一種炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法與流程
2023-04-27 13:20:06 2
本發明涉及粉煤灰浮選領域，具體地，涉及一種炭浮選劑，以及該炭浮選劑在粉煤灰浮選提炭中的應用和粉煤灰浮選提炭的方法。
背景技術：
：煤炭完全燃燒後，煤中的可燃部分燃燒釋放熱量，煤中水分蒸發，剩餘部分為煤的礦物質，該礦物質為金屬與非金屬的氧化物與鹽類形成的灰分。中國以煤為主要能源，每年電力用煤達4億多噸，1997年全國產生粉煤灰已超過1億噸，成為世界最大的排灰國，造成了嚴重的環境汙染並佔用了大量的土地。另外，白泥是粉煤灰酸溶法浸提氧化鋁工藝的殘渣，其化學成分複雜，主要為二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、氧化鈣以及未燃炭等。據統計，粉煤灰酸溶法浸提氧化鋁工藝每生產1噸氧化鋁就會產生大約1.3噸白泥。由於白泥顆粒較細，化學成分複雜，流失將對農田、河流、地下水等資源造成嚴重的汙染，且大量堆積佔用土地，還嚴重地危害人體的健康和生態環境。因此，如何合理利用白泥已經成為粉煤灰酸溶法浸提氧化鋁工藝的關鍵，也是提高粉煤灰綜合利用價值的關鍵。目前，白泥的綜合利用還處於實驗室研究階段，主要方向集中在填料、建築材料等行業。而白泥未燃炭含量較高，應用於建築材料將嚴重影響製品的強度、抗凍融性和抗滲性。為了滿足白泥在水泥、混凝土、矽酸鹽製品等工程應用中的要求，必須對白泥進行脫炭處理。經研究發現，白泥中未燃炭疏鬆多孔，表面疏水親油，利用炭粒與其它灰粒表面潤溼性的差異，可選用泡沫浮選法將炭粒從白泥中分選出來。但由於未燃炭經高溫燃燒、鹽酸浸出 等過程，表面嚴重氧化，親水性增加，浮選活性降低，因此，採用泡沫浮選脫除白泥中未燃炭粒時，浮選效果不佳，炭的回收率低。關於浮選劑的研究，專利申請CN101357352A公開了一種粉煤灰浮選藥劑及其製備方法，該粉煤灰浮選藥劑含有60-85重量％非極性油(柴油、煤油、馬達油或燃料油)，5-20重量％活性劑(油酸、植物油或碳鏈長小於18個碳原子的脂肪酸酯)和10-35重量％起泡劑(仲辛醇、雜醇、GF油)，可使粉煤灰中可燃組分浮出率達到95％以上，但是，該浮選劑的製備過程較複雜，泡沫不穩定，且浮選劑消耗量較大。專利申請CN104477906A公開了一種從粉煤灰中提取活性炭的方法，具體公開了：將松子油、煤油、柴油和澱粉混合後，得到乳化劑，再將乳化劑與丁香醇混合均勻，但是其浮選效果並不好，且浮選劑的製備過程也較複雜。技術實現要素：本發明的目的是為了克服現有技術中炭浮選效果差且炭浮選劑製備過程較複雜的缺陷，提供一種炭浮選劑，以及該炭浮選劑在粉煤灰浮選提炭中的應用和粉煤灰浮選提炭的方法。本發明人在研究中發現了一種高效的炭浮選劑，其含有油基捕收劑、抑制劑、活化劑和起泡劑，其中，所述抑制劑為檸檬酸和/或草酸，所述活化劑為聚丙烯酸類物質，所述油基捕收劑的含量為50-80重量份，所述抑制劑的含量為5-15重量份，所述活化劑的含量為5-20重量份，所述起泡劑的含量為5-15重量份，能夠顯著提高炭浮選劑的浮選效果。因此，為了實現上述目的，一方面，本發明提供了一種炭浮選劑，該炭浮選劑含有油基捕收劑、抑制劑、活化劑和起泡劑，其中，所述抑制劑為檸檬酸和/或草酸，所述活化劑為聚丙烯酸類物質，所述油基捕收劑的含量為50-80重量份，所述抑制劑的含量為5-15重量份，所述活化劑的含量為5-20 重量份，所述起泡劑的含量為5-15重量份。第二方面，本發明提供了上述炭浮選劑在粉煤灰浮選提炭中的應用。