CN101671016A - 用粉煤灰制取活性炭的新工艺 - Google Patents

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许闽清
管国华
高润秋
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Abstract

一种用粉煤灰制取活性炭的新工艺，原料为电厂锅炉的排弃物料粉煤灰原灰，经箱式冲灰器处理后，加入到矿浆预处理器中，同时分散剂及复合浮选剂经自动加药机也加入到矿浆预处理器中，然后再进入第一级浮选柱、第二级浮选柱内，从第二级浮选柱分离出来的碳粒子，含碳量达到85％以上，符合活性炭的含碳量要求，经浓缩机、过滤机、烘干机后，进入活性炭专用磨，通入高压蒸汽，进一步磨细，最后经油水分离及烘干，成为活性炭。本发明利用火电厂锅炉的排弃物料粉煤灰、实施火电厂的环保项目、变废为宝、环保节能、整个工艺流程短、活性炭产出率高、投资省。

Description

用粉煤灰制取活性炭的新工艺
技术领域：
本发明涉及一种材料制备新工艺，具体涉及一种活性炭的制备新工艺。
背景技术：
活性炭通常是用木材、锯屑、稻草、玉米杆、豆渣、各种果壳等富含纤维素原料，或用优质褐煤、泥炭等高含碳原料，通过化学或物理方法对原料进行破碎、催化剂活化、漂洗、烘干等一系列工序加工制造而成，工艺复杂、加工成本高、消耗能源多，特别是采用大量高含碳量的物料来制取活性炭，不利于环境保护和节能降耗。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种利用电厂锅炉排弃物料粉煤灰、实施电厂环保项目、变废为宝、节能降耗、保护环境、且整个工艺流程短、活性炭产出率高、投资省的用粉煤灰制取活性炭的新工艺。
本发明采用的技术方案是：这种用粉煤灰制取活性炭的新工艺为：原料为电厂锅炉的排弃物料粉煤灰原灰，经箱式冲灰器处理后，加入到矿浆预处理器中，同时，分散剂及复合浮选剂经自动加药机也加入到矿浆预处理器中，使得药剂与粉煤灰原灰充分均匀附着，然后进入第一级浮选柱内，在强烈气泡的作用下，含碳量较高的碳粒子浮到了液体的表面并被分离出来，再进入第二级浮选柱内，从第二级浮选柱分离出来的碳粒子，含碳量达到85％以上，符合活性炭的含碳量要求，两级浮选柱分离出来的尾灰，含碳量低，符合建筑用粉煤灰的含碳量要求；而第二级浮选柱分离出来的高含碳量碳粒子，经浓缩机、过滤机、烘干机去除其中的水分后，进入活性炭专用磨，活性炭专用磨通入高压蒸汽，在高压蒸汽的冲推下，碳粒子因相互碰撞得到了进一步磨细，最后经油水分离及烘干，成为活性炭。
上述技术方案中，箱式冲灰器、矿浆预处理器、自动加药机、浓缩机、过滤机、烘干机均为已有技术，如：箱式冲灰器采用浙江长兴中科机械厂生产的XBL600-6M型箱式冲灰器；矿浆预处理器采用淮北大金矿山机械有限公司制造的XK-800型2.2KW矿浆预处理器；自动加药机采用广州励创机电设备有限公司制造的GYZD-II-6型5KW自动加药机；浓缩机采用淮北大金矿山机械有限公司出品的GXW-9型3KW靶式斜板浓缩机；过虑机采用山东莱芜汉邦机械厂制造的PGT6-72m2型的132KW精煤真空圆盘过滤机。此外，电子计量秤、烘干机、油水分离器均为已有技术，市场有购，品种多样。加入矿浆预处理器和浮选柱的分散剂、复合浮选剂为市场有购的已有技术产品，如复合浮选剂采用市场有购的粉煤灰专用浮选剂1#，分散剂采用市场有购的选矿用分散剂5401。
