燃煤电厂飞灰物质成分筛分磁选实验研究.pdf

第2 9 卷第5 期 2 0 0 0 年9 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T c h n o t o g y V o t ．2 9N O ．5 S e p 2 0 0 0 文章编号{ 1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 0 0 50 4 6 8 ，0 4 燃煤电厂飞灰物质成分筛分磁选实验研究 汤达祯1 ，C o l i nH a r v e y 2 1 ．中国地质大学能源幕，j E 京1 0 0 0 8 3 ；2 ．美黧印地安纳太学地质篆，t N 4 7 4 0 6 摘要在对飞艇显微特征、矿物构成、碳和硫分布、烧失量研究的基础上，采用筛分和蔼梯度磁选 技术，就飞炭成分分离与分类利用的可行性作了试验和理论方前的详细考察．结暴袁明，簿分和 磁选能馒硅酸盐质微殊、富铁质球粒及热解碳三类基本友成分有效分离，诤可实现砖分选效果和 耱度的人为控制，从硒为飞友消纳处置和增值利用提供了辑的依据和技本参数． 关建弼飞友；显微转秘{ 矿物学；萍分；高梯庭磁分选 H G M S 中圈分类号T D9 2 4文献标识稻A 飞灰产生于电厂锻炉燃煤过程势在烟气排放 时教积尘装置俘获．9 0 年找以来，我国飞灰年撵放 爨嘉达80 0 0 万t 以上，褥利用率和处箍率仗为 2 0 ％左右，且主要用作建筑材料．随着火力发电能 力的迅速增加，飞灰处理、消纳以及由此派生的污 染防治问题业已成为煤炭转化利用过程中不可忽 视的环节． 尽管飞灰的物理、化学和矿物学性质与颞蠛秘 类、锅炉工况、搀欺控制及处置方式等多耪黑素有 关，但绝大多数飞获的基本特征却相当接近．飞灰 罴菲晶凌与晶凌两相荇存的复杂混合物，南富含 A i ．S i ，F t ，c a ，K ，N a 元素的F e 。A I 硅酸箍为主构 成．与原煤比较，多种微量元索可在灰中得到相对 富集．微观上，硅酸盐质、氧化铁质及残碳颗粒彼此 分离，在尺寸、形态、密度及其它物化性质方藤表现 迥异，飞灰以其巨大产量，构成特点及广泛用途薅 被规为全球第五大矿产舞源，据荚翻豹市场销求与 价格调查显示，教螽飞藏的吸附碳售价6 0 0 ～ 20 0 0U S ／t ；可用作洗媒磁住加重剂的磁珠售价 约6 0 ～7 0U S ／t ；由硅酸盐为主构成的低烧失量 微珠售价存7 0 0u s ／t 以上．不难看出，按照成分 而分别回收正是飞灰商附加值利用的基本前提和 有效途径o ] ． 1 矿物缎成和显微特征 煤的燃烧主要魁有机质的降解过程，作用模式 可概括为；脱挥发分一着火一挥发分作用于热碳 { l l ；迅速燃J 烧[ “．柱锅炉火焰中，煤申矿物壤将经历 复杂的热忧学反应，并发生变形、碎裂、熔融、球亿 等微观变纯． 石蒺及其它硅酸盐矿物的高温转化产物构成 飞灰的主要矿物相，熔融变形的石英和新生矿物富 锻红柱石为其中主要结晶成分 图1 ，往往前者带 有融蚀边，后赣量细小短桂状。绝大部分硅酸盐在 飞灰中坚玻璃质状态产出，表现必空心微珠状秘透 明一半透明璩粒状，粒较一般务0 ．o l ～1 0 0p m 图 2 a ．飞灰串鹩富铁颗粒主要来自煤中硫化铁矿物 如黄铁矿、自铁矿等，这类矿物熔融前释放出大量 气态硫而使颗粒产生微观孔隙和裂纹，转化成飞灰 中常见的表面沟纹状尖金石类球粒，粒径与玻璃质 球粒类似 图2 b ．x ，射线衍射分析揭示出飞灰中 的铁质成分主要为磁铁矿秘蠢铁矿 匮1 O2 03 0 4 0 2 F ，{ 6 } 图1 飞灰x 一射线衍射图谱 F i g ．1 Xr a yd i f f r a c t i o no fn ya s h m 蠢羹} i T , ．塞铬红牧石小．整铁矿秘毒铁矿 收稿日期{ 2 0 0 0 0 4 1 9 墓盒聩目国家自然科学基金资助项目 4 9 6 3 9 0 9 0 棒者祷舟扬速祯 1 9 s 7 ，男，安徽省台藏市入，串罾稚霞夫学教授，博士，获事能繇地质研究． 地上 万方数据 t ‘l n lt dI m ⋯H * R E t ”Ⅱ‘㈣m2 a 9 x ， F 。R M _ ⋯⋯h 日r - to c r ⋯，‘f ，h “ “M I r ， w m I f m m n tc ⋯L 1n ’ 一，■㈣％h ㈣a r ⋯㈣． c t ’a 女 № i 】㈨ 1 * - f l ∞m m 日 ％№p ≈“ * 女t ∞十 * ∞b №n Ⅲ* Ⅻ 自* I q c ，”★；Ⅺ* W * ∞ “I Ⅲ自№* * ∞n ＆“} 女f 目2 d 】n * * 月R m m { n m Ⅱm 口【t “ ～自目r E Ⅲ 日* Ⅲ * 月* * 自W Ⅷ“ 目{n n fl l I Dp m I f * Ⅲ＆n 目H 自 彳L * 目 ∞ ⅡⅡm M 月* * m * “ n №n 自目 m ＆ 日■％nE * - I - m n “ Wm p ⅧⅡ№ 2 粒度分布与粒级成分 * 月 1 Io ～m ㈧0 ’ln ㈣12r , _ _ 1gm m0I - ⋯0 I7 I 1 ⋯“＆m f _ { ，i 1 ’l l l l l ～目％∞* * * 月m Ⅷn H m ∞自* № 自t ≈* 日{ I } 1 、n t * a Ⅷ* №m 目m T - b l c lf _ h ，_ ”r o q u 。