微粉煤表面改性的電選試驗(yàn)研究

張坤龍

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 安徽淮南232001)

微粉煤表面改性的電選試驗(yàn)研究

張坤龍

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 安徽淮南232001)

為提高微粉煤電選脫硫降灰效果，采用表面改性方法預(yù)處理，試驗(yàn)表明：改性劑選用煤油、用量為10 169 g/t、時(shí)間為5 s時(shí)，電選效果最佳，可燃體回收率、脫灰率、脫硫率分別為44.16 %、80.96 %、73.36 %；改性后精煤產(chǎn)率提高5 %、精煤灰分和硫分分別降低3 %、0.4 %。對(duì)比改性前后效果認(rèn)為，表面改性能顯著強(qiáng)化微粉煤電選的脫硫降灰效果。

電選； 微粉煤； 表面改性； 脫硫降灰

1 前言

煤炭脫硫降灰的主要任務(wù)是脫除黃鐵礦和黏土礦物，主要技術(shù)包括：重力分選法、浮選法、干法摩擦電選、微波脫硫等[1]。其中摩擦電選技術(shù)因可與火電廠制粉系統(tǒng)相結(jié)合，省略了磨礦和煤泥水處理及干燥環(huán)節(jié)，節(jié)約了能耗，減少了環(huán)境污染，為爐前深度脫硫降灰提供一條理想的途徑，在眾多工藝中脫穎而出[2]。

粉體表面改性是指利用化學(xué)、物理和機(jī)械等方法對(duì)粉體表面進(jìn)行適當(dāng)處理，有針對(duì)性地改變粉體表面的物理化學(xué)性質(zhì)，以滿足工藝技術(shù)的需求。粉體表面改性的方法主要包括：化學(xué)包覆、沉淀反應(yīng)、機(jī)械力化學(xué)改性、物理涂覆、粉體顆粒插層改性、高能表面改性[3]。

利用表面改性的方法改變煤與伴生礦物顆粒的摩擦荷電特征、擴(kuò)大煤與伴生礦物顆粒摩擦荷電差異[4]，降低微粉煤的表面能，減少摩擦電選過程中出現(xiàn)的微粉煤團(tuán)聚現(xiàn)象，可以改善摩擦電選效果。采用新型旋轉(zhuǎn)摩擦電選機(jī)對(duì)表面改性后的微粉煤進(jìn)行試驗(yàn)研究，尋找提高摩擦電選分選效果的最佳試驗(yàn)條件。

2 試驗(yàn)研究

本試驗(yàn)煤樣采自山東新汶礦務(wù)局汶南煤礦貧瘦煤，煤樣經(jīng)粉碎細(xì)磨至-0.074 mm后混勻。試驗(yàn)用電選機(jī)為旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選機(jī)(RTS)，主要由給料系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)摩擦充電系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、物料收集系統(tǒng)四部分組成[5]。改性方法采用表面化學(xué)改性和機(jī)械力改性相結(jié)合的干法改性，具體方法是將被改性物料與改性劑置于高速萬能粉碎機(jī)中一定時(shí)間混勻。試驗(yàn)首先進(jìn)行RTS操作參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，得出分選電壓40 kV，旋轉(zhuǎn)速度5000 r/min、氣流速度1.5 m/s時(shí)，可信度最高。

影響改性效果的因素有很多，在此選擇表面改性劑種類、改性劑用量、改性時(shí)間三個(gè)因素，表面改性劑選用煤油、柴油、乙酸、硬質(zhì)酸鈉、硅酸鈉五種，改性劑用量選取1 000 g/t、3 000 g/t、5 000 g/t、7 000 g/t、9 000 g/t五個(gè)水平，改性時(shí)間選取10 s、20 s、30 s、40 s、50 s五個(gè)水平。

表1為使用不同改性劑對(duì)電選效果的影響?？芍c未加改性劑相比，柴油、煤油和硅酸鈉做改性劑時(shí)，精煤產(chǎn)率升高，中煤產(chǎn)率降低，尾煤的產(chǎn)率無顯著變化；五種改性劑作用下，精煤灰分均有所升高，煤油和乙酸做改性劑時(shí)精煤的硫分降低。