上述技术方案中，第一级浮选柱和第二级浮选柱采用粉煤灰专用浮选柱，结构为：在浮选柱筒体顶部装有矿浆分配器，在浮选柱筒体内设置鼓泡装置，浮选柱筒体下部设置多点旋流装置，浮选柱筒体底部设有多点尾灰溢流孔，矿浆分配器周围装置矿浆分配管，在浮选柱筒体周边装有循环管道，循环管道上端与矿浆分配管连接连通，循环管道下端与旋流装置连接连通，在浮选柱上、下部各留有一个循环泵接口，与循环泵连接连通，循环泵安装在浮选柱旁，循环泵输出接口连接连通矿浆分配管，循环泵输入接口连接连通筒体上进出料口，在浮选柱上部装有高碳灰均衡溢流板，浮选柱上部侧边还装有高碳灰溢流收集口，尾灰溢流孔通过管道连接安装有尾灰自动调节箱。
上述粉煤灰专用浮选柱，循环泵输入接口连接三个以上的输入口，每个输入口都连接连通浮选柱筒体上的进出料口。
上述粉煤灰专用浮选柱，尾灰自动调节箱具有尾灰溢流进口、尾灰溢流出口，尾灰溢流进口连接安装有溢流管，溢流管上安装有调节帽。
上述粉煤灰专用浮选柱，在浮选柱或尾灰自动调节箱内安装有液面数码监控装置。
上述粉煤灰专用浮选柱，循环管道为多根，矿浆分配管也具有多孔，旋流装置为多点，多根循环管道上端分别与矿浆分配管的多孔连接连通，多根循环管道下端分别与多点旋流装置连接连通。
上述粉煤灰专用浮选柱，多点旋流装置为筒体上朝同一方向斜向安装的多个进液管或喷嘴。
上述粉煤灰专用浮选柱，鼓泡装置可采用鼓泡板，鼓泡板为板面钻有多孔的板。
上述粉煤灰专用浮选柱，浮选柱筒体底部还安装有多个浆液搅拌机。
上述粉煤灰专用浮选柱筒体内的鼓泡装置还可采用碳化硅起泡装置，碳化硅起泡装置由连接头和微孔结构的碳化硅材料曲面体构成，两者连接在一起。微孔结构的碳化硅材料曲面体采用了独特的起泡曲线界面设计，最大限度地提高了复合浮选剂对浆料的混合与匀化效率，从而直接提高了粉煤灰专用浮选柱对粉煤灰浆料的浮选效果。
上述粉煤灰专用浮选柱循环泵连接喷嘴，包括有喷嘴体、第一腔室、第二腔室，考虑到粉煤灰浆料的特殊流动性，在通常喷嘴的结构上，改进了第一腔室的内腔形状，使之成为喇叭形，提高了浆料的喷射匀化效果。
上述第一级浮选柱、第二级浮选柱在浮选工作时，在顶部进料口同时加入复合浮选剂，第二级浮选柱的加药量远比第一级浮选柱的加药量大，第一级浮选柱的复合浮选剂加药量为0.3kg/t，第二级浮选柱的复合浮选剂加药量为1.0kg/t。粉煤灰专用浮选柱的工作原理：
1、粉煤灰浆液通过浮选柱顶部的矿浆分配器，均匀的分配进入浮选柱内。
2、粉煤灰中层浆通过多点进出料口进入循环泵，再进入浮选柱顶部环形管，分配到12个循环输出口，经循环管道，最后通过多点旋流装置，使浆液在浮选柱内旋转，粉煤灰中的高碳灰快速上浮，并通过高碳灰均衡溢流板将浮选出来的高碳灰溢流到收集装置。
3、粉煤灰的尾灰通过浮选柱的底部多点出料口溢流到尾灰自动调节箱，再进入尾灰收集装置。
粉煤灰专用浮选柱的显著特点：
1、尾灰多点溢流，浮选柱底部设置了三个以上的尾灰溢流点，解决了尾灰堵管问题，使系统连续运行。
2、设置高碳灰均衡溢流板，保证了高碳灰以均衡的速度向周边溢流。
3、设置尾灰自动调节箱，可以自动调节高碳灰与尾灰的溢流面差，提高高碳灰浮选精度。
4、循环泵输入接口，设置三个以上的输入口，可以保证中部浆液均衡分配、多次循环，使高碳颗粒有充足的时间与尾灰脱离，从而提高浮选效率。
5、通过调节循环泵参数、尾灰自动调节箱参数，并结合使用液面数码监控装置，可以将浮选柱的控制纳入上位机自动控制系统，实现操作电脑化。
粉煤灰专用浮选柱的浮选脱碳原理
