主要 原料，加入一 定量的激发剂， 制成脱硫石膏 粉煤灰空心砌 块，粉煤灰掺 量达到30%， 养护制度为75 、8h,先湿热 后干热养护， 固结材料的强 度偏低，冻融 后强度损失达 到23%以上。,土壤固化剂， 以矿渣或矿渣 组合物为主原 料，配以碱性 激发剂和表面 活性剂粉磨至 勃氏比表面积 400900m2/kg。 具有对粉煤灰 等工业废渣
6、、 各种工业尾矿、 含泥石屑、土 壤、城市垃圾 等在常温下固 化的性能。,用烧失量12% 的粉煤灰经粉 磨活化和由水 泥、电石渣、 石膏组成的复 合固化剂，研 制了耐寒性冷 固化粉煤灰砌 墙砖，粉煤灰 掺量达到42%。 砖的质量满足 JC 239-91粉 煤灰砖的标 准，长期强度 有一定的增长。,武汉理 工大学,重庆大学,武汉大学,哈尔滨 建筑大学,清华大学,1.4国内高校相关研究,国内对粉煤灰水化活性技术进行了大量研究，其中主要采用物理方法、化学方法、水热合成反应、氯盐和硫酸盐早强剂来激发粉煤灰活性，提高粉煤灰在固结材料中的掺量，但粉煤灰掺量和固结材料的性能并没有显著的提高。,国际 美国O.
7、C.Holmstrom和C.W.Swan将粉煤灰和高浓度聚乙烯混合制成了一种新型的轻集料，研究了这种轻集料的土工力学性能。这种轻集料比重较低，摩擦角较高，一般在47.749.7之间。基于这些性能，这种集料可用于基础、坝体、排水设施和挡土墙的填充。 英国粉煤灰被广泛应用于混凝土结构和混凝土预制产品中，起着改善混凝土性能和降低造价的作用。再由多棱角颗粒组成的水泥混凝土混合料中，掺加以球形颗粒为主的细粉煤灰，有助于改善混合料的和异性，使混凝土更为致密，从而减小其渗透性，减轻因腐蚀性介质渗入而造成的危害。,土耳其一半以上的电力是由燃烧褐煤产生的，每年产生1300万t粉煤灰，仅有1%用于水泥和制砖工业。
8、因含碳量过高而影响应用。为了提高粉煤灰的应用比例，土耳其开展了大量的除碳研究工作。在土耳其影响粉煤灰另一个原因就是难以生产出满足市场要求的粉煤灰产品。 印度对粉煤灰-石灰-石膏体系制砖做了相当相当深入的实验和研究工作，制成的粉煤灰蒸压砖能达到一定的质量，但仍然有一些尚未解决的问题，如较高的吸水率、低抗磨性、低耐火性和高孔隙率等。新的研究则采用更高的成型压力。 韩国1992年粉煤灰产量为186万t，到2000达到443万t，粉煤灰利用率从1992年的10.6%猛增到2000年的54.6%。粉煤灰利用量的95%以上用于水泥工业，如代替水泥、水泥原料等。由于粉煤灰处置压力的加大，韩国计划到2010年
9、粉煤灰利用率达到60%。,综合上述，各国粉煤灰的资源化利用程度参差不齐，在发达国家，粉煤灰的综合利用研究起步较早，利用领域比较广泛，利用率相对较高；而发展中国家由于对粉煤灰作为一种资源的认识较晚，所以在这方面研究和利用起步也较晚，因此利用率普遍不高。但总体上，粉煤灰的应用技术研究已有2030年的历史，粉煤灰在建筑材料制品中的平均掺量低于30%，在常温常压下浇注成型超过50%的粉煤灰制品和技术尚属于重点研究的课题，其基础理论研究也有待于进一步深入。,粉煤灰综合利用,粉煤灰特性研究,Solution Mu,化工方面,环境方面,建设工程中应用,新型建材,粉煤灰微珠分选,图 1-3 粉煤灰综合利用的领
10、域,1.5粉煤灰利用过程中存在的问题,炭对其性能产生 负面影响,高炭灰 利用率很低,研究的方案很多， 大用量、高附加值 的应用不多,解决,在对该粉煤灰的物理性质，化学组成、矿物成分、颗粒特性及表面活性等进行系统研究的基础上，制定出使其能够满足大用量，多领域，深层次，资源化的综合利用要求的处理方法,探索出利用浮选法脱离粉煤灰中未燃碳的工艺过程和技术参数。,通过对粉煤灰泡沫浮选工艺的优化，旨在将粉煤灰含碳量降低至可大量利用的限度以内，以消化电厂排放和堆积的粉煤灰，满足各行各业对粉煤灰资源的需求，为国家电力、生态等领域的发展消除障碍。,为减缓乃至消除粉煤灰对国家电力、生态环境以及人居环境等方面的制约
