CN115121375B

CN115121375B - 煤气化细渣-中煤联合磨矿解离以及浮选回收方法

Info

Publication number: CN115121375B
Application number: CN202210962892.8A
Authority: CN
Inventors: 符剑刚; 蔺玥; 张钰睿; 张作庆; 丁林芳; 邓惠贤
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2022-08-11
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2042-08-11
Also published as: CN115121375A

Abstract

本发明属于煤固废回收领域，具体涉及一种煤气化细渣‑中煤联合磨矿解离方法，将包含煤气化细渣和中煤的混合料进行液相磨矿解离处理，得到联合解离矿浆；其中，煤气化细渣在0.05～0.2mm之间的质量占比约为70％以上；所述的中煤的粒径在1.5～2mm占比90％以上；混合料中，中煤占比为2wt％～70wt％；联合解离矿浆中，‑0.075mm颗粒所占比例不小于70％。本发明还提供了所述的磨矿矿浆进行浮选分离的方法。本发明中，通过所述的煤气化细渣‑中煤联合磨矿以及处理参数的联合，能够实现协同，能够改善浮选能力。

Description

煤气化细渣-中煤联合磨矿解离以及浮选回收方法

技术领域

本发明属于煤化工废弃产物资源化利用技术领域，具体涉及煤气化细渣-中煤联合处理方法。

背景技术

煤气化是现阶段煤炭清洁高效利用的有效途径，但目前较差的气化炉装备性能或运行水平，会导致产生大量的气化粗渣和气化细渣。煤气化细渣是在煤气化炉中以飞灰形式随烟气排出，通过除渣工艺脱离得到的固体废渣。细渣一般为灰黑色粉末状，粒径在50～200μm之间的质量占比约为72％，形状一般呈球形颗粒和不规则蜂窝孔形颗粒，表面氧化严重，比表面积可达258.29m²/g，粗糙度大。其成分与煤种、生产工艺以及运行工况相关，主要取决于煤中的无机、有机组分。其中无机组分主要由钙铁铝硅酸盐和矿物质熔体组成，由于含有较多碱金属氧化物，因此煤气化细渣pH值大多为碱性；有机组分主要为未充分燃烧的残碳并且分散在无机组分中，其燃烧特性与劣质烟煤相似。

气化粗渣的成分与锅炉灰渣相似，可作为建材、道路桥梁等掺混原料；而气化细渣却因为含碳量高、烧失量大，不能直接用作建筑、道路材料，填埋处理是当前最主要的处理方式，这种方式不仅浪费土地，并且含有重金属的渗滤液渗漏也会造成土壤和水体污染，其次无法回收其中的残碳，所以经济性和环保性极差。气化细渣的经济环保高效处理是煤气化企业需要解决的重要课题。

目前常用的气化细渣处理技术有浮选分离技术、与煤掺烧、用于土壤改良、合成及制备材料，以及水处理工艺等。与煤掺烧可以利用气化细渣中残碳的热量，实现灰渣减容、降低灰渣处理成本，并且掺烧后的灰渣符合国家行业标准，可以直接用作建筑、道路材料。但现有燃烧设备掺烧技术的经济效益核算因标准不统一、气化细渣特性(如碳的质量分数等)不一致等方面的影响，其经济效益核算的准确性有待进一步核实。将气化细渣用于土壤改良的应用包括：作为土壤调节剂、生产硅肥原料、制备种植砂等。气化细渣具有硅铝含量高、比表面积大、孔隙结构发达等特点，针对我国较大面积的盐碱地、沙化土地，经过试验验证或实际种植，均达到了较理想的改良效果，为气化细渣资源化应用于农业生产领域提供了技术指导。但煤气化细渣中含有有毒的重金属元素，用于农用地不可避免会引发质疑，作为土壤改良剂之前需要通过某种方式进行处理去除重金属元素。依据气化细渣具有硅铝含量高等特性，参考借鉴气化粗渣、粉煤灰等固废合成及制备材料的方式应用于气化细渣的消纳利用、高附加值转化技术。目前研究前沿主要在碳、铝、硅基吸附材料制备等方面，虽然经济效益相对显著，但均处于实验室研究或扩试试验阶段，无法实现规模化利用。此外，将气化细渣活化、改性处理获得的水处理材料，可以用于替代价格较高的脱水剂和吸附剂。相关利用技术在试验中达到了预期效果，但此类生产技术相对复杂、缺乏实际工程经验、工业化生产过程中投资风险高，将其投入工业生产应用还需结合生产实际情况进一步优化设计，以实现应用于于工业生产。