粉煤灰专用浮选柱应用的是湿法浮选脱炭。其脱碳的基本原理是：
因为，粉煤灰中的残余炭粒子是高度分散的亲水性颗粒，因此，湿法浮选的方法是在灰水中加入浮选剂，一方面，浮选剂与煤粒的亲和力比灰强；另一方面，由于浮选剂是一种异极性物质，能改变水中煤粒表面湿润性，使煤粒表面由亲水性变成疏水性，从而附着于气泡上，随着浮选柱的运行过程，煤粒浮到水面，从而实现了煤粒与灰水的液固分离。
浮选分离出来的煤粒再经另外的设备，如浓缩机、过滤机，脱水后即成为高含碳量的精煤粉。浮选分离出来的尾灰则经另外的设备如浓缩机、过滤机脱水后即为低含碳量的粉煤灰。浮选的废液被系统反复循环利用。
粉煤灰专用浮选柱的主要参数
型号         HFT-10   HFT-15  HFT-20    JFT-25    HFT-30    HFT-40    HFT-50    HFT-60
柱体直径mm   1000     1500    2000      2500      3000      4000      5000      6000
柱体高度mm   5000     5000    5500      5500      5500      6200      6200      6200
生  灰浆     100-150  150-200 200-250   250-300   200-300   350-400   400-450   450-550
产  (m3/h)
能  干灰     10-15    15-20   20-25     25-30     30-35     35-40     40-45     45-55
力  (t/h)
循环泵功率   15       30      45        55        75        110       132       200
(kw)
带水重量(t)  17.5     34.4    54.8      69.3      73.6      97.2      123.5     143.5
粉煤灰专用浮选柱根据粉煤灰的化学、物理特性，经过反复试验，作了革命性改进，优点效果如下：
(1).尾灰多点溢流，不堵管，保证系统的连续运行。
(2).进料设置平衡装置，使物料流动稳定性提高。
(3).自动调节精煤溢流面高差，提高浮选的精度，精煤质量好。
(4).中部浆液多次循环，使碳颗粒有充足的时间与灰颗粒脱离，提高了出煤率。
(5).参数调节方便，单位容积处理能力大，节能，投资省，经济效益显著。
粉煤灰专用浮选柱的脱碳效果
粉煤灰专用浮选柱主要用于从烧失量超标的粉煤灰中通过浮选选出精煤粉，精炭的发热量为3200-4800大卡。脱碳后的粉煤灰的烧失量为5％左右。
烧失量超标粉煤灰的脱碳效果视原灰的烧失量大小而不同，且与原煤的品质有关。一般而言，烧失量越大，则精炭含量越高。
经实验，某粉煤灰(原灰)烧失量为25％，经粉煤灰专用浮选柱脱碳处理后，浮选精炭产率达44％，精炭含量50％，脱碳后的粉煤灰的烧失量小于5％。
试验数据：
湿粉煤灰原灰、湿低炭灰质量指标表
名称          烧失量(％)    细度(45U筛余)    SO
粉煤灰原灰    25            22.3             ≤3
脱炭后低炭灰  ＜5           22.3             ≤3
浮选精煤质量指标表
名称        固定碳(％)    挥发份(％)    发热量(大卡)
