CN111871605B

CN111871605B - 一种去除粉煤灰中重金属的方法

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Publication number: CN111871605B
Application number: CN202010743604.0A
Authority: CN
Inventors: 陈良
Original assignee: Hangzhou Carboniferous Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Carboniferous Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2040-07-29
Also published as: CN111871605A

Abstract

本发明提供了一种去除粉煤灰中重金属的方法，包括以下步骤：将煤粉灰磁选除铁之后加入分散剂，搅拌均匀之后通过振动打散，然后进行静电分离，筛分得到粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒；将筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒进入第一分级室，进行一次离心分离，大颗粒沉降至第二分级室，在所述第二分级室内通入二次空气，使其中的小颗粒上浮进入第一分级室，筛分出平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒。粉煤灰依次经过除铁、打散、静电分离及离心分离等步骤后，将其中细颗粒部分彻底分离出来，而这部分细颗粒中富集了大量的重金属元素，因此本发明能够有效减少粉煤灰中重金属元素含量。

Description

一种去除粉煤灰中重金属的方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，尤其涉及一种去除粉煤灰中重金属的方法。

背景技术

中国是世界上最大煤炭生产国和消费国，每年约产生5.8亿吨粉煤灰，目前堆存量已经高达25亿吨。粉煤灰的大量堆存会对生态环境和人类健康产生危害，因此，大宗粉煤灰综合利用是绿色可持续发展的重点。但是原煤本身含有重金属元素，其中部分重金属在煤燃烧过程中会富集粉煤灰中，不仅制约了粉煤灰在水体和土壤中的应用，而且由于重金属元素的积累和迁移特性，与自然环境及人体健康密切相关。因此，去除粉煤灰中的痕量重金属对于其资源化利用和环境保护十分重要。

目前，常见的固体废弃物中重金属去除的方法有微生物法、化学法和电化学法等。化学法是通过加入化学提取剂将重金属由不可溶性固体转变为可溶性离子，从而达到脱除重金属的目的。微生物法是通过生物淋滤，利用微生物的新陈代谢使得重金属元素溶解，但是同样产生大量重金属废水。而电化学法是将含大量水分的固废充填区两侧外加电场，产生电解反应，而重金属污染物从固废中被置换和溶解出来，金属离子在电场作用下向阴极定向迁移，从而达到富集和脱除的目的。这些方法均通过外加生化材料浸提或消解来处理固废中重金属元素，由此产生大量处理废水，易造成二次污染，而且成本较高，经济效益差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去除粉煤灰中重金属的方法，本发明通过粒径分割的形式去除粉煤灰中重金属的物理方法，成本低、效率高、易实现且无二次污染产生。

本发明提供一种去除粉煤灰中重金属的方法，包括以下步骤：

将煤粉灰磁选除铁之后加入分散剂，搅拌均匀之后通过振动打散，然后进行静电分离，筛分得到粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒；

将筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒进入第一分级室，进行一次离心分离，大颗粒沉降至第二分级室，在所述第二分级室内通入二次空气，使其中的小颗粒上浮进入第一分级室，筛分出平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒；

所述离心的转速为1000～3200rpm，二次风风量为800～4000m³/h。

优选的，所述分散剂为三乙醇胺、乙二醇、丙三醇、硬脂酸和硅烷偶联剂中一种或几种；

所述分散剂的质量为粉煤灰质量的0.01～0.08％。

优选的，所述振动打散后的粉煤灰加热至120～150℃后，进行静电分离。

优选的，所述静电分离过程中，粉煤灰的烟气浓度为70～130g/Nm³，烟气流速为0.9～1.4m/s。

优选的，所述静电分离的电压为6000～15000V。

优选的，所述静电分离中通过周期性振打收集粒径＞20μm的粉煤灰颗粒，通过高压气流收集粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒；

所述周期性振打的振打力为180～440g，振打周期为每隔60～90min振打一次，每次振打持续1～5min。

优选的，筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒通过气力输送至第一分级室，所述进气流速为1.5～1.8m/s。

优选的，筛分出平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒后，剩余的粗颗粒中Cu＜50mg/kg，Cr＜0.2mg/kg，Pb＜50mg/kg，Cd＜100mg/kg，Zn＜100mg/kg。