现阶段，最有潜力的资源化方式是通过分选将气化细渣彻底的转化为碳粉和无机矿物。浮选脱碳得到的碳粉(精煤)可直接用作高热值燃料，相比于直接掺烧气化细渣的方式提高了气化细渣的掺烧比例；得到的无机矿物可以用于建材、道路桥梁工程，或制备复合材料、水处理材料等高附加值材料，从而实现气化细渣的分级高值化利用。但是解决煤气化细渣在浮选过程中吸药量大以及分选不彻底的问题依然是目前研究的重难点。

中煤是煤炭分选加工过程中回收精煤和排除矸石以后的中间产物，其基本特点是灰分高、非可燃体相对于原煤来说含量高，但其中也含有一定量的可燃体。其所含矿物质以细粒分散状与有机组分紧密共生，使其难以有效被分选。曾凡桂等学者对淮南潘集矿中煤的煤岩组成及特征进行了分析，发现中煤显微组成中，镜质组及壳质组含量比原煤少，惰质组比原煤多，矿物质则大幅度增加，矿物质主要为黄铁矿及黏土矿物，并以细粒分散分布为主。全国每年约有8000万t炼焦煤的中煤直接作为动力煤销售，造成主焦煤资源的损失和稀缺煤炭资源的浪费。因此，研究从中煤中最大限度地回收精煤产品，是当前的一项重要技术课题。

采用分选的手段处理中煤从而得到燃烧值高的精煤以及无机矿物，不仅可为企业创造巨大的经济效益，而且对充分利用保护稀缺煤炭资源，保证国家能源安全和提高社会效益具有重大意义。近年来，中煤再选研究在我国得到了广泛的关注。从中煤中进一步再选出精煤，主要是通过破碎或磨矿使中煤的煤与非煤物质充分解离，进而通过浮选实现对精煤的回收。只有通过破碎或磨矿处理，才能使中煤中的有机物质解离出来。磨矿粒度越细，理论精煤产率越高，解离的煤岩组分越多。但深度磨矿不仅会消耗巨大电能，而且还会给后续脱水工艺带来很大不便。可见中煤分选的关键点在于磨矿方式的优化。

如果能够采用煤气化细渣与中煤的协同磨矿的技术手段，利用磨矿过程中的静电吸附以及载体效应，使得煤气化细渣的内部孔隙得到了细粒中煤的填充，降低煤气化细渣孔隙率与比表面积，即将双方的缺点转化为优势，弱化细渣吸药量大的特性，提高细渣浮选性能，进行彻底的分选，得到高燃烧值的精碳产品和无机矿物用于建材，那么将同时解决气化细渣和中煤脱灰提质两大工业难点。

发明内容

针对煤气化细渣或中煤的浮选回收效果不理想的问题，本发明第一目的在于，提供一种煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，旨在实现煤气化细渣和中煤的联合处理，改善联合回收效果。

本发明第二目的在于，提供煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，记载基于所述的联合磨矿解离，改善联合浮选回收效果。

一种煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，将包含煤气化细渣和中煤的混合料进行液相磨矿解离处理，得到联合解离矿浆；