n ”n d hr e l a z c _ d ⋯l ⋯{ 日r l h ⋯o fh s h JnL m1 ‘⋯ ⋯j日17 1 1h “ ，■Il -’2LN7 ⋯。】’1v’，{，1 1 1 “n Ⅲ”m ∞} l 嘲H ∞m T Ⅻ＆目“ * a t ＆* * * 目∞ n * Ⅲm ’‰* 十ul ⋯∞口* 日 A 1 M 十* 22 0 ％m “ t ．n A 口自* * * 目“ W I 々Ⅻ自n i 旨勺 6 7 67 z H - 7 H 自r * * * Ⅲ| Ⅻ* t t f * ∞ m t 4 * R 口m Ⅷ1 №自R 口* m Ⅱ* ＆} RE * 镕* i 镕F g Ⅲ目mE m n ‰日m i - m A i ‘j №* i m Ⅲn 自 Ⅷ日- m H t m m 目1 镕m1 A 十％日勺 №m “自目口 n 镕，，M * 自n r * m f ￡* n m ∞镕 r n ∞* ％m m ∞十ⅧJ 1 妇H 目H f m m 十一z №月’j Ⅷ≮十Ⅲn Ⅲ＆＆n m ．一“ ’￡Ⅱm * 口* * m m R “1 1 “■№＆Ⅷ 日m c q №* Ⅱ№t 女■“ n * 镕m ≈m m 5 m ∞* m Ⅺ％H i j 镕Ⅵ＆Ⅲq 目、”* m ，k 口％m ”川】∞* 女ⅢM “＆ “n 目 日№n m ∞目H ⅢR mM m d “ ％m № n 口“ 4 “＆{ E * №％* ∞l l ∞ R ”＆“ 4 H { m ⋯r 十* n H ＆＆mL L 自 K l 目m ．7c I 十n u * z “Ⅷ* m “ m W ＆l 目№“Ⅲ一p * W n j { m F №＆月№“ l f 3 1t №* * j * m m 十m R m №№ №．＆ * Ⅲ m ． f t * “““ - J “l ”∞* m f l “m Ⅻ| f m № m ““l L “Hr “ “n “m “№∞W m m * 一“ n f t m 删帅J △Ⅻ№H n g “- I | a 镕r M ∞“ * m P ’oJ I 啦『n № ，m m 十％，E 女* m △“io 】i i ㈨⋯g “～ ’“H * m ”* 目＆* Fy 女 “ “∞m m №‘埘十Ⅲm * ∞m Ⅲ Ⅻm ＆自* w * m * ⋯m n ％ m A m n 自 日c T m * m * ％十∞“m * E * m ； ■H r n n i “ №- V №Ⅲ №m n Wp a d ‰F 1 t 删f i e ㈨卅d L l 自 Ⅲm { } * m Ⅲm * * ＆* ⋯* 【【 自 h ““ A “目”n uc “ * 々Ⅻ J I ⋯1 ⅢI I m M n * o2 4 ㈣- K m ‘‘H ．* * “ “ 目E * ∞F m 月 Ⅻm “”m * m “ m 日々M ∞- _ | In ；t m ％自* 目t - 一m “F 镕m m m Ⅻo “- 2 Ⅲ【】n l l “* { m 自E * 目n * ＆ ”“* Hm ∞十10 { i om lm e “”* W * “m “m “ 】“ m n Ⅲ“ u 32 H ％镕 Ⅱ* m * m ”* h Ⅲim m 2 ∞＆自ⅨⅢ* T ，m * 卦_ “ №Ⅷ“ 哥u 自Ⅻ 7l j “l “ ’ P 十目ⅡR f 镕F 自月∞ * ％1 匆‰* ．m * Ⅲn ∞ * 自j i 2 ％Ⅲ № I m H Ⅱ；n №ⅨⅨH * n ⅢFm * 口“ f R gE * ’j 十∞目m n I Ⅱ自Hz l J ∞∞“ 日m * * - “ l n l m A 哪I ，d n Ⅱm m ％* ”，W “B “ ＆⋯，镕m m Ⅻ“ W R ∞日∞1 0 M m ＆ 1 } m t n “ ∞i ■№ { Ⅱ＆女* 镕m * ＆q ＆H 自 Ⅸ№m №自m 万方数据 中髫矽照犬学学掇第2 卷 及矮携鬻的硫是磁场排斥成分， 褒2 飞灰磁选产物掏成变诧 T a b l e2S u m m a r yo fc o m p o s i t i o n a lc h a n g e s b ym a g n e t ks e p a r a t i o n 值得注意的是，磁性组分中仍然残甓籍碳、硫， 而姐随着磁场强度由1T 增强到2T ，磁性组分的 回收辜热太，蕊羰禽爨、筑禽量及烧失鼙也出臻鞠 增现象。从飞毅物履擒藏考虑，燃烧过程产生祷碳 化铁 F e 。