本发明提供了一种去除粉煤灰中重金属的方法，包括以下步骤：将煤粉灰磁选除铁之后加入分散剂，搅拌均匀之后通过振动打散，然后进行静电分离，筛分得到粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒；将筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒进入第一分级室，进行一次离心分离，大颗粒沉降至第二分级室，在所述第二分级室内通入二次空气，使其中的小颗粒上浮进入第一分级室，筛分出平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒；所述离心的转速为1000～3200rpm，二次风风量为800～4000m³/h。本发明通过物理切割的方式，根据重金属在粉煤灰中赋存形态及富集规律，发明了一种去除粉煤灰大部分重金属元素的物理工艺方法。粉煤灰依次经过除铁、打散、静电分离及离心分离等步骤后，将其中细颗粒部分(平均粒径小于10微米)彻底分离出来，而这部分细颗粒中富集了大量的重金属元素，因此本发明能够有效减少粉煤灰中重金属元素含量。与此同时，得到了亚微米级粒径的超细粉煤灰，可用于水泥、橡胶和塑料等众多产业，能够有效提升产品性能，实现了工业固废的高值化利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明中的工艺流程图；

其中，1为粉煤灰仓，2为除铁器，3为分散剂仓，4为振动打散机，5为加热器，6为静电粉利器，7为离心分离器。

具体实施方式

本发明提供了一种去除粉煤灰中重金属的方法，包括以下步骤：

将筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒进入第一分级室，进行一次离心分离，在离心力的作用下，大颗粒沉降至第二分级室，在所述第二分级室内通入二次空气，其中的小颗粒随二次风上浮进入第一分级室，在离心力作用下进行二次离心分离，筛分出平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒；

所述离心的转速为1000～3200rpm，二次风风量为800～4000m³/h。

本发明通过除铁、打散、静电分离和离心分离后，将其中富集了大量重金属元素的细颗粒(平均粒径＜10μm)彻底分离出来，具体工艺流程如图1所示，其中，图1中所示的粗颗粒1平均粒径＞20μm，粗颗粒2平均粒径在10～20μm之间，细颗粒的平均粒径＜10μm。

磁选除铁

粉煤灰中往往含有相当一部分的铁元素，在燃烧过程中形成了铁磁性氧化物存在于粉煤灰中。因此，粉煤灰通过皮带输送至除铁器，通过磁选的方式除去其中一部分铁元素。

振动打散

为提高灰渣综合利用效率，实现“灰渣分排,干灰干排,粗细分排”，目前电厂大多产生的是干排灰。干排灰是将除尘器中收集的粉煤灰，通过气力输送的方式运输至储灰仓中直接贮存的一种粉煤灰。但是由于长时间贮存，干排灰会产生粘结团聚，因此，本发明优选对所述粉煤灰先进行预打散。除铁后的粉煤灰中加入分散剂，先充分搅拌10～20min后通过振动打散，将粘聚的团簇分散为小颗粒。

在本发明中，分散剂为三乙醇胺、乙二醇、丙三醇、硬脂酸和硅烷偶联剂中的一种或几种，所述分散剂的质量优选为所述粉煤灰质量的0.01～0.08％，更优选为0.02～0.07％，最优选为0.03～0.06％，或者最优选为0.04～0.05％。其作用为通过分散剂的选择性吸附和电性中和，消除颗粒间静电效应，降低颗粒间表面能，减少颗粒聚集的能力和机会，提高分散度。

静电分离

振动打散之后的粉煤灰优选先通过加热器，加热至120～150℃之后，通过气力输送至静电分离器中，更优选加热至130～140℃。

在本发明中，所述烟气的流速优选为0.9～1.4m/s，更优选为1.0～1.3m/s，最优选为1.1～1.2m/s，具体的，在本发明的实施例中，可以是1m/s、1.2m/s或1.3m/s；所述烟气的浓度优选为70～130g/Nm³，更优选为80～120g/Nm³，最优选为90～110g/Nm³，具体的，在本发明的实施例中，可以是90g/Nm³、110g/Nm³或130g/Nm³。

