CN112742547A - 一种从粉煤灰中除碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种从粉煤灰中除碳的方法，其中，该方法包括以下步骤:步骤1：将粉煤灰和水混合均匀，得到固含量为10‑70重量％的浆体A；步骤2：在所述浆体A中加入研磨介质，置于搅拌湿磨机中，湿磨至粒径为6‑20μm，筛分取出所述研磨介质，得到浆体B；步骤3：将装有所述浆体B的金属容器置于电场中，使所述浆体B中的成分迅速分层；步骤4：从所述金属容器中回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层湿磨除碳后的粉煤灰。本发明的方法除碳效果好，经处理后的粉煤灰纯度高且无其他有害药剂附着，含碳量低于2％，有利于粉煤灰后续的广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于粉煤灰除碳技术领域，具体涉及一种从粉煤灰中除碳的方法。
背景技术
粉煤灰是火力发电厂中煤粉燃烧后产生的固体颗粒，我国每年因燃煤产生的粉煤灰约6亿t，占世界粉煤灰总产量的一半。粉煤灰露天堆积会造成环境污染和资源浪费，因此必须采取有效措施对其进行处理。粉煤灰处理方法一般为填埋和作为建材处理，但不能直接作为建材利用，粉煤灰中的残留碳会对建材产生不利影响，因此需对其进行除碳处理，降低碳的比例。
粉煤灰中除游离碳颗粒外，还有相当部分小粒径碳颗粒吸附在粉煤灰颗粒表面。湿磨过程中，轻微研磨剧烈搅拌，一方面大颗粒碳和粉煤灰被磨碎，粉煤灰颗粒表面的玻璃质外壳破裂，机械活化能提高，使小颗粒碳实现脱附；另一方面球状研磨介质撞击粉煤灰颗粒表面，使小颗粒碳脱落。同时湿磨后的粉煤灰和碳颗粒带相反电荷，在电场中向着不同电极移动即电泳，实现彻底分离。此外，湿磨法研磨粉煤灰能量消耗低、没有粉尘飞扬、噪音较小，无废气废水排放，而且产品细度均匀。
目前对粉煤灰进行除碳的方法主要有三种：机械过滤、二次燃烧以及药剂浮选。
如CN210701178U公开的一种粉煤灰除碳装置，通过在过滤网两端设置筛选装置进行一次除碳，而后通过过滤箱进行二次除碳。这种机械过滤的方法虽然也能除掉粉煤灰中的部分碳，但只能过滤掉大粒径碳，对粘附在粉煤灰颗粒表面上的小粒径碳没有作用，除碳效果差，而且多次过滤除碳，时间长效率低耗能大，成本较高。
如CN110762517A公开的一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，先筛选出颗粒较大的且含碳量较多的粉煤灰，再采用二次燃烧的方式降低粉煤灰含碳量。这种二次燃烧除碳的方法虽然可以去除较多大粒径碳和一些吸附在粉煤灰表面上的小粒径碳，但和一次燃烧一样仍然有燃烧不完全有部分碳颗粒残留的情况，并且燃烧脱碳设备复杂，能耗大，燃烧产物主要为二氧化碳等温室气体，直接排放污染环境。
如CN108906339A公开的一种粉煤灰的浮选脱碳方法，粉煤灰原灰加水调浆后加入浮选药剂，经过三次浮选分离碳颗粒和粉煤灰。这种药剂浮选除碳的方法，虽然除碳效果较前两种方法有所提高，但多次浮选工序多，用水量大，浮选药剂用量多，废水多且不易处理。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能耗低、成本低、效果好、操作简单、对环境友好的用湿磨粉煤灰实现快速高效除碳的方法。
本发明提供一种从粉煤灰中除碳的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将粉煤灰和水混合均匀，得到固含量为10-70重量％的浆体A；
步骤2：在所述浆体A中加入研磨介质，置于搅拌湿磨机中，湿磨至粒径为6-20μm，筛分取出所述研磨介质，得到浆体B；
步骤3：将装有所述浆体B的金属容器置于电场中，使所述浆体B中的成分迅速分层；
步骤4：从所述金属容器中回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层湿磨除碳后的粉煤灰。
进一步的，所述研磨介质优选为粒径为0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率优选为60-70体积％，球料重量比优选为1:2-1:4。
进一步的，所述搅拌湿磨机的磨机转速优选为300-400r/min。研磨时间20-60min。
进一步的，电场由常压电泳装置提供，正极板位于所述金属容器的下方，负极板位于所述金属容器的上方，电压优选为220V-500V，电场强度优选为2-10V/cm，通电时间优选为5-10min。
和现有技术相比，本发明的特点和有益效果如下：
1)本发明采用湿法研磨剥离粉煤灰表面吸附的小颗粒碳，除碳效果好，经处理后的粉煤灰纯度高且无其他有害药剂附着，含碳量低于2％，有利于粉煤灰后续的广泛应用；
2)本发明工序精简操作容易，能耗低成本小，除碳迅速效率高，适合工业化大规模生产；
3)本发明不使用化学添加剂，没有粉尘飞场，噪音较小，没有废气废水废渣产生，对环境友好，绿色环保；
4)本发明还可得到高烧失量的精碳，能进行回收利用。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
附图标记说明
1—粉煤灰颗粒，2—大碳颗粒，3—小碳颗粒，4—水，5—研磨球，6—表面电荷，7—电板负极，8—电板正极。
具体实施方式
本发明提供一种从粉煤灰中除碳的方法，其中，该方法包括以下步骤:
步骤1：将粉煤灰和水混合均匀，得到固含量为10-70重量％的浆体A；
步骤2：在所述浆体A中加入研磨介质，置于搅拌湿磨机中，湿磨至粉煤灰的粒径为6-20μm，筛分取出所述研磨介质，得到浆体B；
步骤3：将装有所述浆体B的金属容器置于电场中，使所述浆体B中的成分迅速分层；
步骤4：从所述金属容器中回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层湿磨除碳后的粉煤灰。
其中，步骤1中，由粉煤灰和水混合均匀而制得的浆体A中，固含量为10-70重量％。固含量过低，则研磨除碳效率低，不够经济实用；固含量过高，则研磨后的浆料太稠，不易分层。
在步骤2中，湿磨过程中，轻微研磨剧烈搅拌，大颗粒碳和粉煤灰被磨碎，粉煤灰颗粒表面的玻璃质外壳破裂，机械活化能提高，使小颗粒碳实现脱附。
使用研磨球研磨时，湿磨过程中，研磨球撞击粉煤灰颗粒表面，使小颗粒碳脱落。同时研磨球和水也可以撞击冲散研磨时粉末形成的小聚团，使研磨更加充分。
因此，所述研磨介质优选为粒径为0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率优选为60-70体积％，球料重量比优选为1:2-1:4。
进一步的，在步骤2中，所述搅拌湿磨机的磨机转速可以为300-400r/min，研磨时间可以为20-60min。
在步骤2中，湿磨至粉煤灰粒径为6-20μm。若粒径太小，则与小碳粒接近，两者不易分离；若粒径过大，则研磨不够，搅拌不充分，也不利于碳粒脱离。
另外，湿磨后的粉煤灰颗粒表面带负电荷，碳颗粒带正电荷。同时由于粉煤灰的比重比碳的大，在水的浮力下，碳颗粒位于上层。将湿磨筛去研磨球后的浆体置于金属容器中，下方放正极板，上方放负极板，带电颗粒将发生电泳，迅速彻底地分离。
因此，在步骤3中，优选电场由常压电泳装置提供，正极板位于所述金属容器的下方，负极板位于所述金属容器的上方，电压可以为220V～500V，电场强度可以为2～10V/cm，通电时间可以为5～10min。
在本发明中，湿磨至粉煤灰的粒径为6-20μm，取样烘干后测试烧失量，即为粉煤灰的含碳量。
通过本发明的方法得到的除碳后的粉煤灰，其含碳量低于2重量％，品质高，后续用途广泛。
实施例
下面结合具体实施例和重要对比例对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下实施例和对比例中，如无特殊说明，“％”是指“重量％”，“份”是指“重量份”。
实施例1
实施例1用于说明本发明的从粉煤灰中除碳的方法。
本实施例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取10份粉煤灰原灰加90份水，混合搅拌配制固含量为10重量％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为10μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，湿磨机的搅拌轴转速为400r/min，研磨时间为20min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层.
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压220V，电场强度5V/cm，通电时间10min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
实施例2
实施例2用于说明本发明的从粉煤灰中除碳的方法。
本实施例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰原灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50重量％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为10μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为60体积％，球料重量比为1:4，湿磨机的搅拌轴转速为300r/min，研磨时间40min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层。
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压380V，电场强度10V/cm，通电时间5min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
实施例3
实施例3用于说明本发明的从粉煤灰中除碳的方法。
本实施例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取70份粉煤灰原灰加30份水，混合搅拌配制固含量为70重量％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为10μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为65体积％，球料重量比为1:3，湿磨机的搅拌轴转速为350r/min。研磨时间60min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层.
