CN107755100A - 一种煤气化细渣的溶气浮选方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤气化细渣的溶气浮选方法和设备，主要解决现有技术中，溶气浮选煤气化细渣粒度微细、难于浮选的问题。本发明提供的静态溶气浮选机主要由矿化泡沫刮板1，泡沫精矿收集槽2，减压阀3，稳流筒4、尾砂刮板或搅拌桨6和筒体7组成。煤气化细渣矿浆添加活化剂、抑制剂、捕收剂和起泡剂，搅拌均匀，经过减压阀后进入稳流筒，然后进入静态浮选机槽7，进行溶气浮选。采用本发明所提供的溶气浮选方法和设备，可以将煤气化细渣中的残炭和灰分有效分离，有利于煤气化细渣的综合利用。

Description

一种煤气化细渣的溶气浮选方法和设备

技术领域

本发明涉及一种浮选方法和设备，尤其涉及一种煤气化细渣的溶气浮选方法和设备。

背景技术

煤制甲醇、合成氨时，先要进行煤气化。在煤气化炉中，产生大量的飞灰。目前比较成熟的净化工艺是湿法除渣，使煤气化飞灰进入黑水。黑水经过二次或三次闪蒸浓缩后，进入沉降槽。在沉降槽中，悬浮物经絮凝下沉，而清水则上浮。沉降槽上层清水溢流而出，进入灰水系统；下层浊液进入过滤机，得到的滤饼，就是煤气化细渣。煤气化细渣，平均粒径一般在数微米到数十微米之间，属于微细粒。

对于微细颗粒的浮选，要求浮选过程产生的气泡也要比较微细。溶气浮选，是先将空气溶解在矿浆中，然后再析出产生气泡的工艺。溶气浮选析出的气泡初始直径通常为20-100μm，适合微细粒的浮选。

溶气浮选工艺常用的溶气方法有：

1)压气溶气

又称压缩空气溶气，主要由溶气风机或压缩机及专用混合器组成。这种方法溶气，就是采用扩散装置将空气扩散到矿浆中。常用的扩散器有多孔管、喷嘴(如文丘里喷嘴)、微孔扩散板等型式。

2)机械搅拌溶气

利用装在矿浆池内的机械叶轮搅动，使空气溶入矿浆中。叶轮可以装在池的表面、中间或底部，但以装在底部为好。这种装置通过叶轮的提水作用，使池内矿浆不断循环流动，不断更新气液接触面以增大吸气量。叶轮旋转时在周缘形成水跃，可有效地裹入空气。压气溶气和机械溶气两种方法也可联用，以提高溶气能力。

3)涡凹溶气

利用散气叶轮的高速转动，在水中形成一个真空区，空气管或液面上的空气被吸入水中，产生微气泡。

溶气浮选已广泛应用于废水处理。当用于矿石浮选时，存在三个问题：

1)浮选释放器容易堵塞，或者浮选液释放时产生扰动。除了减压阀和叶轮释放器，其它释放器都很容易堵塞。减压阀或叶轮释放，可以克服堵塞，但会在溶气浮选槽中造成较大的扰动，不利于分选。

2)尾砂不易排出。由于溶气浮选池中要求没有扰动，如果矿浆浓度大，将会导致尾砂沉积，逐渐堵塞，无法排除。

3)溶气浮选，溶气量有限，要求矿浆浓度低。

以上问题，限制了溶气浮选机在矿石浮选中的应用。

旋流微泡浮选柱，通过增大浮选柱高度，在浮选柱的上部，形成一个扰动小的浮选区；而在浮选柱的下部，形成旋流扰动，防止尾砂沉积堵塞。但是旋流微泡浮选柱溶气压力较低，溶气量较少，大部分的气泡实际上还是像机械搅拌浮选机一样，依靠气体分散在矿浆中而产生。因此旋流微泡浮选柱也存在微细气泡数量不足的问题。另外，旋流微泡浮选柱价格昂贵，成本较高。这也限制了它的广泛使用。

在煤泥浮选时发现：煤泥经过浸泡后，水和煤表面含氧官能团产生氢键结合，使煤炭表面发生氧化，亲水性加强，可浮性下降，浮选速率降低；同时，浸泡会使入料中的矿物质发生泥化，使细泥的夹带和罩盖现象增强，恶化浮选效果。

研究表明，采用活化处理，可以提高长期浸泡的煤泥的可浮性。如无机酸碱可以用于清洗煤泥中的炭表面的氧化物污染膜或粘附的矿泥。无机酸碱等活化剂能促进捕收剂与矿物发生作用，从而提高矿物的可浮性。