第三方面，本發明提供了一種粉煤灰浮選提炭的方法，該方法包括：(1)製備白泥；(2)採用上述的炭浮選劑對白泥進行粗選，得到粗炭，其中，炭浮選劑的用量優選是白泥重量的(100-1000)/1000000，特別優選是(400-600)/1000000；使用炭浮選劑中的抑制劑對所述粗炭進行精選，其中，所述抑制劑的用量優選是粗炭重量的(50-150)/1000000，特別優選是100/1000000。本發明的炭浮選劑可提高未燃炭的疏水性和可浮性，同時利用氫鍵力、靜電引力以及化學吸附作用增強矽鋁礦物的親水性，有效的抑制矽鋁礦物上浮和其它灰分的分散，以提高浮選尾灰的沉降性能。採用本發明的炭浮選劑對粉煤灰或者白泥進行浮選後，未燃炭浮出率達可到95％以上，且浮選後精炭也具有一定的經濟價值，燒失量達到80％以上，可作為二次燃料、橡膠補強劑、炭黑和活性炭製備的原料。因此，採用本發明的炭浮選劑進行粉煤灰或者白泥浮選提炭，不僅可以滿足建築行業的要求，而且還可以提高粉煤灰的綜合利用價值，在合理利用資源、改善環保方面也具有較大的經濟利益和社會效益。本發明的其它特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。一方面，本發明提供了一種炭浮選劑，該炭浮選劑含有油基捕收劑、抑制劑、活化劑和起泡劑，其中，所述抑制劑為檸檬酸和/或草酸，所述活化劑為聚丙烯酸類物質，所述油基捕收劑的含量為50-80重量份，所述抑制劑的含量為5-15重量份，所述活化劑的含量為5-20重量份，所述起泡劑的含量 為5-15重量份。根據本發明所述的炭浮選劑，優選地，所述油基捕收劑的含量為60-70重量份，所述抑制劑的含量為7-10重量份，所述活化劑的含量為10-15重量份，所述起泡劑的含量為7-10重量份，從而能夠顯著提高炭浮選劑的浮選提炭效果。根據本發明所述的炭浮選劑，所述活化劑只要為聚丙烯酸類物質即可，對其性能和具體種類沒有特別的限定，例如該聚丙烯酸類物質的分子量可以為2000-500000，優選地，所述聚丙烯酸類物質為聚丙烯醯胺、聚丙烯酸和聚丙烯酸鈉中的至少一種，從而能夠顯著提高炭浮選劑的浮選提炭效果。根據本發明所述的炭浮選劑，優選地，所述抑制劑為檸檬酸和草酸的混合物，檸檬酸和草酸的重量比為1：0.5-2，從而能夠進一步提高炭浮選劑的浮選提炭效果。根據本發明所述的炭浮選劑，油基捕收劑可以為本領域常規的各種油基捕收劑，例如可以為柴油。根據本發明所述的炭浮選劑，所述起泡劑可以為本領域常規的起泡劑種類，例如可以為松醇油或仲辛醇。優選地，所述起泡劑為松醇油，從而能夠進一步提高炭浮選劑的浮選提炭效果。本發明的炭浮選劑製備方法可以包括：將油基捕收劑、抑制劑、活化劑和起泡劑混合。第二方面，本發明提供了上述炭浮選劑在粉煤灰浮選提炭中的應用。本領域的技術人員知曉，粉煤灰浮選提炭過程可以包括依次進行粗選和精選，粗選中使用製得炭浮選劑，精選中只需要使用炭浮選劑中的抑制劑即可。本發明中，粉煤灰為本領域常規的從循環流化床燃燒鍋爐煙道中收集的粉煤灰，其含炭量可以為5-30重量％。本發明中，粉煤灰的浮選提炭的方法可以為本領域常規的方法，例如可以包括：將粉煤灰與水調漿製成100-200g/l料漿，然後倒入浮選機中，再加入炭浮選劑，進行粗選，得到粗炭和尾灰，再將粗炭與水調漿製成100-200g/l料漿，然後倒入浮選機中，再加入抑制劑，進行精選，得到精炭和中灰。其中，粗選和精選的具體方式可以包括：對浮選機中的料漿攪拌，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止粗選或精選。粗選中，炭浮選劑的用量優選是粉煤灰重量的(100-2000)/1000000，精選中，抑制劑的用量優選是粗炭重量的(50-150)/1000000。本發明中，優選地，將粉煤灰先製備成白泥，再將白泥進行浮選提炭，從而能夠進一步提高炭浮選劑的浮選提炭效果，以提高粉煤灰的綜合利用。第三方面，本發明提供了一種粉煤灰浮選提炭的方法，該方法包括：(1)製備白泥；(2)採用上述的炭浮選劑對白泥進行粗選，得到粗炭；使用炭浮選劑中的抑制劑對所述粗炭進行精選。