粉煤灰漂珠的分離研究

楊瑤剛，任京成，楊贊中

(山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

粉煤灰漂珠的分離研究

楊瑤剛，任京成，楊贊中

(山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

粉煤灰中的漂珠含量較低，分離和提純過程仍需改進(jìn). 為尋求實(shí)現(xiàn)工業(yè)分離的工藝條件,對內(nèi)蒙古熱電廠的粉煤灰漂珠進(jìn)行了研究. 首先采用常規(guī)的水懸浮法對粉煤灰漂珠進(jìn)行分離，得到高回收率的漂珠混合物；再利用篩分-焙燒-篩分工藝對粉煤灰漂珠進(jìn)行提純，最終得到純度在95 %以上，粒度范圍為0.074～0.15mm的空心微珠. 對得到的粉煤灰漂珠和漂珠混合物中的雜質(zhì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)漂珠在掃描電鏡下多為圓球形、透明或不透明、形態(tài)多樣；而漂珠混合物中的雜質(zhì)主要成分為炭，內(nèi)部多孔、結(jié)構(gòu)疏松，與漂珠有著顯著差異.

粉煤灰漂珠；分離；組成；提純

中國是煤炭資源大國，隨著燃煤發(fā)電的不斷增加，粉煤灰的排放量也在不斷增加，我國每年粉煤灰排放量超過5億t[1]. 漂珠是從熱電廠粉煤灰中漂選出來的硅酸鋁質(zhì)空心珠體，是一種高附加值產(chǎn)品[2]. 粉煤灰漂珠一般為外表光滑的珠形顆粒，呈白色或灰白色，透明或不透明，耐火度高達(dá)1 400 ℃以上，隔熱性能強(qiáng)[3]. 漂珠材料的研究和應(yīng)用，彌補(bǔ)了有機(jī)隔熱材料防火性差等的不足，同時漂珠由于其低密度、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于低密度油井水泥、輕質(zhì)混凝土、及耐火材料等領(lǐng)域[4-7]. 因粉煤灰漂珠在提取的過程中方法各種各樣，且組成復(fù)雜，難以用于指導(dǎo)生產(chǎn)，很多關(guān)于粉煤灰漂珠的文獻(xiàn)中也缺少對漂珠的成分和微觀形貌的分析[8]. 內(nèi)蒙古某熱電廠年產(chǎn)粉煤量20萬t，其中含約0.15%的空心微珠，本文對其中的粉煤灰漂珠進(jìn)行高純度分離，以尋求實(shí)現(xiàn)工業(yè)分離的工藝條件，以尋找更高的開發(fā)利用價值.

1 粉煤灰漂珠分離研究

1.1 粉煤灰除雜

觀察及預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粉煤灰在生產(chǎn)、堆存過程中產(chǎn)生了少量塊狀雜質(zhì)，主要是脫硫石膏塊體、多孔灰渣塊、多孔炭粉以及在堆放過程中混入的雜草. 它們的存在干擾了漂珠分離，并給后期漂珠提純帶來不利影響. 這些雜質(zhì)有的密度小(如多孔灰渣，多孔炭)，有的(如雜草)會影響漂珠的質(zhì)量，在分離前必須予以去除.

去除的方法是采用篩分法，用20目篩干篩除雜. 篩分除雜的結(jié)果是雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5 %左右，主要是塊狀、纖維狀. 塊狀主要是炭渣、多孔炭和脫硫石膏(圖1).

圖1 粉煤灰雜質(zhì)

塊狀雜質(zhì)的粒度為0～30mm，密度與漂珠相近；纖維狀雜質(zhì)量少，主要是雜草.

1.2 漂珠分離工藝

由于漂珠的密度大都在0.3～0.7g/cm3，在水中又以實(shí)現(xiàn)精確分離，又及粉煤灰后期利用亦為濕法，故采用濕法分選的方法來提取[9-11]，提取工藝見圖2.

圖2 漂珠分離工藝

1.3 漂珠分離試驗(yàn)

確定粉煤灰漂珠有效分離的最佳條件，如：濃度、攪拌強(qiáng)度、靜置時間等.

1.3.1 濃度試驗(yàn)

濃度試驗(yàn)旨在考察灰漿濃度對漂珠分離的影響. 分別以煤漿質(zhì)量濃度30%、25%、20%、15%進(jìn)行不同濃度試驗(yàn)，漂珠分離結(jié)果無顯著差異，故最終確定粉煤灰漿質(zhì)量濃度為25%.

1.3.2 攪拌試驗(yàn)

在不同攪拌強(qiáng)度狀態(tài)下，考察攪拌強(qiáng)度對分散性能及漂珠漂浮的影響. 分別用300r/min、400r/min、500r/min、600r/min的漿葉轉(zhuǎn)速攪拌時間固定為2min進(jìn)行試驗(yàn). 在試驗(yàn)條件下，分離結(jié)果亦無顯著差異，故確定300r/min轉(zhuǎn)速，2min攪拌時間即可達(dá)到分離要求.

1.3.3 靜置、分離和干燥

粉煤灰漿靜置，主要是讓懸浮物在水中沉降而實(shí)現(xiàn)漂珠與細(xì)灰顆粒的分層. 將粉煤灰漿分別靜置2min、5min、10min、20min，分離結(jié)果無顯著差異. 故最終確定5min為最佳靜置時間.

將漂浮物與澄清液分離，在105 ℃的條件下干燥，得到含有漂珠的混合物.

