CN103638744B

CN103638744B - 一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法

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Publication number: CN103638744B
Application number: CN201310616461.7A
Authority: CN
Inventors: 王思凯; 李会泉; 李勇辉; 王军喜; 李少鹏; 李泽锋; 贺实月; 马艳丽; 蒋海军
Original assignee: Ordos Dongyuan Coal Aluminum Technology Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Ordos Dongyuan Coal Aluminum Technology Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103638744A

Abstract

本发明涉及一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法。所述方法在酸性粉煤灰料浆过滤过程中，采用添加助滤剂、絮凝剂或表面活性剂，或2种以上的混合物以提高料浆的过滤性能，实现粉煤灰料浆的有效分离。本发明方法所采用的助滤剂或助剂种类多，易得，易降解（或分解），且不会造成粉煤灰溶出/浸出元素（铝、铁等）的流失，也不会引入其他杂质元素，能最大限度地保存原始料浆的化学组成稳定不变，使用方便，效果好，稳定可靠，可以实现工业化推广应用。

Description

一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法

技术领域

本发明涉及粉煤灰资源化利用领域，尤其是粉煤灰酸法化学除铁、粉煤灰酸化学活化脱硅、粉煤灰酸法提取氧化铝等领域，具体涉及一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法。

背景技术

煤炭作为最常见的化石燃料，在我国能源结构中一直占据最重要的地位。近年来，随着我国经济的高速发展，能源消耗量尤其是煤炭消耗量逐年增加，作为燃煤固体废弃物的粉煤灰的排放量也逐年增加。目前，粉煤灰已经成为中国工业固体废物的最大单一污染源，且粉煤灰对环境及人体的危害严重，主要体现在空气污染、水污染、土壤污染、人体健康危害、地质灾害等方面。因此，粉煤灰的污染环境防治、处理与利用势在必行。经过多年探索与研究，国内外科研工作者开发了从粉煤灰中分离提取氧化铝、二氧化硅、镓、锗、炭粒、磁珠等资源高值化利用技术与工艺。

但是，在粉煤灰资源化利用过程中，尤其是粉煤灰酸法化学除铁、粉煤灰酸化学活化脱硅、粉煤灰酸法提取氧化铝等过程中，粉煤灰料浆的过滤性能较差，严重影响生产装置正常运行，成为粉煤灰资源化利用亟待解决的难题之一。

目前，提高过滤性能的方法已经有不少研究。

如CN102489244A公开了一种过滤铝酸盐溶液的助滤剂及其使用方法。涉及一种使用粉煤灰及粉煤灰渣作为助滤剂过滤铝酸盐溶液的方法。其特征在于该助滤剂为热电厂的粉煤灰及粉煤灰渣。利用粉煤灰及粉煤灰渣的不同粒度及其多孔的特性，对悬浮在液体中的固体杂质微粒具有吸附及截留的作用，从而达到液固分离的目的。使用粉煤灰及粉煤灰渣作为助滤剂在叶滤过程中既不会造成铝元素的流失，也不会引入其他的杂质元素，能最大限度保持原始溶液的化学组成稳定不变，易于在工业上推广应用。铝酸盐溶液过滤过程中采用粉煤灰及粉煤灰渣作为助滤剂，取得了明显效果。

CN103157437A公开了一种助滤剂，包含粉煤灰或炉渣，预处理所述粉煤灰或炉渣，所述预处理包含：将所述粉煤灰或炉渣进行酸洗或碱洗，同时控制酸碱质量百分比浓度0.1％～0.8％；或者添加石灰，同时控制所述石灰添加量为所述粉煤灰或炉渣重量的0.1％～0.5％；或者添加盐或碱，所述盐或碱的添加量为所述粉煤灰或炉渣质量的0.05～1％；或者添加盐，所述盐的添加量为所述粉煤灰或者炉渣质量的1％～10％，在密封条件下将添加了所述盐的粉煤灰或炉渣于90～200℃蒸煮1～5h，其中，所述盐加热能够产生气体。