浮选精煤    50            3             3500--3700
脱碳工艺的物料平衡
物料                 消耗定额
名称      水份     吨/吨.粉煤灰
          ％    干料 湿料
浮选原灰  15    1    ----
精炭粉    15    1    1.176
低炭湿灰  15    1    1.176
前述技术方案中的活性炭专用磨为一管道气流粉碎装置，管道上固定有喷枪环，管道两端通过连接法兰与碳粒子输送管道密封对接，喷枪环上安装固定多个喷嘴，喷嘴头伸至管道内，管道外围安装有O型环管，高压蒸汽通入O型环管，O型环管通过各径向支管与喷嘴连接连通，喷嘴与管道可垂直或斜向或切线方向安装，由外界引入压力为6-8kg/cm2的高压蒸汽从各个喷嘴高速(亚音速或超音速)喷出，使管道内的碳粒子在管道内的局部区域获得加速，相互碰撞碎裂，实现粉煤灰的超细粉碎。采用本发明的活性炭专用磨磨细提高比表面积达8000m2/g，2000目(1-2μm)。
值得指出的是，碳粒子在超细粉碎过程中，由于使用的是高压蒸汽，因此能使得碳粒子表面附着的浮选剂被清洗掉，并随着蒸汽一起排出，实现了活性炭的脱药处理。
专门设计制作的喷嘴能增强浆料的循环效果
4.粉煤灰制取活性炭工艺技术的特征参数
原料(粉煤灰)
物料来源：电厂的循环硫化床锅炉的排弃物料
含碳量：12％(典型值)
粒度：45μm(筛余量≤40％)
第一级浮选
复合浮选剂加药量：0.3Kg/t
物料出料的含碳量：≥50％
第二级浮选
复合浮选剂加药量：1.0Kg/t
物料出料的含碳量：≥85％
烘干机(磨细之前)
物料出料的含水量：≤3％
活性炭专用磨
高压蒸汽：6-8kg/cm2
药剂祛除率：≤1％
物料出料细度：2000目
烘干机(油水分离之后)
物料出料的含水量：≤1％
活性炭成品的技术参数
(1)类型：粉煤质
(2)颗粒大小：280-325目
(3)含碳量85-87％
(4)假比重：0.4-0.55g/ml
(5)苯吸附率：25-45％
(6)亚甲基蓝吸附力：150-225mg/g
(7)四氯化碳吸附率：75-90％
(8)灰分：2-3％
(9)硬度：98-99％
(10)碘值：850-1200mg/g
(11)酸碱值：3-11
(12)比表面积：1800-2200m2/g。
本发明充分利用火电厂锅炉的排弃物料粉煤灰作原料制取活性炭，实施火电厂的环保项目，变废为宝，环保节能，整个工艺流程短，投资省，活性炭产出率高，质量好，是一种粉煤灰综合利用的新技术。
附图说明：
图1为本发明工艺流程图
图2为粉煤灰专用浮选柱结构主视图
图3为图2的俯视图
图4为图2的左视图
图5为图4的A-A示意图
图6为碳化硅起泡装置结构示意图
图7为循环泵的连接喷嘴结构示意图
图8为活性炭专用磨结构示意图
图9为图8的侧视图
具体实施方式：
参见图1，这种用粉煤灰制取活性炭的新工艺为：原料为电厂锅炉的排弃物料粉煤灰原灰，含碳量12％左右，粉煤灰原灰经箱式冲灰器处理后，加入到矿浆预处理器中，同时，分散剂及复合浮选剂经自动加药机也加入到矿浆预处理器中，使得药剂与粉煤灰原灰充分均匀附着，然后进入第一级浮选柱内，在强烈气泡的作用下，含碳量较高的碳粒子浮到了液体的表面并被分离出来，其含碳量提高到了50％左右，再进入第二级浮选柱内，从第二级浮选柱分离出来的碳粒子，含碳量达到85％以上，符合活性炭的含碳量要求，两级浮选柱分离出来的尾灰，含碳量低，其含碳量为2％以下，符合建筑用粉煤灰的含碳量要求；而第二级浮选柱分离出来的高含碳量碳粒子，经浓缩机、过滤机、烘干机去除其中的水分后，进入活性炭专用磨，活性炭专用磨通入高压蒸汽，在高压蒸汽的充推下，碳粒子得到了进一步磨细，具有了更高的比表面积，最后经油水分离及烘干，成为活性炭。