粉煤灰烟气进入静电分离器中，在高压电场的作用下，空气电离形成电晕电场，在电晕电场中，粉煤灰颗粒带电迁移至异性电极，从而被分离出来，为了防止集尘对电极放电的影响，在本发明中，所述静电分离优选采用直流电，电压优选为6000～15000V，更优选为8000～12000V，具体的，在本发明的实施例中，可以是7500V、8000V或8500V。

本发明优选通过周期性振打将静电吸附富集在电极板上的粒径大于20微米的粉煤灰颗粒收集起来。所述周期性振打每隔60～90min振打一次，优选为70～80min，具体的，在本发明的实施例中，可以是60min、75min或90min；每次振打持续时间优选为1～5min，更优选为2～4min，具体的，在本发明的实施例中，可以是2min、3.5min或5min。所述振打力优选为180～440g，更优选为220～400g，最优选为250～350g，具体的，在本发明的实施例中，可以是200g、360g或440g。本发明优选对阴极和阳极依次振打。

本发明通过高压气流将富集的细粒径颗粒收集起来，通过静电分离后可筛分出粒径在0.1～20微米之间的粉煤灰颗粒，这部分粉煤灰细颗粒进入后续的离心分离，而粒径大于20微米的粉煤灰颗粒(粗颗粒1)，由于粒径较大，大部分进入静电除尘器中后由于静电吸附富集在电极板上然后再通过周期性的振打掉落收集在静电分离器下方的灰斗中。

离心分离

经过静电分离后的粒径在0.1～20微米之间的粉煤灰颗粒可以通过离心分离进一步筛除其中重金属含量较高(即粒径更小的)粉煤灰。

本发明将上述粉煤灰通过气力输送至离心分离装置，进行离心分离。本发明中的离心分离装置包括上下两个分级室，其中，上面的为第一分级室，第一分级室的下方连通设置有第二分级室，所述第一分级室内设置有涡轮转子，可利用涡轮转子和叶片的转动带动粉煤灰气流旋转，在离心力作用下，粉煤灰中的小颗粒和气流一起上升，而大颗粒沉降至第二分级室，但是，由于分离不充分，部分小颗粒会随着大颗粒一同沉降，因此，本发明优选在第二分级室中进行进一步的分离。

本发明优选在第二分级室中通入二次空气，随大颗粒沉降至第二分级室中的小颗粒在二次风的作用下上浮，再次进入第一分级室，通过涡轮转子旋转分级，实现第二次离心分离。经过两级离心分离，平均粒径＜10μm的细颗粒从第一分级室上部的出口输出，粗颗粒从第二分级室的下部出口出料。

在本发明中，所述粉煤灰进入第一分级室的进气流速优选为1.5～1.8m/s，更优选为1.6～1.7m/s，具体的，在本发明的实施例中，可以是1.5m/s或1.8m/s；所述第一分级室内涡轮的转速(即离心转速)优选为1000～3200rpm，更优选为1500～3000rpm，最优选为2000～2500rpm，具体的，在本发明的实施例中，可以是1000rpm或3200rpm；所述第二分级室中二次风的风量优选为800～4000m³/h，更优选为1000～3500m³/h，最优选为1500～3000m³/h，具体的，在本发明的实施例中，可以是1500m³/h、2000m³/h或3500m³/h。

本发明中的方法能够将粉煤灰中细颗粒部分被充分分离，剩余粗颗粒部分中重金属含量检测结果如下：Cu＜50mg/kg，Cr＜0.2mg/kg，Pb＜50mg/kg，Cd＜100mg/kg，Zn＜100mg/kg，结果均符合GB15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》。剩余粗颗粒部分浸出液中重金属含量检测结果如下：Cu＜0.02mg/L，Cr＜0.03mg/L，Pb＜0.01mg/L，Cd＜0.005mg/L，Zn＜0.02mg/kg，符合GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水标准。

本发明提供了一种去除粉煤灰中重金属的方法，包括以下步骤：将煤粉灰磁选除铁之后加入分散剂，搅拌均匀之后通过振动打散，然后进行静电分离，筛分得到粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒；将筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒进入第一分级室，进行一次离心分离，在离心力的作用下，大颗粒沉降至第二分级室，在所述第二分级室内通入二次空气，其中的小颗粒随二次风上浮进入第一分级室，在离心力作用下进行二次离心分离，筛分出粒径平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒；所述离心的转速为1000～3200rpm，二次风风量为800～4000m³/h。