但是，如何提高粉煤灰的过滤性能的研究还没有。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法。在酸性粉煤灰料浆中加入助滤剂、絮凝剂或表面活性剂，或2种以上的混合物，以提高料浆的过滤性能，实现粉煤灰料浆的有效分离。本发明使用的助剂或助滤剂种类多，易得，易降解（或分解）；且不会造成粉煤灰溶出/浸出元素（铝、铁等）的流失，也不会引入其他杂质元素，能最大限度地保存原始料浆的化学组成稳定不变，使用方便，效果好，稳定可靠，可以实现工业化推广应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法，在酸性粉煤灰料浆中加入助滤剂、絮凝剂或表面活性剂，或2种以上的混合物。即，可以只加入助滤剂或只加入絮凝剂或只加入表面活性剂达到提高过滤性能的效果，也可以同时加入助滤剂和絮凝剂，或助滤剂和表面活性剂，或絮凝剂和表面活性剂，或助滤剂、絮凝剂和表面活性剂达到提高过滤性能的效果。酸性粉煤灰料浆中加入助滤剂、絮凝剂或表面活性剂，或两种以上的混合物可显著的缩短过滤时间，极大的提高了粉煤灰料浆的过滤效率。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的酸性粉煤灰料浆为粉煤灰酸法化学除铁、粉煤灰酸化学活化脱硅或粉煤灰酸法提取氧化铝过程中产生的料浆。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的助滤剂为石灰、灰渣、高岭石、活性炭、珍珠岩、石膏、白土、锯屑、纤维素中的1种或2种以上的混合物。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、生物絮凝剂、氯化钙中的1种或2种以上的混合物。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、甜菜碱、苯扎氯铵、苯扎溴铵、聚乙二醇、吐温中的1种或2种以上的混合物。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的助滤剂提前配制成0.1wt%～10wt%，例如为0.5wt%、1.2wt%、1.8wt%、2.3wt%、3.0wt%、5.0wt%、7.0wt%、9.0wt%、9.5wt%等悬浮液，过滤，在过滤介质上形成预涂层，然后再过滤酸性粉煤灰料浆。此种过滤方法的效果尤为明显，过滤时间缩短的很显著。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，在酸性粉煤灰料浆中加入滤饼干基的0.1wt%～5wt%，例如为0.5wt%、1.2wt%、1.8wt%、2.3wt%、3.0wt%、3.5wt%、4.3wt%、4.9wt%等的助滤剂、絮凝剂或表面活性剂，或2种以上的混合物，混合均匀后进行粉煤灰料浆过滤。

混合或预涂是添加助滤剂两种主要的操作方法，其中，与料浆混合有助于助滤剂、絮凝剂或表面活性剂均匀分散于料浆，有助于过滤，但添加量偏多；预涂有助于形成底滤饼层，增强过滤，且助滤剂用量较少。

优选地，所述絮凝剂或表面活性剂先在40～60℃，例如为43℃、47℃、50℃、54℃、58℃等下配置成0.5～3g·L^－1，例如为0.8g·L^－1、1.1g·L^－1、1.5g·L^－1、1.9g·L^－1、2.3g·L^－1、2.6g·L^－1、2.9g·L^－1等的水溶液。

优选地，当加入的为助滤剂和絮凝剂或助滤剂和表面活性剂时，先将助滤剂和酸性粉煤灰料浆混合，然后再加入絮凝剂或表面活性剂过滤；优选在助滤剂和酸性粉煤灰料浆混合前，先使用助滤剂在过滤介质上形成预涂层。先形成预涂层，然后再加入絮凝剂或表面活性剂过滤，既可以增强过滤性能，同时还可减少絮凝剂或表面活性剂的用量。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，酸性粉煤灰料浆中加入滤饼干基的0.1wt%～5wt%，例如为0.5wt%、1.2wt%、1.8wt%、2.3wt%、3.0wt%、3.5wt%、4.3wt%、4.9wt%等的灰渣，混合均匀后进行粉煤灰料浆过滤。