其中，煤气化细渣在0.05～0.2mm之间的质量占比为70％以上；

所述的中煤的粒径(指液相磨矿解离起始的中煤粒径)在1.5～2mm占比90％以上；

混合料中，中煤占比为2wt％～70wt％；

联合解离矿浆中，-0.075mm颗粒所占比例不小于(大于或等于)70％。

本发明研究发现，创新地将煤气化细渣-中煤联合磨矿解离处理，进一步结合煤气化细渣-中煤的粒径、掺入量以及磨矿粒度的联合控制，能够实现协同，能够基于物理化学作用、吸附作用、表面罩盖等作用降低煤气化细渣孔隙率与比表面积，改善浮选药剂对煤和灰分的分选选择性，改善联合回收的煤的回收率，降低精煤的灰分含量。

本发明中，所述的液相磨矿的溶剂为水。

优选地，混合料的质量浓度(混合料/(混合料+溶剂)的重量百分比)为20％～70％，优选40％～55％。

所述的煤气化细渣的灰分以及热值没有特别的要求，例如，其灰分的含量例如为35～75％，优选为35～50％，热值为5～11MJ/kg，优选为9～11MJ/kg。

作为优选，煤气化细渣在0.05～0.2mm之间的质量占比为70～80％，进一步优选为70～75％。

本发明中，所述的中煤是煤炭分选加工过程中回收精煤和排除矸石以后的中间产物，其可以基于现有的手段进行破碎而得到所需要的粒径范围的中煤。

所述的中煤的灰分以及热值没有特别的要求，例如，其灰分的含量为35～55％，优先为35～45％，热值为10～16MJ/kg，优选为14～16MJ/kg。

作为优选，所述的中煤的粒径在1.5～2mm占比90～95％。

本发明中，所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿以及参数的联合控制是协同改善联合处理效果，改善煤和灰分浮选分选选择性的关键。

本发明中，混合料中，中煤占比为5wt％～30wt％；优选为10～30wt％；进一步优选为20～30wt％。

本发明中，联合解离矿浆中，-0.075mm颗粒所占比例70～95％，进一步优选为85％～95％。

本发明优选的方案，液相磨矿解离处理体系中添加有pH调节剂。本发明中，在所述的煤气化细渣-中煤联合以及参数控制下，进一步配合pH调节剂的使用，可进一步提升物理和化学的联合处理效果，有助于进一步改善后续浮选效果。

优选地，所述的pH值调整剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙中的一种。

作为优选，pH值调整剂的用量为100g/t～10000g/t，优选1000g/t～5000g/t。

本发明还提供了一种煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，采用本发明所述的方法对煤气化细渣-中煤进行联合磨矿解离，得到联合解离矿浆；