表1 改性劑用量5 000 g/t、改性時(shí)間為30 s時(shí)，不同改性劑下分選效果數(shù)據(jù)表

圖1為幾種改性劑對(duì)電選指標(biāo)的影響，可知，未改性時(shí)可燃體回收率為39.75 %，柴油和煤油做改性劑時(shí)回收率有一定升高，乙酸、硬質(zhì)酸鈉、硅酸鈉做改性劑時(shí)回收率明顯降低；改性處理后，脫灰率均比未改性時(shí)低，在五種改性劑中煤油做改性劑時(shí)，脫灰率最高為80.50 %；除硅酸鈉外，其余四種表面改性劑作用后都使脫硫率升高。

通過分析可知：表面改性劑的應(yīng)用對(duì)微粉煤摩擦電選脫硫降灰效果有顯著的影響，煤油、柴油做改性劑時(shí)，在提高可燃體回收率的前提下，對(duì)脫硫效果也有一定的提高，其中，煤油的作用效果又略好于柴油，通過煤油改性可以看出，精煤的硫分已經(jīng)顯著低于中煤和尾煤的硫分，這在未改性時(shí)是很難出現(xiàn)的。

圖1 改性劑用量5 000 g/t、改性時(shí)間 為30 s時(shí)，不同改性劑對(duì)指標(biāo)的影響

當(dāng)改性劑選用煤油，改性時(shí)間為30 s時(shí)，不同改性劑用量對(duì)分選效果的影響見表2，可知，隨著改性劑用量的增大，精煤產(chǎn)率呈升高趨勢(shì)，中煤產(chǎn)率呈先升高后降低趨勢(shì)，尾煤產(chǎn)率呈先降低后升高趨勢(shì)，當(dāng)改性劑用量為5 000 g/t時(shí)，中煤的產(chǎn)率最高為21.49 %，尾煤的產(chǎn)率最低為47.94 %；隨著改性劑用量的增大，精煤灰分呈降低趨勢(shì)，中煤灰分呈先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)改性劑用量為5 000 g/t時(shí)，中煤的灰分最低為47.98 %，尾煤的灰分呈先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)改性劑用量為3 000 g/t時(shí)，尾煤的灰分最低為53.80 %；隨著改性劑用量的增加，精煤硫分呈降低趨勢(shì)，中煤和尾煤的硫分總體變化不大。

表2 煤油做改性劑,改性時(shí)間為30 s時(shí)，不同改性劑用量下分選效果數(shù)據(jù)表

圖2表示改性劑用量對(duì)電選指標(biāo)的影響。隨著用量的增大，可燃體回收率逐漸升高，當(dāng)用量為9 000 g/t時(shí)，回收率達(dá)到最高為41.43 %；用量從1 000 g/t到7 000g/t，脫灰率先降低后升高，脫硫率逐漸升高，當(dāng)用量為9 000 g/t時(shí)，脫灰率、脫硫率均出現(xiàn)小幅下降。綜合分析：當(dāng)用量為9 000 g/t時(shí)，精煤的產(chǎn)率最大，灰分、硫份最低，此時(shí)的效果最好。

圖2 煤油做改性劑,改性時(shí)間30s時(shí)， 不同改性劑用量對(duì)指標(biāo)的影響

通過試驗(yàn)可知：改性劑用量在一定范圍內(nèi)的增大有利于微粉煤摩擦電選脫硫降灰。分析原因，隨著改性劑用量的增大，低密度級(jí)微粉煤與高密度級(jí)微粉煤的荷質(zhì)比差異越來越大，這更有利于電選過程中脫除含高嶺土和黃鐵礦較多的高密度微粉煤，從而增強(qiáng)了電選的脫硫降灰效果。

當(dāng)改性劑選用煤油，改性劑用量9 000 g/t,不同改性時(shí)間對(duì)分選效果的影響見表3，可知，隨著時(shí)間的增大，精煤產(chǎn)率呈明顯的降低趨勢(shì)，中煤產(chǎn)率呈先降低后升高趨勢(shì)，尾煤產(chǎn)率呈先升高后降低趨勢(shì)；隨著改性時(shí)間由10 s增大到50 s時(shí)，精煤灰分逐漸升高，升高了6.88 %，中煤和尾煤的灰分呈降低趨勢(shì)；隨著時(shí)間的增大，精煤硫分先降低后升高，中煤硫分逐漸降低，尾煤硫分逐漸升高，相對(duì)改性劑用量對(duì)硫分的影響，改性時(shí)間的影響較小。