本发明中的滤饼干基是指无水物料，本发明中是指酸性粉煤灰料浆过滤后的滤饼干燥至恒重后，即扣除湿物料中的水分为基准。

在酸性粉煤灰料浆中加入絮凝剂或表面活性剂和/或助滤剂可有效提高其过滤性能，具体表现为在恒定条件下，可大大减小滤饼比阻，缩短过滤时间，提高过滤效率。聚丙烯酰胺尤其是选用改良聚丙烯酰胺（阳离子，分子量约50～100万）作为絮凝剂时，过滤时间可缩短至未添加任何助剂时酸性粉煤灰料浆过滤时间的5%～7%。

本发明的方法所采用的助滤剂、絮凝剂或表面活性剂种类多，易得，易降解（或分解），且不会造成粉煤灰溶出/浸出元素（铝、铁等）的流失，也不会引入其他杂质元素，能最大限度地保存原始料浆的化学组成稳定不变，使用方便，效果好，稳定可靠，可以实现工业化推广应用。

附图说明

图1为使用助滤剂与粉煤灰直接混合的工艺流程图；

图2为使用助滤剂形成预涂层的工艺流程图；

图3为本发明的实施例5的工艺流程图；

图4为本发明的实施例1-4的工艺流程图；

图5为先使用助滤剂形成预涂层，然后使用絮凝剂和/或表面活性剂和粉煤灰混合过滤的工艺流程图；

图6为本发明的实施例6的工艺流程图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

实施例1

以粉煤灰10%盐酸化学除铁的料浆为例，聚丙烯酰胺（改良，阳离子，分子量约50～100万）为絮凝剂，提前配制100mL1g·L^－1聚丙烯酰胺溶液，移取2.0mL，与300mL粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌10s，在过滤介质为丙纶（聚丙烯，PP）耐酸滤布、尺寸为Φ100mm、真空度为0.07MPa、温度为75～80℃的条件下过滤，有效过滤时间由不添加助剂的19min46s缩短至1min3s，滤饼的含水率由不添加助剂的61.3%减少至44.3%，滤液的化学组成稳定不变。

实施例2

以粉煤灰15%盐酸化学活化的料浆为例，聚丙烯酰胺（改良，阳离子，分子量约50～100万）为絮凝剂，提前配制100mLg·L^－1聚丙烯酰胺溶液，移取2.0mL，与300mL粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌10s，在过滤介质为丙纶（聚丙烯，PP）耐酸滤布、尺寸为Φ100mm、真空度为0.07MPa、温度为55～60℃的条件下过滤，有效过滤时间由不添加絮凝剂的17min8s缩短至1min18s，滤饼的含水率由不添加絮凝剂的60.2%减少至43.8%，滤液的化学组成稳定不变。

其中的聚丙烯酰胺改良主要是通过温度或pH值调节、分散机、添加CO₂或聚乙二醇等方式改变聚丙烯酰胺的分子量及理化性能。

实施例3

以粉煤灰7%硫酸化学活化的料浆为例，聚乙二醇4000为表面活性剂，提前配制100mL2g·L^－1聚乙二醇溶液，移取5.0mL，与300mL粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌10s，在过滤介质为丙纶（聚丙烯，PP）耐酸滤布、尺寸为Φ100mm、真空度为0.07MPa、温度为55～60℃的条件下过滤，有效过滤时间由不添加助剂的13min28s缩短至56s，滤饼的含水率由不添加助剂的55.6%减少至39.8%，滤液的化学组成稳定不变。

实施例4

以粉煤灰50%硫酸提取氧化铝的料浆为例，聚丙烯酰胺（市售，阳离子，分子量约300～500万）为絮凝剂，提前配制100mL0.1%聚丙烯酰胺溶液，移取2.0mL，与300mL粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌20s，在过滤介质为丙纶（聚丙烯，PP）耐酸滤布、尺寸为Φ100mm、真空度为0.07MPa、温度为95～110℃的条件下过滤，有效过滤时间由不添加助剂的32min缩短至2min56s，滤饼的含水率由不添加助剂的66.3%减少至47.6%，滤液的化学组成稳定不变。

