表面改性强化微粉煤脱硫试验研究.pdf 8页

'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn#表面改性强化微粉煤脱硫试验研究11,21,21**张卫驰，陶有俊，陶东平，薛雅文（1.中国矿业大学化工学院，徐州221116；52.煤炭加工与高校清洁利用教育部重点实验室，徐州221116）摘要：为探索表面改性对旋转摩擦电选脱硫的影响，在分析了微粉煤硫分组成、表面改性对净煤和黄铁矿的摩擦荷电性质影响的基础上，研究了充电器转速、分选电压以及气流速度等关键操作参数对微粉煤旋转摩擦电选脱硫效果的影响。结果表明：随着充电器转速、分选电压的增加，精煤产率不断下降，硫分先降低后增加，分选效率先增加后降低。随着气流速度10的增加，精煤产率先降低后增加，硫分不断升高，分选效率不断降低。关键词：表面改性；微粉煤；脱硫中图分类号：TD94Enhanceddesulfurizationstudyonfinecoalbysurface15modification11,21,21ZHANGWeichi,TAOYoujun,TAODongping,XUEYawen(1.SchoolofChemicalEnginneringandTechnology,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou212116;2.KeyLaboratoryofCoalProcessingandEfficientUtilizationofMinistryofEducation,Xuzhou20221116)Abstract:Toexploresurfacemodificationonfinecoaldesulfurizationbyrotarytriboelectrostaticseparation.Thefinecoalcharacteristicsofsulfurcontentandtheeffectsofsurfacemodificationtriboelectrificationofcleancoalandpyritewereanalysed.Theinfluencesofkeyparametersincludingfrictionwheelspeed,separationvoltageandairflowvelocityonthedesulfurizationoffinecoalwere25studied.Theresultsshowedthattheconcentrateyielddecreasedconstantlywiththeincreasingofchargerspeedorseparationvoltage.Thesulfurcontentdecreasedfirstandthenincreasedwiththeincreasingofchargerspeedorseparationvoltage.Theseparationefficiencyincreasedfirstandthendecreasedwiththeincreasingofchargerspeedorseparationvoltage.Theconcentrateyielddecreasedfirstandthenincreasedwiththeincreasingofairflowvelocity.Thesulfurcontentdecreasedconstantly30withtheincreasingofairflowvelocity.Theseparationefficiencydecreasedconstantlywiththeincreasingofairflowvelocity.Keywords:Surfacemodification；Finecoal；Desulfurization0引言35我国的原煤生产已经处于世界首位，但是却有近50%的原煤是直接利用的。原煤直接利用不仅会造成煤炭资源的过度浪费，还会带来严重的环境问题，影响社会的可持续发展[1-3][4-5]。目前煤炭燃前脱硫技术包括：重选、浮选、摩擦电选、微波脱硫等技术。火电厂制粉系统的工艺特点使煤与煤中嵌布的黄铁矿发生了充分解离，摩擦电选不必另设磨矿环节，而且产品后处理省去了煤泥水处理及产品干燥，减少能耗，降低了成本，使得摩擦电选脱硫[6]40工艺在众多分选工艺中脱颖而出。