参见图2、图3、图4、图5，本发明的粉煤灰专用浮选柱，在浮选柱筒体1顶部装有矿浆分配器2，粉煤灰矿浆从这里输入，然后通过多条伞状分布的均衡溢流板间隙进入浮选柱筒体内，浮选柱筒体1内设置多层鼓泡板3，鼓泡板3为平板上钻有多孔构成，浮选柱筒体1下部设置多点旋流装置4，多点旋流装置4就是筒体上朝同一方向斜向安装多个进液管或喷嘴。浮选柱筒体1底部设有多点尾灰溢流孔5，避免尾灰堵塞出口管，矿浆分配器2周围安装有矿浆分配管6，在浮选柱筒体1周边安装循环管道7，循环管道7为多根，循环管道7上端与矿浆分配管6连接连通，各循环管道7下端分别与多点旋流装置4连接连通，在浮选柱上、下部各留有一个循环泵接口8、9，连接循环泵10，循环泵10安装在浮选柱旁，在浮选柱上部装有高碳灰均衡溢流板11，高碳灰均衡溢流板11为多块，呈伞状，竖向安装，高碳灰均衡溢流板11一端与矿浆分配器连接固定，另一端与筒体1连接固定，浮选柱上部侧边装有高碳灰溢流收集口12。尾灰溢流孔5通过管道13连接安装有尾灰自动调节箱14。上述循环泵10输入接口连接三个以上的输入口，每个输入口连接连通浮选柱筒体上的中层浆进出料口，循环泵10输出接口连接连通矿浆分配管。尾灰自动调节箱14具有尾灰溢流进口15、尾灰溢流出口16，尾灰溢流进口连接安装有溢流管，溢流管上具有调节帽。浮选柱或尾灰自动调节箱内安装有液面数码监控装置。多点旋流装置为筒体上朝同一方向安装多个进液管或喷嘴17。鼓泡板3为板面钻有多孔构成。浮选柱筒体1底部还安装有多个浆液搅拌机18，防止筒体底部尾灰沉淀、凝固、板结。
参见图6，粉煤灰专用浮选柱筒体内的鼓泡装置还可采用碳化硅起泡装置，碳化硅起泡装置由连接头19和微孔结构的碳化硅材料曲面体20构成，两者连接在一起。微孔结构的碳化硅材料曲面体20采用了独特的起泡曲线界面设计，最大限度地提高了复合浮选剂对浆料的混合与匀化效率，从而直接提高了粉煤灰专用浮选柱对粉煤灰浆料的浮选效果。
参见图7，上述粉煤灰专用浮选柱循环泵的连接喷嘴，包括有喷嘴体21、第一腔室22、第二腔室23，考虑到粉煤灰浆料的特殊流动性，在通常喷嘴的结构上，改进了第一腔室22的内腔形状，使之成为喇叭形，提高了浆料的喷射匀化效果。
参见图8、图9，本发明的活性炭专用磨为一管道气流粉碎装置，管道24上固定有喷枪环25，管道24两端通过连接法兰与碳粒子输送管道密封对接，喷枪环25上安装固定多个喷嘴26，喷嘴头伸至管道内，管道外围安装有O型环管27，高压蒸汽通入O型环管27，O型环管27通过各径向支管28与喷嘴26连接连通，喷嘴26与管道24可垂直或斜向或切线方向安装，由外界引入压力为6-8kg/cm2的高压蒸汽从各个喷嘴高速(亚音速或超音速)喷出，使管道内的碳粒子在管道内的局部区域获得加速，相互碰撞碎裂，实现粉煤灰的超细粉碎。

Claims (7)

