粉煤灰/气化炉渣未燃炭表面疏水性改善研究

作     者：胡志伟 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏文成

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：粉煤灰 气化炉渣 复配药剂 孔隙充填 浮选 

摘      要：粉煤灰和气化炉渣都是工业固体废弃物,其排放量也在逐年上升。大量的粉煤灰、气化炉渣被废弃堆放,不仅对生态环境造成污染和破坏,同时也是一种资源浪费。现在国内外学者越来越重视粉煤灰和气化炉渣在资源循环领域的利用,如建筑建材、环境保护、新型农业等。然而,粉煤灰和气化炉渣里残余的未燃炭严重影响了粉煤灰和气化炉渣的利用,同时也造成未燃炭无法被回收利用,导致能源资源损失。因此,如何实现粉煤灰高效脱炭和气化炉渣中未燃炭的回收,对实现废弃资源的循环清洁利用至关重要。本论文选取的粉煤灰样品取自湖南冷水江金竹山某电厂未处理且长期露天堆放的老灰,烧失量大约27%,严重影响了该粉煤灰的利用。在对其进行工业分析、元素分析、粒度组成、密度组成、矿物成分及表面物化性质测定的基础上,分别采用常规药剂和复配药剂改善其未燃炭表面疏水性,进行浮选脱炭。通过从粉煤灰中精准提取出未燃炭颗粒,并对未燃炭表面物理化学性质进行测试表征,对比常规药剂和复配药剂作用前后未燃炭表面性质变化情况,结合泡沫层性质分析、诱导时间测定等,综合阐述了复配药剂改善未燃炭表面疏水性的机理。研究结果表明:复配药剂作用过的未燃炭接触角为55°,显著高于柴油作用过的未燃炭接触角（42°）;复配药剂中的含氧官能团较多,可与未燃炭表面的极性官能团通过氢键结合,使疏水端暴露在外,增强了未燃炭颗粒的表面疏水性;相比柴油,复配药剂有利于产生更为稳定的泡沫层,并且显著加快了未燃炭颗粒与气泡粘附时的水化膜薄化-破裂速率,从而有利于未燃炭的浮选。本论文选取的气化炉渣样品取自同煤集团壳牌气化炉粗合成气中夹带的飞灰。样品的烧失量比较高,约为63%,其含有大量未燃炭颗粒,因此急需回收其中的未燃炭作为燃料再次使用。由于气化炉渣未燃炭的多孔结构,加之孔隙在浮选矿浆中被水充填,致使未燃炭表面与气泡的有效固体黏附面积小,从而导致未燃炭浮选回收率低。本论文创新性地制备出炭黑-烃类油混合药剂作为气化炉渣未燃炭的浮选捕收剂,通过炭黑颗粒充填在未燃炭的表面孔洞中,增加气泡-未燃炭颗粒黏附时的气-固接触面积,强化未燃炭的浮选回收效率。炭黑颗粒还可吸附在未燃炭颗粒表面,增加未燃炭表面的固体凸起点,提高其疏水性,加速颗粒-气泡间液膜的薄化-破裂速率,增加颗粒与气泡的粘附效率,强化气化炉渣未燃炭浮选回收。该论文有图36幅,表11个,参考文献88篇。