粉体表面改性是指用物理、化学等方法对粉体表面进行处理，有目的地改变粉体表面的物理化学性质，如表面组成、表面电性、表面能、表面润湿性、反应特性等，以满足工业需基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20130095110010）；国家自然科学基金（51274200）作者简介：张卫驰（1993-），男，研究生，主要研究方向：细粒煤分选通信联系人：陶有俊（1964-），男，安徽滁州市人，教授，博士生导师，从事细粒煤分选和脱硫研究.E-mail:tyj0516@163.com-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn[7-9][10]求。国内外学者做了大量的研究，张宗华采用含钠、钾离子的工业碱类药剂预处理白钨矿，清水漂洗后，再分级干燥分级电选除锡，可使钨精矿的含锡量达到0.2%以下。AZoltan[11]45Juhasz利用机械力化学改性方法，将ZnO和Al2O3的混合物在高速行星球磨机中研磨4小[12]时以后，发现部分颗粒表面生成新相ZnAl2O4。SharmaR等研究发现聚苯乙烯和丙烯酸[13]聚合物粉体经等离子体处理后，荷质比分别降低了36%和55%。OwadaS利用表面活性剂和电解液对滚筒电选机入料颗粒表面改性预处理，分选试验表明改性后物料在潮湿环境下也能获得高的电选效率，并使非导体物料产生新的选择性。50通过表面改性的方法可以改变净煤和黄铁矿的表面能进而影响其摩擦荷电量，净煤颗粒和黄铁矿颗粒的电性差异扩大，在摩擦电选过程中的运动轨迹的差异变大进而提高微粉煤旋转摩擦电选的脱硫效率。1试验系统及样品1.1试验系统55旋转摩擦电选系统主要由给料装置、旋转摩擦充电装置、分选区以及产品收集装置四部分组成，其结构示意图如图1所示。主要优点：为颗粒与颗粒及颗粒与器壁提供充足的碰撞，大大提高了微粉颗粒与静电发生装置金属表面的接触机会，提高颗粒荷电效果。图1旋转摩擦电选机结构示意图60Fig.1Structuraldiagramofrotarytriboelectrostaticseparator1.2试样及性质试验煤样采自山东贫瘦煤，煤样经粉碎细磨至-0.074mm，混合均匀后得到试验所需微粉煤样。微粉煤小浮沉试验见表1，成分硫分析见表2。65-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn表1微粉煤小浮沉试验数据表Tab.1Thedataoffloatandsinktestoffinecoal浮物累计沉物累计-3密度级/g·cm产率/%灰分/%硫分/%产率/%灰分/%硫分/%产率/%灰分/%硫分/%-1.434.195.681.6834.195.681.68100.0044.563.631.4-1.58.4112.971.7942.607.121.7065.8164.764.641.5-1.63.8021.861.9246.408.331.7257.4072.355.061.6-1.84.1732.673.0950.5710.331.8353.6075.925.28+1.849.4379.575.47100.0044.563.6349.4379.575.47从微粉煤小浮沉试验结果分析可知：微粉煤试样总硫分为3.63%，属于高硫煤。随着密度级的升高，微粉煤的硫分逐渐增大，-1.6密度级微粉煤硫分变化不明显，-1.6密度级硫分70为1.72%远低于+1.6密度级的硫分5.28%；小浮沉各密度级的产率呈现出高、低密度级产率大，中间密度级产率小的规律，这也为微粉煤摩擦电选提供了有利的前提条件。表2微粉煤成分硫分析数据表Tab.2Thedataofsulfurcompositionanalysisoffinecoal名称有机硫黄铁矿硫硫酸盐硫全硫硫分/%0.992.560.083.63占全硫比例/%27.2770.522.20100.00由表2分析可知，微粉煤中硫主要以黄铁矿的形式赋存在煤中，黄铁矿硫占煤中全硫的7570.52%，但是煤中的有机硫依然很高，煤中有机硫含量为0.99%。微粉煤摩擦电选很难脱除其中的有机硫，有机硫含量较多对脱硫是很不利的，可能导致脱硫效果的不理想。2表面改性对净煤和黄铁矿摩擦荷电特征的影响2.1表面改性剂种类对净煤和黄铁矿摩擦荷电特征的影响在改性剂用量5000g/t，改性时间为30s时，不同表面改性剂对净煤和黄铁矿改性前后80介电常数和荷质比的影响情况分别如图2和图3所示。图2不同改性剂作用下煤和黄铁矿改性前后介电常数Fig.2Dielectricconstantofcoalandpyritebeforeandaftersurfacemodification-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn85图3不同改性剂作用下煤和黄铁矿改性前后荷质比Fig.3Chargetomassratioofcoalandpyritebeforeandaftersurfacemodification由图2可知，未改性时黄铁矿的介电常数达到135.88，这说明黄铁矿的导电性较强。