摘要
随着能源需求不断增长，煤炭气化这一高效能源转换技术已获得全球广泛应用。煤气化既提高了煤炭利用效率，也减少了环境污染。然而，作为煤气化过程产生的大量的固体废弃物—煤气化渣，不但含有大量的残炭和无机矿物质，且其组成和结构复杂的特点为资源回收利用带来了巨大挑战。近年来，煤气化渣的高效分离和资源化利用是能源可持续发展和实现工业废弃物零排放的关键之一。因此，本文基于煤气化渣基本性质研究，探究了不同粒度下煤气化渣的浮选效果，并分析了超声波空化效应对矿物浮选的强化作用，从而确定了最佳药剂体系。以期为煤气化渣高效碳-灰分离技术的工业化应用提供参考。 本文以陕北某地的煤气化渣为原料，进行了组成结构及理化特性研究。SEM等表征结果表明，煤气化渣空气干燥基水分为2.15%，灰分为74.88%，挥发分为5.78%，固定碳为17.19%。且煤气化渣残炭颗粒与灰分混合程度较大，其中碳质较粗，而无机质附着在残炭颗粒表面。 采用实验室小型粉碎机对气化渣原样进行破碎处理，筛选了煤气化渣浮选的最佳粒径；并通过药剂用量结果表明，煤气化渣浮选的影响权重为：药剂用量＞粒度。随后，通过煤气化渣超声强化处理工艺，探究了不同功率、频率以及时间对浮选效果的影响。研究结果表明，煤气化渣样品进行2-4分钟超声预处理时，浮选效果最佳。其中在28Khz/60W超声处理之后，浮选完善指标及固定碳回收率分别可达到65.43%和91.98%，精煤产率提高了2.84%（未经处理的气化渣原样浮选完善指标为55.33%，固定碳回收率为77.42%，精煤产率为17.13%），且药剂加入矿浆后进行超声处理，浮选效果可进一步提高。 考察了超声预处理对煤气化渣表面性质的影响。扫描电镜表征结果表明，超声波通过移除附着在煤颗粒表面的微小颗粒，对煤气化渣表面进行了有效的清洗；通过红外光谱分析及电子能谱分析表明，超声处理之后气化渣表面的含氧官能团减少，超声空化效应产生的·OH与部分含氧官能团反应生成CO2和H2O，从而导致样品疏水性进一步增强；物理吸附分析结果表明，超声作用使得样品孔隙度增大，导致气泡更容易与絮状颗粒粘附；此外，接触角测量仪结果表明，煤气化渣过度超声不利于浮选。 开展了煤气化渣浮选药剂体系研究。采用不同类型表面活性剂与捕收剂进行复配，结果表明，10%油酸山梨坦（SPAN80）与柴油复配得到的捕收剂效果最佳（固定碳回收率最高达到了94.5%。比单独使用柴油提升了6.26%）。分析了复配药剂体系对煤气化渣表面性质的影响，结果表明，复配药剂体系通过减少煤气化渣表面的含氧官能团，增大煤气化渣的疏水性，从而提高其浮选效果。此外，药剂用量结果表明，不同药剂用量的十二烷基三甲基溴化铵（DTAB），十二烷基硫酸钠（SDS）复配药剂以及油酸山梨坦（SPAN80）均可通过改变煤气化渣表面的带电性质，从而提高浮选效果。其中，油酸山梨坦（SPAN80）作为非离子型表面活性剂对浮选提高效果最好。
NETL