将所述的联合解离矿浆和浮选药剂混合，进行浮选处理，获得煤精矿以及富集有灰分的浮选渣。

本发明中，得益于所述的联合磨矿解离工艺，能够有效改善表面活性，利于改善煤和灰分的分选选择性。

本发明中，对浮选的要求和方法没有特别要求。

例如，所述的浮选药剂中包含抑制剂、捕收剂和起泡剂。

本发明中，对抑制剂的类型以及用量没有特别要求，考虑到药剂的来源以及处理效果和经济性，所述的抑制剂为羧甲基纤维素(CMC)；

优选地，抑制剂用量为500g/t～10000g/t，优选1000g/t～3000g/t；

本发明中，对捕收剂的类型以及用量没有特别要求，考虑到药剂的来源以及处理效果和经济性，优选地，所述的捕收剂为煤油；

优选地，所述的捕收剂用量为1000g/t～15000g/t，优选3000g/t～6000g/t；

本发明中，对起泡剂的类型以及用量没有特别要求，考虑到药剂的来源以及处理效果和经济性，优选地，所述的起泡剂为仲辛醇；

优选地，起泡剂用量为500g/t～12000g/t，优选1000g/t～5000g/t；

本发明中，对浮选的机制没有特别要求，例如，所述的浮选过程中的多级浮选流程，粗选作业为1次；扫选作业为1～3次，优选2次；精选作业为1～5次，优选3～4次。

本发明一种更具体的实施方案，步骤包括：

第一步：细碎

将选煤厂的洗中煤用破碎机进行细碎得到所述要求的中煤；

第二步：煤气化细渣与中煤掺混磨矿

将煤气化细渣与第一步的中煤按一定比例均匀掺混加入磨机中，加水控制一定矿浆浓度后进行磨矿解离；煤气化细渣与中煤掺混中，中煤占比为2％～70％(质量比)，优选5％～30％(质量比)。煤气化细渣与中煤掺混磨矿过程中，矿浆浓度[矿物质量/(矿物质量+水)]为20％～70％，优选40％～55％。煤气化细渣与中煤掺混磨矿过程中，为达到一定的解离效果，磨矿细度(矿浆中-0.075mm颗粒所占比例)不小于70％，优选85％～95％。

第三步：浮选

将第二步得到的矿浆加入到浮选机中，加入pH值调整剂(可在磨矿阶段添加)、抑制剂、捕收剂、起泡剂等选矿药剂进行搅拌、矿化后，进行多级浮选，得到灰分<10％的精碳产品以及灰分>90％的微碳尾泥。尾矿脱水后可以用于制备免烧砖等建材。浮选过程中加入的pH值调整剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙中的一种，用量[药剂质量/(煤气化细渣+中煤)]为100g/t～10000g/t，优选1000g/t～5000g/t。浮选过程中加入的抑制剂为羧甲基纤维素(CMC)中的至少一种，抑制剂用量为500g/t～10000g/t，优选1000g/t～3000g/t。浮选过程中加入的捕收剂为煤油，捕收剂用量为1000g/t～15000g/t，优选3000g/t～6000g/t。浮选过程中加入的起泡剂为仲辛醇，起泡剂用量为500g/t～12000g/t，优选1000g/t～5000g/t。浮选过程中的多级浮选流程，粗选作业为1次；扫选作业为1～3次，优选2次；精选作业为1～5次，优选3～4次。

有益效果

本发明采用煤气化细渣与中煤的协同磨矿的技术手段，使得煤气化细渣的内部孔隙得到了中煤的填充，提高了细渣浮选性能，从而降低浮选药剂的投入量，得到灰分<10％的精碳产品，得到的微碳尾渣脱水后可以用于制备免烧砖等建材。实现了煤气化细渣的高值化利用。

附图说明

图1是实施例1的浮选流程示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例以山西大同的灰分含量为36.07％、热值为10.68MJ/kg的煤气化细渣(在0.05～0.2mm之间的质量占比为70-75％)和陕西榆林的灰分为37.89％、热值为15.07MJ/kg的中煤为原料，其中中煤掺混占比(中煤/(中煤+煤气化细渣)的百分比)为20％，具体步骤如下：

首先，将中煤用破碎机进行细碎，粒级1.5～2mm占比90-95％。

其次，将气化细渣与破碎后的中煤掺混后加入磨机中，加水控制矿浆浓度为40％，再加入pH调整剂氢氧化钙2000g/t，磨矿时间为12min，该经过磨矿解离后得到的矿浆(联合解离矿浆)细度为-0.075mm占90％。

最后，将所得矿浆按“一粗-二扫-三精”流程(附图1所示)进行闭路浮选。

具体的，抑制剂羧甲基纤维素用量为1800g/t；煤油作浮选捕收剂，用量为5000g/t；起泡剂选用仲辛醇，用量为2000g/t。试验结果为：

实施例2

和实施例1相比，区别仅在于，中煤掺混占比分别为2％、5％、10％、30％、40％、50％、60％、70％。试验结果为：

实施例3

和实施例1相比，区别仅在于，本实施例以陕西榆林的灰分含量为45.95％、热值为9.08MJ/kg的煤气化细渣(在0.05～0.2mm之间的质量占比约为70-75％)和山西吕梁的灰分为40.78％、热值为13.78MJ/kg的中煤(细碎粒级((也即是用于联合磨矿解离的起始中煤尺寸))1.5～2mm占比90-95％)为原料。试验结果为：