11、作用，急需对粉煤灰进行综合利用。,1.6研究目的,Source: Executive Issues Survey CEO Global Business Study,1.7研究的创新点,重点对粉煤灰中炭粒以及含碳颗 粒的微观形貌、结构和表面特性 进行详尽的分析和研究，以明确 炭粒在粉煤灰中的存在形式和适 宜于脱离的最佳方法，为高效地 进行分选提供理论依据。,1.7.1,对原料粉煤灰进行系统研究的基 础上，先对粉煤灰进行粉磨，以 破坏包裹在炭粒表面的玻璃体外 壳，并使炭粒与粉煤灰达到尽可 能的自然剥离，为后续的分选提 供可能和条件。,1.7.2,2,试样 药剂 设备和研究方案,药 剂,设 备,试
12、 样,陕西渭北某电厂级粉煤灰,浮选介质：水 捕收剂：煤油、轻柴油 起泡剂：仲辛醇、2#油,见下页,表2-1实验设备一览表,3.1粉煤灰的特性研究,3.2粉煤灰的颗粒特性,3.3粉煤灰的脱碳,3,试验研究,3.1.1粉煤灰的颜色,3.1粉煤灰的特性研究,图 3-1 粉煤灰SEM照片,3.1.2粉煤灰的化学组成,通过化学工业分 析（陕西省煤田 地质局综合试验 室），分别对5 个样品进行化学 成分组成分析,化学工业分析,表 3-1 粉煤灰的化学组成,真密度 2.789 g/cm3,松散密度 607.0 kg/m3,压实密度 1249.2 kg/m3,表观密度 813.8 kg/m3,粉煤灰 的密度,
13、3.1.3粉煤灰密度,45um筛余量为7.2%，80um筛余量为8.7%， 从细度上反映，该粉煤灰较粗，参照JC409- 2001标准，此灰为III级灰。,3.1.4粉煤灰的细度,(统计的方法),3.1.5粉煤灰的粒度分布,图 3-2 粉煤灰的粒度分布,3.1.5粉煤灰的粒度分布,采用LS230型激光粒度分析仪，精确范围为0.2200um。,图 3-3 粉煤灰的粒度分析,结晶相主要有莫来石、石英、云母、长石、磁铁矿、赤铁相和少量钙长石、方镁石、硫酸盐矿物、石膏、游离石灰、金红石、方解石等,3.1.6粉煤灰的矿物组成,图 3-4 粉煤灰XRD分析,3.2粉煤灰的颗粒特性,3.2.1多孔玻璃质颗粒
14、,图 3-5 多孔玻璃质颗粒,3.2.2未燃尽的碳粒,图 3-6 未燃尽的碳粒,3.2.3复 珠,图 3-7 复珠,3.2.4富铁微珠,图 3-8 富铁微珠,3.2.5漂 珠,图 3-9 漂珠,3.3粉煤灰的脱碳,电选,磁选,浮选,3.3.1本研究除碳的选择,4 脱碳实验设计,4.1浮选药剂的选择 4.2浮选工艺条件的选择 4.3工艺优化试验设计,4.1浮选药剂的选择,4.1.1捕收剂的选择试验 为探讨捕收剂煤油和柴油的性能差异，将两种捕收剂以相同的用量(1000g/t)分别与2号油(300g/t)、仲辛醇(300g/t)配合进行浮选试验研究。,4.1.2起泡剂的选择试验 在确定了捕收剂后，用
15、量设定为1000 g/t，选择2#油和仲辛醇作为起泡剂，用量均为480 g/t，进行浮选性能的比较。,4.2浮选工艺条件的选择,4.2.1捕收剂的用量试验 将选定的捕收剂和起泡剂进行试验，捕收剂的用量设定为200 g/t、400 g/t、600 g/t、800 g/t、1000 g/t、1200 g/t、1500 g/t和2000 g/t等八个档次，起泡剂用量固定为500 g/t，浮选时间为3min，药剂与矿浆作用时间2min，矿浆浓度30%，充气量为0.3m3/(m2min)进行试验。,4.2.2起泡剂的用量试验 将捕收剂的用量固定在上一节确定的最佳用量，起泡剂的用量设定为200 g/t、3
16、00 g/t、400 g/t、500 g/t、600 g/t、700 g/t、800 g/t和1000 g/t等八个档次，浮选时间为3min，药剂与矿浆作用时间2min，矿浆浓度30%，充气量为0.3m3/(m2min)、进行试验。,4.2.3浮选时间的确定试验 将捕收剂以及起泡剂固定在上一节确定的最佳用量，浮选时间设定为2min、3min、4min、5min和6min等五个档次，药剂与矿浆作用时间2min，矿浆浓度30%，充气量为0.3m3/(m2min)进行试验。,4.2.4药剂与矿浆作用时间试验 将捕收剂、起泡剂以及浮选时间固定在上一节确定的最佳值，药剂与矿浆作用时间设定为0.5min、1.0min、1.5mi