与现有技术相比，本发明中的方法具有以下优点：

1、电厂排放的粉煤灰时大气污染的主要来源之一。相对于粗灰来说，粉煤灰中细灰在大气中滞留时间比促会更长，更容易被吸入人体或者动物体内，也对呼吸系统产生更大的危害(大于2微米的颗粒主要沉积于鼻腔和咽喉，而小于2微米的颗粒易沉积于支气管和肺泡中)。通过该工艺，将粉煤灰中细颗粒去除，可以大大减少粉煤灰堆存对大气、生态及人体健康的危害。

2、本发明使得粉煤灰中的重金属元素含量大大降低，达到了土壤及水体的相关标准，有望实现粉煤灰在土壤和水体中的大规模应用。

3、相对于传统粉煤灰重金属去除技术，本发明运用了纯物理分离的方式，减少了重金属废水的产生，极大地避免了二次污染及后续废水处理问题。

4、本发明在除去重金属元素的同时，实现了粉煤灰粒径分级，其中细颗粒可用以准备高性能水泥、橡胶及塑料等，能够提升其应用价值。同时，整套工艺流程也实现了零废物排放。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种去除粉煤灰中重金属的方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

粉煤灰首先经过除铁器出去其中铁元素，而后加入0.02％的三乙醇胺搅拌15min，然后通过振动打散粉体。打散后的粉体在加热器中加热至150℃，然后通过气力输送至静电分离器中保持流速为1m/s，烟气浓度为90g/Nm³。在静电分离器中，在7500V高压电作用下，粉煤灰中粗颗粒被富集在电极板上，每隔60min振打一次，振打力为200g。依次振打电极两极，每次振打时间为2min。

烟气中的粉煤灰进入离心分离器，此时进气流速为1.5m/s，一级分离室中的涡轮转速为1000rpm，二次风分量为1500m³/h。经过两级分离系统后，其中细颗粒部分从一级分离室上口离开，粗颗粒部分从二级分离室下口出料。

经过激光粒径分析仪测试最后得到的细颗粒粒径d(0.9)为12.68微米。最终将其余粗颗粒部分混合，按照HJ 781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对其中重金属元素进行检测，其中Cu、Cd未检出，Cr＝0.126mg/kg，Pb＝0.017mg/kg，Zn＝0.078mg/kg，远低于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中限量。粗颗粒部分按照HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》获得粉煤灰浸出液，并按照HJ781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对浸出液中重金属进行检测，其中Cu、Cd未检出，Cr＝0.13mg/L，Pb＝0.004mg/L，Zn＝0.008mg/L，远低于GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水中限量。

实施例2

粉煤灰首先经过除铁器出去其中铁元素，而后加入0.05％的丙三醇搅拌12min，然后通过振动打散粉体。打散后的粉体在加热器中加热至150℃，然后通过气力输送至静电分离器中保持流速为1.2m/s，烟气浓度为110g/Nm³。在静电分离器中，在8500V高压电作用下，粉煤灰中粗颗粒被富集在电极板上，每隔75min振打一次，振打力为360g。依次振打电极两极，每次振打时间为3.5min。

烟气中的粉煤灰进入离心分离器，此时进气流速为1.5m/s，一级分离室中的涡轮转速为3200rpm，二次风分量为2000m³/h。经过两级分离系统后，其中细颗粒部分从一级分离室上口离开，粗颗粒部分从二级分离室下口出料。

经过激光粒径分析仪测试最后得到的细颗粒粒径d(0.9)为11.53微米。最终将其余粗颗粒部分混合，按照HJ 781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对其中重金属元素进行检测，其中Cu、Cr未检出，Cd＝0.778mg/kg，Pb＝0.058mg/kg，Zn＝0.117mg/kg，远低于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中限量。粗颗粒部分按照HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》获得粉煤灰浸出液，并按照HJ781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对浸出液中重金属进行检测，其中Cu、Cr未检出，Cd＝0.004mg/L，Pb＝0.007mg/L，Zn＝0.010mg/L，远低于GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水中限量。