C 裙铁硫纯橡游离溢氧仡过渡彩式磁黄 铁矿 F e ，S 。 就分别蔻携带碳、硫元素的高磁化率 物质，但据X ，射线衍射矿物分析，实验灰样中这两 者都冤显示，即便它们徽量存在，亦不足以构成磁 性级分中碳、碱的主要载体．磁选产物中约羰、藏关 系，实际加确了夔述的碳对礁鲍吸嫩作熙，拢器，努 寓蘸静起缨研褰过程汪久为避攘走了飞灰颗粒静 表鬻积和扩靛动力，增强了璇与萁它成分包括磁性 组分的结台能力潋授税辘挟带的影响． 分选过程中，磁性组分壁值和组成的变化更崴 接地受控于磁场中物质的复杂行为．物质的磁化事 可以攘述为糖料的磁矩 或磁化程发j 与磁场强 度 辩 之比．体积磁化率 秘震鐾磁化率 郫 分别 被定义失 ≈一I 科_ 。 1 ‰一，p _ 1 Ⅳ， 2 式中P 表示材料密度．物质不纯的状态下，其袭观 质量磁化率 ‰ 为 ％一心 d Ⅳ～， 3 式串a 鸯磁瞧律绝晕耩瘦． 邵使不存在强磁往满人物，弱磁性体与j 磁往 俸缩合时，按煎C u r i e 定律，其表观质赣磁化率 ‰ 为 ％一坼．“ 吩，㈣， 4 式巾鳓m 秘蟛．。分别为菲磁性体积弱磁体帮分 的磁拢率鼬．飞灰熬体及单个糇粒基本上都是出 多相多缀分橡成，在场强增大对，物屐抟磁能强凄 增高，具体袭瑷为过强的磁场不仅能啜S l 戒分单纯 或混杂酌强磁性颗粒，还跫以使飞灰中原率为弱磁 性甚至菲磁性的磋狡和铝一硅酸盐颗粒也部分旋 磁场束缚，进入磁性缀分． 4 结论 】 飞获以富铝鲤棱石、铁链钯物 磁铁矿秘券 铁矿 矿物及热解碳先生，分别构成醚酸盐屣、富铁 浚秘碳凌鬏粒，它们彼貌分离、产状独立、太小有 弱、饿羼闽笄，极有利于在不破坏原始结构的前提 下进行物瑾努离． 2 飞灰碳含量，城禽量及烧失量关系密切，尤 其是残碳以藏裘蕊滔燃和多孔缕均对硫产生吸慰 作熙，使撂碳魇分离秘隧渡过程幂仅能露效簿低娆 失鐾，还蕊羁对通过去豫含硫瓣凌孺馥交飞灰酸碱 性， 3 飞灰当中，碳褴较穰，寓铁球链磁性较强， 粒魔分离和磁选技术能分别有利于碳质釉铁质成 分的阐收，此外，筛孔与磁场强度的针对性选撵，可 以明照控制分薅效果，满足不网糖度要求。 参考文献 [ 1 ] T o n d uE ，T h o m p s o nWG ，W h i t l o c kjD ，e ta 1 ．C o m r a e r c i Ms e p a r a t i o no fu n b u r n e dc a r b o nf r o mf l ya s h 舀] ．M i n i n gE n g i n e e r i n g ，1 9 9 6 一4 7 5 0 ． C 2 ] S p e i g h tjG ．C h e m i s t r ya n dt e c h n o l o g yo fc o a t [ M ] ． N e wY o 靠M a r c e lD e c k e rl n c ，19 9 3 ．1 3 22 1 2 ． [ 3 3M u r r a yHH ．M a g n e t i cd e s u l f u r i z a t i o no fS o l i l eI l l i n o i s b a s i nc o a l s [ A ] ．I n W h e e l o c kTD ．e d ．C o a ld e s u l f u r w i z a t i o n [ C ] ．N e wY o r k A C Ss y m p e s i u mS e r i e s ， 1 9 7 7 ．1 1 2 - 1 2 0 ． C 4 ] C o l i nH ，T a n gDZ ．F r a n zB ，e ta 1 ．C o a lc h a r a c t e r i z a t i o na n dh i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o ns t u d i e so f c o a lf i n e sf r o mP a r a d i s e ，K e n t u c k y [ A ] ．T h eP r o c e e d i n g so ft h e2 2 n dI n t e r n a t i o n a lT e c h n i e a lC o n f e f e n c eo i l C o a lU t i l i z a t i o n ＆F u e lS y s t e r n s [ c ] ．W a s h i n g t o n { C o a l ＆S l u r r yT e c h n o l o g yA ． ≈s o c i a t i o n ，1 9 9 7 。6 0 5 “ 6 1 6 ． [ 5 ] H i l lCL ，L a m o t t eA ，A l t h o f fW ，e ta t ．