在浮选过程中，淀粉能够抑制赤铁矿等灰分，石灰水(氢氧化钙)可以抑制黄铁矿和磁黄铁矿，水玻璃、氟硅酸钠可以抑制石英和硅酸盐等，六偏磷酸钠可以抑制方解石。浮选中引入纤维素、木质素、丹宁和腐殖酸等，也可以抑制某些灰分。

煤炭浮选时，常用煤油、柴油作为捕收剂；用松节油、杂醇油等作为起泡剂。

目前的煤气化细渣浮选工艺中，没有针对煤气化细渣的微细粒和水浸特性采取相应措施。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种煤气化细渣的浮选方法和设备，解决煤气化细渣粒度微细、经过浸泡，难于浮选的问题。这可使煤气化细渣的浮选药剂消耗量降低，成本降低。

煤气化细渣难于浮选的原因和解决方案如下：

1)煤气化细渣含有50％以上的游离水，这相当于煤气化细渣一直浸泡在水中。因此，煤气化细渣是飞灰在水中长期浸泡的产物，必然受到强烈的水化作用。

煤气化细渣经过浸泡后，水和残炭表面含氧官能团产生氢键结合，使残炭表面发生氧化，亲水性加强，可浮性下降，浮选速率降低；同时，浸泡会使入料中的矿物质发生泥化，使细泥的夹带和罩盖现象增强，恶化浮选效果。

煤气化细渣浮选时，对于残炭表面，由于浸泡形成的氧化物污染膜，或者粘附的矿泥，可以采用无机酸碱进行清洗。盐酸、硫酸、氢氟酸、氢氧化钠和氢氧化钙(石灰水)等，都可以在煤气化细渣浮选时作为活化剂使用，清洗污染膜和粘附的矿泥。使用无机酸碱活化时，一般使矿浆中的Ph值大于3，这可以防止强烈的腐蚀。

在煤气化细渣浮选中，添加淀粉、纤维素、木质素、丹宁、腐殖酸、石灰、水玻璃、氟硅酸钠(Na₂SiF₆)、六偏磷酸钠等抑制剂，可以抑制某些灰分，提高煤气化细渣浮选的精煤质量，减轻灰分夹带。抑制剂添加量通常小于5kg/t(以干基煤气化细渣量为基准，以下同)。

2)常用的机械搅拌式浮选机，产生的微细气泡量较少。煤气化细渣浮选，采用机械搅拌浮选机，浮选速度较慢。

本发明提供了一种静态溶气浮选机，适合煤气化细渣浮选。所采取的措施主要有三点：

一是采用减压阀或叶轮释放，防止堵塞；采用稳流筒，防止浮选液释放时的扰动。

溶气浮选机采用减压阀或叶轮释放器释放，可以防止堵塞。浮选液释放后，再经过一个稳流筒，可以克服浮选液释放时的扰动。稳流筒是一个周边开孔的容器，一般为四周开孔的圆柱筒体。稳流筒有两个作用：一是可以提供相当的缓冲空间，降低浮选液的动能，也就降低了扰动；二是分散浮选液的流动方向，使浮选液从稳流筒的四周平稳流出，使得每个方向的扰动都非常小，这就分散了扰动。减压阀释放时，稳流筒内部可以带搅拌，搅拌可使稳流筒内流速更均匀，但会使部分微气泡聚合。稳流筒出口的矿浆流速一般小于0.5m/s，小于0.2m/s扰动更小。当然，浮选液进入稳流筒后，必然有部分气泡析出，但由于矿浆在稳流筒中的停留时间很短，一般小于20s，气泡不会迅速聚合变大。

二是在浮选槽下部设置缓慢旋转的刮泥板或搅拌桨，防止尾砂堆积堵塞。由于刮泥板或搅拌桨的转速缓慢，一般外缘线速度小于20m/min，不会对浮选过程产生较大扰动，但却可以防止尾砂沉积堵塞。

本发明提供的静态溶气浮选机如图1所示。煤气化细渣矿浆，经过溶气后，首先通过减压阀3释放(通过叶轮释放时，释放器置于稳流筒内)，然后进入稳流筒4，再从稳流筒的四周开口进入静态浮选槽7。在浮选槽的上部设有矿化泡沫刮板1和泡沫精矿收集槽2。泡沫刮板1将矿化泡沫刮入收集槽2。收集槽2通常是矩形的，底部沿径向向下倾斜，以利于泡沫精矿排出。尾砂刮板或搅拌桨6可以防止尾砂沉积，使尾砂从浮选槽底部顺利排出。