1、一种用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：原料为电厂锅炉的排弃物料粉煤灰原灰，经箱式冲灰器处理后，加入到矿浆预处理器中，同时分散剂及复合浮选剂经自动加药机也加入到矿浆预处理器中，使得药剂与粉煤灰原灰充分均匀附着，然后进入第一级浮选柱内，在强烈气泡的作用下，含碳量较高的碳粒子浮到了液体的表面并被分离出来，再进入第二级浮选柱内，从第二级浮选柱分离出来的碳粒子，含碳量达到85％以上，符合活性炭的含碳量要求，两级浮选柱分离出来的尾灰，含碳量低，符合建筑用粉煤灰的含碳量要求；而第二级浮选柱分离出来的高含碳量碳粒子，经浓缩机、过滤机、烘干机去除其中的水分后，进入活性炭专用磨，活性炭专用磨通入高压蒸汽，在高压蒸汽的冲推下，碳粒子因相互碰撞得到了进一步磨细，最后经油水分离及烘干，成为活性炭。
2、根据权利要求1所述的用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：第一级浮选柱和第二级浮选柱采用粉煤灰专用浮选柱，结构为：在浮选柱筒体顶部装有矿浆分配器，在浮选柱筒体内设置鼓泡装置，浮选柱筒体下部设置多点旋流装置，浮选柱筒体底部设有多点尾灰溢流孔，矿浆分配器周围装置矿浆分配管，在浮选柱筒体周边装有循环管道，循环管道上端与矿浆分配管连接连通，循环管道下端与旋流装置连接连通，在浮选柱上、下部各留有一个循环泵接口，与循环泵连接连通，循环泵安装在浮选柱旁，循环泵输出接口连接连通矿浆分配管，循环泵输入接口连接连通筒体上进出料口，在浮选柱上部装有高碳灰均衡溢流板，浮选柱上部侧边还装有高碳灰溢流收集口，尾灰溢流孔通过管道连接安装有尾灰自动调节箱。
3、根据权利要求1所述的用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：粉煤灰专用浮选柱筒体内的鼓泡装置可采用碳化硅起泡装置，碳化硅起泡装置由连接头和微孔结构的碳化硅材料曲面体构成，两者连接在一起，微孔结构的碳化硅材料曲面体采用了起泡曲线界面设计。
4、根据权利要求1所述的用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：粉煤灰专用浮选柱循环泵连接喷嘴，其结构包括有喷嘴体、第一腔室、第二腔室，改进了的第一腔室的内腔形状为喇叭形。
5、根据权利要求1所述的用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：第一级浮选柱、第二级浮选柱在浮选工作时，在顶部进料口同时加入复合浮选剂，第二级浮选柱的加药量远比第一级浮选柱的加药量大，第一级浮选柱的复合浮选剂加药量为0.3kg/t，第二级浮选柱的复合浮选剂加药量为1.0kg/。
6、根据权利要求1所述的用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：活性炭专用磨为一管道气流粉碎装置，管道上固定有喷枪环，管道两端通过连接法兰与碳粒子输送管道密封对接，喷枪环上安装固定多个喷嘴，喷嘴头伸至管道内，管道外围安装有O型环管，高压蒸汽通入O型环管，O型环管通过各径向支管与喷嘴连接连通，喷嘴与管道可垂直或斜向或切线方向安装，由外界引入压力为6-8kg/cm2的高压蒸汽从各个喷嘴高速喷出，使管道内的碳粒子在管道内的局部区域获得加速，相互碰撞碎裂，实现粉煤灰的超细粉碎。
7、根据权利要求1所述的用粉煤灰制取活性炭的新工艺，其特征在于：碳粒子在超细粉碎过程中，使用高压蒸汽，使得碳粒子表面附着的浮选剂被清洗掉，并随着蒸汽一起排出，实现了活性炭的脱药处理。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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