实施例3

粉煤灰首先经过除铁器出去其中铁元素，而后加入0.01％硬脂酸搅拌15min，然后通过振动打散粉体。打散后的粉体在加热器中加热至120℃，然后通过气力输送至静电分离器中保持流速为1.3m/s，烟气浓度为130g/Nm³。在静电分离器中，在8000V高压电作用下，粉煤灰中粗颗粒被富集在电极板上，每隔90min振打一次，振打力为440g。依次振打电极两极，每次振打时间为5min。

烟气中的粉煤灰进入离心分离器，此时进气流速为1.8m/s，一级分离室中的涡轮转速为3200rpm，二次风分量为3500m³/h。经过两级分离系统后，其中细颗粒部分从一级分离室上口离开，粗颗粒部分从二级分离室下口出料。

经过激光粒径分析仪测试最后得到的细颗粒粒径d(0.9)为10.47微米。最终将其余粗颗粒部分混合，按照HJ 781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对其中重金属元素进行检测，其中Cu未检出，Cd＝1.367mg/kg,Cr＝0.136mg/kg，Pb＝0.132mg/kg，Zn＝0.063mg/kg，远低于GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中限量。粗颗粒部分按照HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》获得粉煤灰浸出液，并按照HJ781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对浸出液中重金属进行检测，其中Cu、Cd未检出，Cr＝0.021mg/L，Pb＝0.009mg/L，Zn＝0.012mg/L，远低于GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水中限量。

对比例1

粉煤灰首先经过除铁器出去其中铁元素，而后加入0.02％的三乙醇胺搅拌15min，然后通过振动打散粉体。打散后的粉体在加热器中加热至150℃，然后通过气力输送至静电分离器中保持流速为1.8m/s，烟气浓度为60g/Nm³。在静电分离器中，在7500V高压电作用下，粉煤灰中粗颗粒被富集在电极板上，每隔60min振打一次，振打力为200g。依次振打电极两极，每次振打时间为2min。

烟气中的粉煤灰进入离心分离器，此时进气流速为2.0m/s，一级分离室中的涡轮转速为800rpm，二次风分量为750m³/h。经过两级分离系统后，其中细颗粒部分从一级分离室上口离开，粗颗粒部分从二级分离室下口出料。

经过激光粒径分析仪测试最后得到的细颗粒粒径d(0.9)为18.69微米。最终将其余粗颗粒部分混合，按照HJ 781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对其中重金属元素进行检测，其中Cu＝5.371mg/kg，Cd＝1.625mg/kg，Cr＝2.288mg/kg，Pb＝0.854mg/kg，Zn＝7.582mg/kg，重金属元素均远高于实施例1中的筛选后粉煤灰，其中Cr含量超过了GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中限量。粗颗粒部分按照HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》获得粉煤灰浸出液，并按照HJ781-2016《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》对浸出液中重金属进行检测，Pd未检出，Cr＝0.078mg/L，Cd＝0.013mg/L，Zn＝1.082mg/L，Cu＝0.095mg/L，其中Cr超过了GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中限量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种去除粉煤灰中重金属的方法，包括以下步骤：

所述静电分离过程中，粉煤灰的烟气浓度为70～130g/Nm³，烟气流速为0.9～1.4m/s；

所述离心的转速为1000～3200rpm，二次风风量为800～4000m³/h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分散剂为三乙醇胺、乙二醇、丙三醇、硬脂酸和硅烷偶联剂中一种或几种；

所述分散剂的质量为粉煤灰质量的0.01～0.08％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振动打散后的粉煤灰加热至120～150℃后，进行静电分离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电分离的电压为6000～15000V。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电分离中通过周期性振打收集粒径＞20μm的粉煤灰颗粒，通过高压气流收集粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，筛分得到的粒径在0.1～20μm之间的粉煤灰颗粒通过气力输送至第一分级室，进气流速为1.5～1.8m/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，筛分出平均粒径＜10μm的粉煤灰颗粒后，剩余的粗颗粒中Cu＜50mg/kg，Cr＜0.2mg/kg，Pb＜50mg/kg，Cd＜100mg/kg，Zn＜100mg/kg。