根據本發明所述的方法，製備白泥的方法可以為本領域常規的白泥製備方法，例如可以包括：將粉煤灰在鹽酸溶液中進行浸提反應。根據本發明所述的方法，優選地，鹽酸溶液的濃度為5-30重量％，相對於100g粉煤灰，所述鹽酸溶液的用量為300-400ml，從而能夠進一步降低粉煤灰中的鋁，進而顯著提高浮選提炭效果。根據本發明所述的方法，優選地，所述浸提反應條件包括：溫度為130-180℃，時間為30-150min，更優選地，溫度為150-160℃，時間為60-120min，從而能夠顯著提高浮選提炭效果。根據本發明所述的方法，浮選提炭的方法可以為本領域常規的方法，例如可以包括：將白泥與水調漿製成100-200g/l料漿，然後倒入浮選機中，再加入炭浮選劑，進行粗選，得到粗炭和尾灰，再將粗炭與水調漿製成100-200g/l料漿，然後倒入浮選機中，再加入抑制劑，進行精選，得到精炭 和中灰。其中，粗選和精選的具體方式可以包括：對浮選機中的料漿攪拌，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止粗選或精選。粗選中，炭浮選劑的用量優選是白泥重量的(100-1000)/1000000，特別優選是(400-600)/1000000；使用炭浮選劑中的抑制劑對所述粗炭進行精選，其中，所述抑制劑的用量優選是粗炭重量的(50-150)/1000000，特別優選是100/1000000。實施例柴油購自國藥集團化學試劑有限公司，CASNO.68334-30-5，聚丙烯酸鈉購自國藥集團化學試劑有限公司，CASNO.9003-04-7，聚丙烯酸購自國藥集團化學試劑有限公司，CASNO.9003-01-7，聚丙烯醯胺購自國藥集團化學試劑有限公司，CASNO.9003-05-8。實施例1本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法。(1)將70重量％柴油、10重量％抑制劑(由檸檬酸和草酸組成，重量比為1：0.5)、10重量％聚丙烯酸鈉(分子量為2000))和10重量％松醇油混合均勻；(2)稱取200g粉煤灰(含炭量為10％)，將粉煤灰顆粒磨碎後與600ml25重量％鹽酸溶液混合進行浸提反應，浸提溫度為150℃，浸提時間為120min，浸提反應結束後，將漿液過濾，濾餅在120℃下烘乾12小時，將烘乾後的白泥濾餅與水配成100g/l的料漿，然後倒入浮選機中，攪拌5min後，再加入上述製備的炭浮選劑，所述炭浮選劑的用量是白泥重量的500/1000000，對浮選機中的料漿繼續攪拌粗選，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止粗選，得到粗炭和尾灰，然後將粗 炭與水調漿製成100g/l料漿，然後倒入浮選機中，攪拌5min後，再加入上述抑制劑，所述抑制劑的用量是粗炭重量的100/1000000，對浮選機中的料漿繼續攪拌精選，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止精選，得到精炭和中灰。實施例2本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法。