H i g hg r a d m n t m a g n e t i cf i l t r a t i o nd s m a l lp a r t i c l e so ff e r r o 一，f e r r i a n dp a r a m a g n e t i cc a t a l y s t ss n dc a t a l y s ts u p p o r l s [ J ] 。 J o u r n a lo fC a t a b s i s 。1 9 7 6 ，4 3 ，5 3 6 0 ． 万方数据 第5 期 汤达祯等燃煤电厂飞灰物质成分筛分磁选实验研究4 7 1 E x p e r i m e n t a lS t u d yo fS c r e e na n dM a g n e t i cS e p a r a t i o n o fF l yA s hf r o mP o w e rS t a t i o n T A N GD a z h e n ’，C o l i nH a r v e y 。 1 D e p a r t m e n to fE n e r g y ，C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o ∞i e n e e s ，B e l l i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a 2 ．G e o l o g i c a lD e p a r l n a e n t ．I n d i a n aU n i v e r s i t y ，I N4 7 4 0 6 ，U S A A b s t r a c t B a 刚o nt h es t u d yo fm i c r o s c o p i ec h a r a c t e r i s t i c 。m i n e r a lc o m p o s i t i o n ．c a r b o na n ds u l f u rd i s t r i b u t i o n ，a n di g n i t i o nl o s s ，t h ef e a s i b i l i t yo fs e p a r a t i n ga n du t i l i z i n gv a r i o u sc o m p o n e n t so ff l ya s hw a sd i s c u s s e d e x p e r i m e n t a l l ya n dt h e o r e t i c a l l yb ym e a n so fs c r e e na n dh i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o n ．S y n t h e t i ca d o p t i o no ft h et w om e t h o d sm a k e si ts u c c e s s f u lt os e p a r a t et h et h r e ek i n d so fb a s i cc o m p o n e n t so ff l ya s h ，i ．e ．， s i l i c a t ec e n o s p h e r e ，f e r r o u ss p h e r o i d ，a n dc a t a l y z e dc a r b o n ．F u r t h e r m o r e 。t h er e s u l ta n dt h ep r e c i s i o no fs e p a r a t i o nc a nb ea r t i f i c i a l l yc o n t r o l l e d ．T h i si n v e s t i g a t i o nh a sp r o v i d e dan e v rf o u n d a t i o na n dt e c h n i c a lp a r a m e t e r s f o rt i l er e a s o n a b l ed i s p o s a la n da p p r e c i a t e du t i l i z a t i o no ff l ya s h ． K e yw o r d s f l ya s b ；m i c r o s c o p i cc h a r a c t e r i s t i c ；m i n e r a l o g y ；s c r e e ns e p a r a t i o n ；h i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a 一 ⋯．一r U r c 、 万方数据