2 粉煤灰漂珠的組成及微觀形貌

粉煤灰漂珠和雜質(zhì)之間存在著差異，為了弄清它們之間的差異，尋找分離的方法，故借助XRF和SEM來分析.

2.1 化學(xué)組成

運(yùn)用化學(xué)全分析和XRF的手段得到粉煤灰漂珠的化學(xué)組成(表1).

表1 粉煤灰漂珠的化學(xué)組成 %

組分SiO2Al2O3CaOFe2O3K2OTiO2MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)59．522．16．045．452．641．271．04

由上面的結(jié)果可知，粉煤灰漂珠中主要成分為SiO2和Al2O3，還含有部分CaO和Fe2O3以及少量的K2O等，基本上不含C元素.

2.2SEM觀察懸浮物的微觀形貌

(a) (b)

(c) (d)圖3 粉煤灰漂珠的SEM微觀形貌

將所得漂珠經(jīng)篩分后置于光學(xué)顯微鏡下觀察其形貌特征. 可以發(fā)現(xiàn)，圖3a中可以看出漂珠主要是圓球形，還有部分無定型和橢圓形的漂珠，其中大部分屬于圓球形漂珠，粒徑比較大. 圖3b中漂珠的表面要相對光滑一些，珠型良好，為純凈的不透明狀. 圖3c漂珠的表面有許多不規(guī)則的突起，其表面黏連有更細(xì)的微珠，或被少量礦物碎屑、碳粒等雜染. 圖3d是粉煤灰漂珠中的雜質(zhì)在掃描電鏡下的形貌，雜質(zhì)較脆，內(nèi)部多孔，結(jié)構(gòu)疏松，易碾碎，孔腔內(nèi)吸水性高. 漂珠中炭雜質(zhì)粒徑較大，一般大于漂珠的平均粒徑. 它往往存在于粗顆粒中，漂珠中的雜質(zhì)對漂珠的利用會產(chǎn)生負(fù)面影響.

將圖3d中的雜質(zhì)單獨(dú)做能譜分析，分析結(jié)果見表2.

表2 漂珠中雜質(zhì)能譜分析結(jié)果 %

元素COAlSiZr質(zhì)量分?jǐn)?shù)63．3326．694．504．181．30

表2中可以看出原粉煤灰漂珠雜質(zhì)中所含常量元素為C、O、Al、Si，雜質(zhì)中含有大量的碳元素，而漂珠中幾乎不含碳元素，充分說明了漂珠中的雜質(zhì)主要為炭雜質(zhì). 如果將粉煤灰漂珠中的炭雜質(zhì)除掉，將細(xì)顆粒集中，可以大大提高粉煤灰中漂珠的品位.

3 提純

粉煤灰漂珠顆粒較細(xì)，采用激光粒度儀測定漂珠粒度范圍一般在0.074mm～0.15mm之間.粉煤灰漂珠大多數(shù)富集在細(xì)顆粒范圍內(nèi)，而雜質(zhì)較粗大，多數(shù)富集在粗顆粒范圍內(nèi). 因此先用40目(0.63mm)的標(biāo)準(zhǔn)篩做振篩試驗(yàn)除去混合物中體積較大的顆粒(圖4).

圖4 漂珠中的雜質(zhì)

漂浮物分離后，混合物雜質(zhì)主要?dú)埓娴氖嵌嗫滋?表2).由于多孔炭的密度與漂珠相近，難以用其它方法去除，故采用焙燒法.

將過篩之后的混合物共189.9g在960 ℃的溫度下焙燒，以去除殘存在漂珠的多孔炭.焙燒完畢，冷卻稱重為181.2g，燒掉了4.6 %的雜質(zhì).

隨機(jī)抽取焙燒后的樣品置于體視顯微鏡下觀察，統(tǒng)計并估算得到漂珠的純度在95 %以上.

4 結(jié)論

(1)此類粉煤灰漂珠中的雜質(zhì)主要是炭渣和多孔炭.

(2)通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，漂珠形態(tài)多樣，圓球形居多，而雜質(zhì)為無規(guī)則形狀，內(nèi)部多孔，結(jié)構(gòu)疏松.

(3)利用焙燒法除去漂珠中的炭雜質(zhì)，可以得到純度較高的粉煤灰漂珠.

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(編輯：姚佳良)

Separationofflyashfloatingbeads

YANGYao-gang,RENJing-cheng,YANGZan-zhong

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255049,China)

Thecontentofflyashfloatingbeadsislowandtheseparationandpurificationprocessstillneedstobeimproved.Inordertoachieveindustrialseparationprocessconditions,flyashfloatingbeadsinpowerplantinInnerMongoliawereseparated.First,theconventionalwatersuspensionseparationprocesswerecarriedouttoobtaincenospheremixtures.Then,themixtureswerepurifiedthroughscreening-roasting-screeningprocess,andobtainedcenospherewithmorethan95%purity.Theparticlessizeisrangedfrom0.074mmto0.15mm.Flyashfloatingbeadsunderthescanningelectronmicroscopy(SEM)aremostlysphereswithvariousforms,transparentoropaque.Whiletheimpuritiesaremainlycoal,withlooseinternalporousstructuresandhavesignificantdifferencewithdriftbeads.

fly-ashfloatingbeads;separation;constitute;purification

2016-07-29

楊瑤剛，男，1040507483@qq.com； 通信作者： 任京成，男，jchren@sdut.edu.cn

1672-6197(2017)03-0070-03

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