(1)將65重量％柴油、10重量％抑制劑(由檸檬酸和草酸組成，重量比為1：1)、15重量％聚丙烯酸(分子量為130000)和10重量％松醇油混合均勻；(2)稱取200g粉煤灰(含炭量為15％)，將粉煤灰顆粒磨碎後與800ml15重量％鹽酸溶液混合進行浸提反應，浸提溫度為150℃，浸提時間為90min，浸提反應結束後，將漿液過濾，濾餅在120℃下烘乾12小時，將烘乾後的白泥濾餅與水配成150g/l的料漿，然後倒入浮選機中，攪拌5min後，再加入上述製備的炭浮選劑，所述炭浮選劑的用量是白泥重量的600/1000000，對浮選機中的料漿繼續攪拌粗選，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止粗選，得到粗炭和尾灰，然後將粗炭與水調漿製成150g/l料漿，然後倒入浮選機中，攪拌5min後，再加入上述抑制劑，所述抑制劑的用量是粗炭重量的150/1000000，對浮選機中的料漿繼續攪拌精選，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止精選，得到精炭和中灰。實施例3本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方 法。(1)將70重量％柴油，10重量％抑制劑(由檸檬酸和草酸組成，重量比為1：2)、10重量％聚丙烯醯胺(分子量為100000)和10重量％松醇油混合均勻；(2)稱取200g粉煤灰(含炭量為10％)，將粉煤灰顆粒磨碎後與600ml25重量％鹽酸溶液混合進行浸提反應，浸提溫度為160℃，浸提時間為60min，浸提反應結束後，將漿液過濾，濾餅在120℃下烘乾12小時，將烘乾後的白泥濾餅與水配成200g/l的料漿，然後倒入浮選機中，攪拌5min後，再加入上述製備的炭浮選劑，所述炭浮選劑的用量是白泥重量的400/1000000，對浮選機中的料漿繼續攪拌粗選，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止粗選，得到粗炭和尾灰，然後將粗炭與水調漿製成200g/l料漿，然後倒入浮選機中，攪拌5min後，再加入上述抑制劑，所述抑制劑的用量是粗炭重量的50/1000000，對浮選機中的料漿繼續攪拌精選，待料漿中出現大量泡沫時，打開刮片開始選礦，至泡沫變白色後停止精選，得到精炭和中灰。實施例4本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法。按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，炭浮選劑的組成包括：柴油的含量為75重量％，抑制劑的含量為15重量％、聚丙烯酸鈉的含量為5重量％和松醇油的含量為5重量％。實施例5本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方 法。按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，炭浮選劑的組成包括：柴油的含量為50重量％，抑制劑的含量為15重量％、聚丙烯酸鈉的含量為20重量％和松醇油的含量為15重量％。實施例6本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法。按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，所述抑制劑為檸檬酸和草酸的混合物，檸檬酸和草酸的重量比為1：3。實施例7本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法。按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，抑制劑只為檸檬酸。實施例8本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方法。按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，活化劑為苯磺酸鈉。實施例9本實施例用於說明本發明的炭浮選劑及其應用和粉煤灰浮選提炭的方 法。