由于泡沫刮板和尾砂刮板速度很慢，外缘线速度在20m/min以下，矿浆在溶气浮选机中几乎没有扰动，因此这种工艺称为静态溶气浮选，所用的浮选机称为静态溶气浮选机。

本发明提供的静态溶气浮选机，借鉴了澄清池中心转动刮泥机的结构。但与之相比，高径比更大。从CJ/T81-2015可知，各种刮泥机槽的直径远大于深度，高径比小于1/3。而静态溶气浮选机正好相反，其直径小于高度，高径比大于1。这是因为澄清池的废水和污泥密度差大，容易分选，无需过大的深度。而溶气浮选中要分离的残炭和灰分密度接近，更难分离。

三是在溶气阶段，通过增加溶气时间、搅拌强度或溶气压力增加溶气量。

煤气化细渣颗粒微细，浮选浓度一般在5-30％之间，通过活化以后，容易浮选。再通过采取以上适当措施增加溶气量后，可以满足浮选的溶气要求。

在煤气化细渣中，残炭亲油疏水，而其它灰分亲水疏油。可以采用煤油、柴油作为煤气化细渣浮选的捕收剂；起泡剂可以使用松节油、杂醇油等。

本发明所采用的技术方案如下：一种煤气化细渣的溶气浮选方法，它包含以下步骤：

1)配料和搅拌

将过滤脱水后的煤气化细渣用皮带输送机或斗式输送机，加入水、盐酸、硫酸、氢氧化钙(石灰)、氢氧化钠中的一种或几种，使矿浆的pH值在3-11之间，进行活化。加入10kg/t以下的淀粉、纤维素、木质素、丹宁、腐殖酸、石灰、水玻璃、氟硅酸钠(Na₂SiF₆)、六偏磷酸钠等抑制剂中的一种或几种，加入6kg/t以下的柴油、煤油或其它捕收剂中的一种或几种，加入6kg/t以下的仲辛醇、杂醇、松节油等起泡剂中的一种或几种。其中无机酸和碱不能同时加入，加入的间隔时间必须大于1分钟。调整矿浆pH值在2-11之间，搅拌均匀，使矿浆浓度一般在5-30％之间。药剂与矿浆总的作用时间一般为2分钟以上，通常时间长一些效果更好。

以上几种药剂的添加顺序随意。但先添加活化剂无机酸，然后添加无机碱、抑制剂、捕收剂和起泡剂效果略好。为避免无机酸、碱直接中和，无法发挥活化作用，配料可以在两个不同的搅拌槽罐里分别进行，矿浆依次进入两个搅拌罐，在两个罐里分别加入无机酸和碱。

活化处理，可以减小溶气量的需求，也有利于更好地进行矿化。

对于某些煤气化细渣，可以只经过以上配料搅拌，就能满足浮选的要求。将这些配料搅拌好的矿浆静置1分钟以上，矿化泡沫就会上浮，灰砂就会下沉。或者也可将配料搅拌好的矿浆引入设有矿化泡沫刮板和尾砂出料装置(如刮板、螺旋出料等)的另一容器，矿化泡沫就会上浮，尾砂下沉。用刮板将矿化泡沫刮出，就可使精炭和尾砂分离，使煤气化细渣中的残炭与灰分分离。

2)溶气

采用喷射溶气罐、溶气管式溶气罐、涡凹溶气或机械搅拌溶气。压气溶气时空气压力一般大于0.3MPa，机械搅拌和涡凹溶气时间通常需要大于3分钟。

3)释放和稳流

溶气后的矿浆通过减压阀释放，而后进入稳流桶。或者采用叶轮释放器，叶轮释放器置于稳流筒内部。

采用减压阀或者叶轮作为浮选释放器，以避免堵塞。浮选液进入稳流筒。稳流筒四周开孔，矿浆从四周开孔进入浮选槽。矿浆出稳流筒的速度很低，一般在0.5m/s以下。矿浆在稳流筒内经过缓冲，再分散进入浮选机槽，可以减少矿浆在浮选机槽内的扰动。煤气化细渣矿浆经过减压阀或叶轮释放器进入稳流桶，由于矿浆在稳流筒中的停留时间很短，一般小于20s，虽然微小气泡已经析出，但矿化气泡还没有来得及聚合。通过稳流桶的缓冲和分散作用，矿浆可以平稳地流入溶气浮选槽。

4)浮选

煤气化细渣经过稳流桶进入静态溶气浮选机槽，矿浆在溶气浮选机槽中几乎没有扰动。在静态溶气浮选机槽中，炭矿化泡沫上浮，灰分下沉，进行分层。精炭泡沫用上部刮板刮出；而尾砂在下部由刮板刮出，或经搅拌桨缓慢搅拌松动后流出。