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压500V，电场强度2V/cm，通电时间2min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
实施例4
实施例4用于说明本发明的从粉煤灰中除碳的方法。
本实施例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰原灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为6μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为60体积％，球料重量比为1:4，湿磨机的搅拌轴转速为300r/min。研磨时间50min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层.
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压380V，电场强度10V/cm，通电时间5min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
实施例5
实施例5用于说明本发明的从粉煤灰中除碳的方法。
本实施例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰原灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为20μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为60体积％，球料重量比为1:4，湿磨机的搅拌轴转速为300r/min。研磨时间30min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层.
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压380V，电场强度10V/cm，通电时间5min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
对比例1
对比例1用于与实施例2对比，说明粉煤灰湿磨后的粒径不在6-20μm的范围内时，制得的除碳后的粉煤灰的含碳量高。
本对比例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰原灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为4μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为60体积％，球料重量比为1:4，湿磨机的搅拌轴转速为300r/min。研磨时间40min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层。
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压380V，电场强度10V/cm，通电时间5min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
对比例2
对比例2用于与实施例2对比，说明粉煤灰湿磨后的粒径不在6-20μm的范围内时，制得的除碳后的粉煤灰的含碳量高。
本对比例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰原灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为22μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充体积率为60％，球料重量比为1:4，湿磨机的搅拌轴转速为300r/min，研磨时间40min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层.
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压380V，电场强度10V/cm，通电时间5min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
对比例3
对比例3用于与实施例2对比，说明湿磨中未使用研磨介质时，制得的除碳后的粉煤灰的含碳量高。
本对比例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰原灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，置于搅拌湿磨机中湿磨至粒径为10μm，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
湿磨机的搅拌轴转速为300r/min，研磨时间40min。
(3)将装有浆体B的金属容器置于电场中，使其迅速分层.
步骤(3)中采用如下电场参数：
电场由常压电泳装置提供，正极板位于下方，负极板位于上方，电压380V，电场强度10V/cm，通电时间5min。
(4)回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
对比例4
对比例4用于与实施例2对比，说明采用静置代替施加电场来分离粉煤灰和碳时，制得的除碳后的粉煤灰的含碳量高。
本对比例湿磨粉煤灰除碳的方法，依次包括以下步骤：
(1)取50份粉煤灰加50份水，混合搅拌配制固含量为50％的浆体A；
(2)取100质量份浆体A，加研磨介质，泵入湿磨机中湿磨至粒径为10μm，筛分取出研磨介质，得浆体B；
步骤(2)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充体积率为60％，球料重量比为1:4，湿磨机的搅拌轴转速为300r/min，研磨时间40min。
(3)静置浆体直至其分层；
(4)去除上层漂浮的碳颗粒和中层的水，得到下层的粉煤灰，取样烘干，采用燃烧法检测烧失量，即为含碳量。
下面是实施例1-7和对比例1-4的实验结果
从表1中可以看出，在实施例1-5中，采用本发明的从粉煤灰中除碳的方法，碳粒会最大程度与粉煤灰颗粒脱离，并在施加电场后分层更彻底，最后所得粉煤灰的含碳量低于2重量％。
粉煤灰湿磨后的粒径不在6-20μm的对比例1和2中所得的粉煤灰的含碳量分别为3.56重量％和4.83重量％，明显高于粉煤灰湿磨后的粒径在在6-20μm的范围内的实施例2中0.89重量％的含碳量。
湿磨中未使用研磨介质的对比例3所得的粉煤灰的含碳量为5.62重量％，明显高于使用了研磨介质的实施例2中0.89重量％的含碳量。
采用静置代替施加电场来分离粉煤灰和碳的对比例4所得的粉煤灰的含碳量为2.01重量％，也高于施加电场进行分离的实施例2中0.89重量％的含碳量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种从粉煤灰中除碳的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
步骤1：将粉煤灰和水混合均匀，得到固含量为10-70重量％的浆体A；
步骤2：在所述浆体A中加入研磨介质，置于搅拌湿磨机中，湿磨至粒径为6-20μm，筛分取出所述研磨介质，得到浆体B；
步骤3：将装有所述浆体B的金属容器置于电场中，使所述浆体B中的成分迅速分层；
步骤4：从所述金属容器中回收上层漂浮碳颗粒，回收中层水，得到下层湿磨除碳后的粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述研磨介质为粒径为0.5-3.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为60-70体积％，球料重量比为1:2-1:4。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述搅拌湿磨机的磨机转速为300-400r/min，研磨时间为20-60min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，所述电场由常压电泳装置提供，正极板位于所述金属容器的下方，负极板位于所述金属容器的上方。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，电压为220V-500V，电场强度为2-10V/cm，通电时间为5-10min。
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