按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，將松醇油替換為等重量的仲辛醇。對比例1按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，將抑制劑替換為等重量的澱粉。對比例2按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，將抑制劑替換為等重量的羧甲基纖維素。對比例3按照實施例1的方法製備炭浮選劑和從粉煤灰中浮選提炭，不同的是，將聚丙烯酸鈉替換為等重量的油酸。測試例將實施例1-9和對比例1-3中的白泥、粗炭、精炭和尾灰進行燒失量分析，測得精炭燒失量、尾灰燒失量，結果見下表1，燒失量的測定按照標準「飛灰和爐渣可燃物測定方法」進行，具體方法為：稱取一定質量的樣品，使其在825℃下緩慢灰化，根據其減少的質量計算其中的可燃物含量，即為燒失量。未燃炭可浮率以公式η＝(M1*LOI1)/(M*LOI)其中，M1、M分別為粗炭、白泥質量，LOI1、LOI分別為粗炭燒失量、白泥燒失量。精炭產率以公式為ψ＝M2/M，其中，M2、M分別為精炭、白泥質量。按照上述公式計算未燃炭可浮率和精炭產率，結果見下表1。表1實施例LOI(精炭)ψηLOI(尾灰)實施例190％25％98.3％0.5％實施例291％24％98.2％0.6％實施例390％23％97.3％0.6％實施例487％22％96.1％1.1％實施例587％21％96.3％1.2％實施例686％20％95.1％1.5％實施例783％18％95.0％1.7％實施例882％17％95.2％1.6％實施例987％20％95.1％1.5％對比例176％10％94.9％2.5％對比例277％11％95.10％2.3％對比例374％10％90.24％2.5％將實施例1-9與對比例1-3比較可以看出，採用本發明的炭浮選劑進行浮選，可以使得精炭燒失量大於80％，精炭產率大於20％，未燃炭可浮率大於95％，尾灰燒失量低於1.7％，因此，本發明的炭浮選劑的浮選提炭效果較好。將實施例1與實施例4和5分別進行比較可以看出，在本發明的炭浮選劑中，當油基捕收劑的含量為60-70重量份，抑制劑的含量為7-10重量份，活化劑的含量為10-15重量份，起泡劑的含量為7-10重量份時，能夠進一步提高所述炭浮選劑的浮選提炭效果。將實施例1與實施例6進行比較可以看出，在本發明的炭浮選劑中，當檸檬酸和草酸的重量比為1：0.5-2時，能夠進一步提高所述炭浮選劑的浮選提炭效果。將實施例1與實施例7進行比較可以看出，在本發明的炭浮選劑中，噹噹抑制劑為檸檬酸和草酸的混合物時，能夠進一步提高所述炭浮選劑的浮選提炭效果。將實施例1與實施例8進行比較可以看出，在本發明的炭浮選劑中，當所述活化劑為聚丙烯醯胺、聚丙烯酸和聚丙烯酸鈉中的至少一種時，能夠進一步提高所述炭浮選劑的浮選提炭效果。將實施例1與實施例9進行比較可以看出，在本發明的炭浮選劑中，當所述起泡劑為松醇油時，能夠進一步提高所述炭浮選劑的浮選提炭效果。本發明的炭浮選劑可提高未燃炭的疏水性和可浮性，同時利用氫鍵力、靜電引力以及化學吸附作用增強矽鋁礦物的親水性，有效的抑制矽鋁礦物上浮和其它灰分的分散，以提高浮選尾灰的沉降性能。採用本發明的炭浮選劑對粉煤灰或者白泥進行浮選後，未燃炭浮出率達可到95％以上，且浮選後精炭也具有一定的經濟價值，燒失量達到80％以上，可作為二次燃料、橡膠補強劑、炭黑和活性炭製備的原料。因此，採用本發明的炭浮選劑進行粉煤灰或者白泥浮選提炭，不僅可以滿足建築行業的要求，而且還可以提高粉煤灰的綜合利用價值，在合理利用資源、改善環保方面也具有較大的經濟利益和社會效益。以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。當前第1頁1 2 3