附图说明

图1和图2是静态溶气浮选机示意。图1是主视图，图2是俯视图。图中序号分别表示：1矿化泡沫刮板；2泡沫精矿收集槽；3减压阀；4稳流筒；5旋转轴；6尾砂刮板或搅拌桨；7浮选机槽。

具体实施方式

本发明提供的一种煤气化细渣溶气浮选的方法和设备，下面结合附图，通过以下2个实施例说明具体实施方式：

实施例1：

1)配料和搅拌

每分钟干基重量为50kg煤气化细渣，用皮带输送机连续送至3m³的第一搅拌槽中，加入水、Ph＝2的盐酸1kg/t，使矿浆浓度在10％左右，搅拌均匀，矿浆停留时间5min。

而后煤气化细渣浆料进入3m³第二搅拌槽，加入1％氟硅酸钠溶液0.1kg/t、柴油1kg/t和仲辛醇1kg/t。调整pH值为6，搅拌均匀。药剂与矿浆的作用时间为5分钟。

2)溶气

用泵将煤气化细渣浆料送入体积为2m³的溶气罐，0.5MPa压缩空气通过喷嘴进入溶气罐，与矿浆进行混合。

3)释放

煤气化细渣矿浆通过减压阀进入体积为0.1m³的稳流筒。然后从稳流筒四周的开孔进入静态溶气浮选机，矿浆出稳流筒流速为0.2m/s。

4)浮选

静态溶气浮选机容积为3m³，矿浆浮选时间为5分钟。用刮渣机刮取表面精炭泡沫，尾砂从浮选槽下部流出。

实施例2：

间歇操作的煤气化细渣溶气浮选方法。在一个搅拌槽中，配制煤气化细渣矿浆。先加入水和盐酸使矿浆pH值为5.5-6，搅拌均匀，使矿浆浓度为10％。2分钟后，加入0.5kg/t合成丹宁S-217、羧甲基纤维素0.1kg/t、柴油1kg/t和仲辛醇1kg/t，搅拌均匀。静止沉淀5分钟，然后用泡沫刮取装置，刮去表面精炭泡沫，并排出下部尾砂灰分。或者将搅拌混合好的矿浆引入到带刮渣装置的另一容器，然后用刮渣机或刮板刮取表面精炭泡沫，从下部排出尾砂，实现精炭与灰分的分离。

Claims (7)

1.一种煤气化细渣的浮选方法，其特征在于浮选前在煤气化细渣矿浆中添加10kg/t(以干基煤气化细渣量为基准，以下同)以下的淀粉、纤维素、木质素、丹宁、腐殖酸、石灰、水玻璃、氟硅酸钠(Na2SiF6)、六偏磷酸钠中的一种或几种。

2.一种煤气化细渣的浮选方法，其特征在于浮选前，首先在煤气化细渣矿浆中添加盐酸、硫酸、氢氟酸、氢氧化钠和氢氧化钙(石灰)中的一种或几种，使煤气化矿浆的pH值在3-11之间，然后再添加其它浮选药剂。

3.一种用于矿石或固体颗粒料的静态溶气浮选机，其特征在于静态溶气浮选机槽的高径比大于1；上部设有矿化泡沫刮板(刮渣机)和泡沫精矿收集槽；中部设有经减压阀或叶轮释放器进料的稳流筒，矿浆在稳流筒内的停留时间小于20s，矿浆从稳流筒四周开孔进入浮选机槽，矿浆出稳流筒开口流速不大于0.5m/s；下部设有刮泥板或搅拌桨以刮出或松动尾砂；附带有溶气装置。

4.根据权利要求3所述的一种静态溶气浮选机，其特征在于附带的溶气装置采用压气溶气、机械搅拌溶气或涡凹溶气。

5.根据权利要求2所述的一种静态溶气浮选机，其特征在于附带压气溶气装置的溶气压力为0.3-2MPa；附带机械搅拌或涡凹溶气装置的溶气时间1-10分钟。

6.根据权利要求1所述的一种煤气化细渣的浮选方法，其特征在于浮选前在煤气化细渣矿浆中加入盐酸、硫酸、氢氟酸、氢氧化钠和氢氧化钙(石灰)中的一种或几种，使矿浆的pH值在3-11之间，使矿浆浓度在5-30％之间，添加捕收剂6kg/t以下，添加起泡剂6kg/t以下，配料搅拌均匀，采用压气溶气、机械搅拌或涡凹溶气后，通过减压阀或叶轮释放器进入稳流筒，从稳流筒四周进入静态溶气浮选机，矿浆出稳流筒开口流速小于0.5m/s，进行浮选。

7.根据权利要求6所述的一种煤气化细渣的溶气浮选方法，所使用的捕收剂是柴油或煤油；所使用的起泡剂是仲辛醇，或杂醇，或松节油。