实施例4

和实施例1相比，区别仅在于，调整联合解离矿浆的要求，分别为：(A)，-0.075mm颗粒所占比例为70％。(B)，-0.075mm颗粒所占比例为85％。试验结果为：

实施例5

和实施例1相比，区别仅在于，pH调整剂及其用量为：组别(一)：氢氧化钠，100g/t；组别(二)：碳酸钠，1000g/t；组别(三)：氢氧化钙，5000g/t；试验结果为：

实施例6

和实施例1相比，区别仅在于，浮选捕收剂用量为：组别(一)：1000g/t；组别(二)：3000g/t；组别(三)：6000g/t；试验结果为：

实施例7

和实施例1相比，区别仅在于，浮选抑制剂用量为：组别(一)：1000g/t；组别(二)：3000g/t；组别(三)：10000g/t。试验结果为：

对比例1

和实施例1相比，区别仅在于，中煤掺混占比为：组别(一)：0％；组别(二)：100％；试验结果为：

对比例2

和实施例1相比，区别仅在于，联合解离矿浆中，-0.075mm颗粒所占比例为：50％；试验结果为：

Claims

1.一种煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，将包含煤气化细渣和中煤的混合料进行液相磨矿解离处理，得到联合解离矿浆；

其中，煤气化细渣在0.05~0.2mm 之间的质量占比为70%以上；

所述的中煤是煤炭分选加工过程中回收精煤和排除矸石以后的中间产物，其粒径在1.5～2mm占比90%以上；

混合料中，中煤占比为2wt%～70wt%；

联合解离矿浆中，-0.075mm颗粒所占比例不小于70%。

2.如权利要求1所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，所述的液相磨矿的溶剂为水。

3.如权利要求1所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，联合解离矿浆中，混合料的质量浓度为20%~70%。

4.如权利要求3所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，联合解离矿浆中，混合料的质量浓度为40%~55%。

5.如权利要求1所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，混合料中，中煤占比为5wt%～30wt%。

6.如权利要求5所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，混合料中，中煤占比为10~30wt%。

7.如权利要求5所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，混合料中，中煤占比为20~30wt%。

8.如权利要求1所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，联合解离矿浆中，-0.075mm颗粒所占比例为70~95%。

9.如权利要求8所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，联合解离矿浆中，-0.075mm颗粒所占比例为85%~95%。

10.如权利要求1~9任一项所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，液相磨矿解离处理体系中添加有pH调节剂。

11.如权利要求10所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，所述的pH调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙中的一种。

12.如权利要求10所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，pH调节剂的用量为100g/t~10000 g/t。

13.如权利要求12所述的煤气化细渣-中煤联合磨矿解离方法，其特征在于，pH调节剂的用量为1000 g/t ~5000 g/t。

14.一种煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于，采用权利要求1~13任一项所述的方法对煤气化细渣-中煤进行联合磨矿解离，得到联合解离矿浆；

15.如权利要求14所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于，浮选药剂中包含抑制剂、捕收剂和起泡剂。

16.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：所述的抑制剂为羧甲基纤维素。

17.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：抑制剂用量为500 g/t ~10000 g/t。

18.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：抑制剂用量为1000 g/t ~3000 g/t。

19.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：所述的捕收剂为煤油。

20.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：所述的捕收剂用量为1000 g/t ~15000 g/t。

21.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：所述的捕收剂用量为3000 g/t ~6000 g/t。

22.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：所述的起泡剂为仲辛醇。

23.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：起泡剂用量为500 g/t ~12000 g/t。

24.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：起泡剂用量为1000 g/t ~5000 g/t。

25.根据权利要求15所述的煤气化细渣-中煤联合浮选回收方法，其特征在于：浮选过程中的多级浮选流程，粗选作业为1次；扫选作业为1~3次；精选作业为1~5次。