表3改性劑選用煤油，改性劑用量9 000 g/t,不同改性時(shí)間下分選效果數(shù)據(jù)表

圖3表示改性時(shí)間對(duì)電選指標(biāo)的影響。隨著時(shí)間的增大，可燃體回收率明顯降低，這是因?yàn)楦男詴r(shí)間的增大不僅降低了精煤產(chǎn)率而且升高了精煤灰分；隨著時(shí)間的增大，脫灰率先升高后降低，當(dāng)改性時(shí)間為30 s時(shí)，脫灰率最高為81.35 %；隨著時(shí)間的增大，脫硫率逐漸升高，由于精煤、中煤和尾煤的硫分變化并不大，脫硫率的升高主要是由改性時(shí)間的增大使精煤的產(chǎn)率明顯降低而引起的。

試驗(yàn)分析：在改性時(shí)間較小時(shí)，精煤的產(chǎn)率很高而灰分較低，這說明降灰效果非常理想，既保證了可燃體回收率又降低了精煤的灰分。而精煤的硫分隨著改性時(shí)間的變化，并無太大變化；影響脫硫率的主要原因是精煤的產(chǎn)率，精煤的產(chǎn)率越高，脫硫率越低，而在精煤硫分滿足生產(chǎn)要求的情況下，實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)選用精煤產(chǎn)率最大的生產(chǎn)條件，這時(shí)以脫硫率來評(píng)價(jià)分選效果是不合理的，在精煤的硫分變化不大，能使精煤產(chǎn)率提高的試驗(yàn)條件應(yīng)該是有利于微粉煤分選的試驗(yàn)條件。所以綜合分析精煤的可燃體回收率、脫灰率、精煤產(chǎn)率、灰分、硫分，在改性時(shí)間為10 s左右時(shí)，微粉煤摩擦電選效果是最佳的。

由以上試驗(yàn)可知：當(dāng)煤油做改性劑、改性劑用量為9 000 t/g、改性時(shí)間為10 s時(shí)，可燃體回收率為46.80 %、脫灰率為79.62 %、脫硫率為69.27 %，精煤產(chǎn)率、灰分、硫分分別為34.74 %、26.10 %、3.09 %。

分析可知：表面改性不僅能擴(kuò)大凈煤和煤中主要礦物成分的介電常數(shù)與荷質(zhì)比差異，也能顯著擴(kuò)大各密度級(jí)微粉煤介電常數(shù)與荷質(zhì)比的差異，這種差異的擴(kuò)大使煤和礦物成分在摩擦電選分選室中的運(yùn)動(dòng)軌跡差別更明顯，因此更有利于煤和礦物成分的分離，從而強(qiáng)化了微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選的脫硫降灰效果。

圖3煤油做改性劑，改性劑用量在 9000 g/t時(shí)，不同改性時(shí)間對(duì)指標(biāo)的影響

考慮到因素之間可能存在交互作用，運(yùn)用Design-Expert試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化，其中當(dāng)改性劑選用煤油、改性劑用量為10 169 g/t、改性時(shí)間為5 s時(shí)，可信度最高，為最優(yōu)化方案。

3 結(jié)論

在旋轉(zhuǎn)摩擦電選機(jī)最佳操作參數(shù)條件下，當(dāng)改性劑選用煤油、改性劑用量為10 169 g/t，改性時(shí)間為5 s時(shí)，微粉煤摩擦電選的可燃體回收率、脫灰率、脫硫率分別為44.16 %、80.96 %、73.36 %。通過表面改性，微粉煤的精煤產(chǎn)率提高了約5 %，精煤灰分和硫分分別降低了約3 %、0.4 %。綜上可知：表面改性可以有效強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選的脫硫降灰效果。

[1] 李彪，沙杰.煤炭燃前脫硫方法及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].礦山機(jī)械,2010(20)：9-11.

[2] 章新喜.微粉煤電選脫硫降灰研究[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[3] 鄭水林.粉體表面改性(第三版)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2011.

[4] 王海鋒.摩擦電選過程動(dòng)力學(xué)及微粉煤強(qiáng)化分選研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2010.

[5] Daniel T,Mao Ming F,Xin Kai J.Dry coal fly ash cleaning using rotary triboelebtrostaic separator[J].Mining science and Technology,2009(19):642-647.

2017-04-12

張坤龍(1989-)，男，安徽太和人，助理工程師，在職研究生，研究方向?yàn)榈V物加工工程，電話：18931502902。

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