实施例5

以粉煤灰50%硫酸提取氧化铝的料浆为例，灰渣（锅炉煤渣，化学成分为SiO₂=30%～45％、Al₂O₃=30%～45％、Fe₂O₃=2%～5％、TiO₂=2%～5％、CaO=2%～5％、MgO=1%～3％、未然碳C=2%～10%等）为助滤剂，提前配制300mL1%灰渣悬浮液，过滤，在过滤介质上形成预涂层；移取10mL灰渣悬浮液，与300mL粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌2min，在过滤介质为丙纶（聚丙烯，PP）耐酸滤布、尺寸为Φ100mm、真空度为0.07MPa、温度为95～110℃的条件下过滤，有效过滤时间由不添加助滤剂的32min缩短至15min35s，滤饼的含水率由不添加助滤剂的66.3%减少至50.2%，滤液的化学组成稳定不变。

实施例6

以粉煤灰50%硫酸提取氧化铝的料浆为例，灰渣（锅炉煤渣，化学成分为SiO₂=30%～45％、Al₂O₃=30%～45％、Fe₂O₃=2%～5％、TiO₂=2%～5％、CaO=2%～5％、MgO=1%～3％、未然碳C=2%～10%等）为助滤剂，提前配制300mL1%灰渣悬浮液，过滤，在过滤介质上形成预涂层；聚丙烯酰胺（市售，阳离子，分子量约300～500万）为絮凝剂，提前配制100mL0.1%聚丙烯酰胺溶液；先移取10mL灰渣悬浮液，与300mL粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌2min；再移取2.0mL聚丙烯酰胺溶液，与粉煤灰料浆混合，在转速300r·min^-1下搅拌20s，在过滤介质为丙纶（聚丙烯，PP）耐酸滤布、尺寸为Φ100mm、真空度为0.07MPa、温度为95～110℃的条件下过滤，有效过滤时间由不添加助剂或助滤剂的32min缩短至2min35s，滤饼的含水率由不添加助剂或助滤剂的66.3%减少至45.1%，滤液的化学组成稳定不变。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种提高酸性粉煤灰料浆过滤性能的方法，其特征在于，助滤剂提前配制成0.1wt％～10wt％悬浮液，过滤，在过滤介质上形成预涂层，然后再过滤酸性粉煤灰料浆；或

在酸性粉煤灰料浆中加入滤饼干基的0.1wt％～5wt％的助滤剂、絮凝剂或表面活性剂，或2种以上的混合物，混合均匀后进行粉煤灰料浆过滤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酸性粉煤灰料浆为粉煤灰酸法化学除铁、粉煤灰酸化学活化脱硅或粉煤灰酸法提取氧化铝过程中产生的料浆。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的助滤剂为石灰、灰渣、高岭石、活性炭、珍珠岩、石膏、白土、锯屑、纤维素中的1种或2种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、生物絮凝剂、氯化钙中的1种或2种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、甜菜碱、苯扎氯铵、苯扎溴铵、聚乙二醇、吐温中的1种或2种以上的混合物。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂或表面活性剂先在40～60℃下配置成0.5～3g·L^－1的水溶液。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当加入的为助滤剂和絮凝剂或助滤剂和表面活性剂时，先将助滤剂和酸性粉煤灰料浆混合，然后再加入絮凝剂或表面活性剂过滤。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在助滤剂和酸性粉煤灰料浆混合前，先使用助滤剂在过滤介质上形成预涂层。

9.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在酸性粉煤灰料浆中加入滤饼干基的0.1wt％～5wt％的灰渣，混合均匀后进行粉煤灰料浆过滤。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在酸性粉煤灰料浆中加入滤饼干基的0.1wt％～5wt％的灰渣，混合均匀后进行粉煤灰料浆过滤。