净煤在改性前后的介电常数变化不是很大，而黄铁矿经不同改性剂改性后介电常数都有一定程度的降低。90由图3可知，未表面改性时，净煤在摩擦过程中带正电荷，而黄铁矿在摩擦过程中带负电荷，这有利于摩擦电选脱硫。未改性时黄铁矿的荷质比为-1.06nC/g，其荷质比低的原因主要是因为黄铁矿的介电常数较大，在摩擦过程中电荷的回流量大，黄铁矿在摩擦过程中的带电量较低，因此荷质比较小。净煤经过表面改性剂处理后荷质比变化较明显。其中煤油做表面改性剂时，煤的荷质比最大为9.95nC/g，黄铁矿的荷质比升高至-1.30nC/g，荷质比差值最95大为11.25nC/g，利于摩擦电选脱硫。2.2表面改性时间对净煤和黄铁矿摩擦荷电特征的影响改性剂选择煤油，改性剂用量5000g/t，不同表面改性时间对净煤和黄铁矿改性前后介电常数和荷质比的影响情况分别如图4和图5所示。100图4不同改性时间作用下煤黄铁矿改性前后介电常数Fig.4Dielectricconstantofcoalandpyritebeforeandaftersurfacemodificationwithdifferentmodificationtime-4- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图5不同改性时间作用下煤和黄铁矿改性前后荷质比Fig.5Chargetomassratioofcoalandpyritebeforeandaftersurfacemodificationwithdifferentmodificationtime105分析图4可知，表面改性时间10s时，净煤的介电常数为0.71，改性前后降低较大，而后随着改性时间的增加净煤的介电常数变化幅度不大。黄铁矿的介电常数随着表面改性时间的增加整体呈现先降低后升高的趋势，当改性时间为30s时黄铁矿的介电常数降至最低为116.29。分析图5可知净煤和黄铁矿的荷质比差值整体呈先增加后降低趋势，在10s时达到最大110为11.75nC/g，改性时间在大于10s后荷质比相对降低，原因可能是被改性颗粒在改性过程会吸收大量机械能和热能增加新生颗粒的表面自由能，为了达到能量场的稳定状态，颗粒会自发的发生团聚现象从而降低表明自由能，团聚现象也许是导致表面改性时间增加荷质比减少的主要原因。3微粉煤旋转摩擦电选脱硫试验115煤样经过煤油改性剂，改性剂用量5000g/t，改性时间10s处理后，进行旋转摩擦电选，研究了充电器转速、分选电压和气流速度3个参数对分选效果的影响，采用精煤产率、精煤硫分、分选效率作为评价指标。1−SSjj分选效率=×γ−×100%j1−SSyy3.1充电器转速120在旋转摩擦电选中，充电器转速是影响分选效果的重要因素。充电器转速的大小直接影响颗粒的荷电。分选电压为30kv，气流速度为6.0m/s，充电器转速对分选效果的影响如图6所示。-5- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn图6充电器转速对分选效果的影响125Fig.6Effectofchargerrotationspeedonseparationeffect从图6分析可知，随着充电器转速的增加，精煤产率呈现降低趋势，精煤硫分先降低后升高。在充电器转速为4000r/min时，精煤的硫分最低为2.56%，产率为29.81%，分选效率9.12%。充电器的转速越大，使得摩擦带电效应增强，将增加净煤和黄铁矿的摩擦荷电量，有利于分选。但当充电器转速过大，摩擦轮表面气流速度变大，颗粒与其摩擦碰撞几率降低，130不利于分选。3.2分选电压在摩擦电选过程中，摩擦带电颗粒要在分选室分离，电场强度的大小直接影响分选效果。充电器转速4000r/min，气流速度6m/s，分选电压对分选效果的影响如图7所示。135图7分选电压对分选效果的影响Fig.7Effectofseparationvoltageonseparationeffect从图7可知，随着分选电压的增大，精煤产率不断降低，分选效率不断升高，净煤硫分不断降低，在40kv时升高，可能由于中间空气层被击穿。在分选电压为35kv时，精煤的硫-6- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn分为2.40%，产率为28.55%，分选效率10.04%。随着分选电压的增加，分选室的电场强度140越大，黄铁矿颗粒在分选室中所受的横向电场力越强，微粉煤在摩擦电选过程中脱硫效果越明显。但分选电压不能无限制的增加，应当在不击穿分选室中间空气层的前提下，适当增加分电压。3.3气流速度气流速度对微粉煤摩擦电选效果影响的试验条件：充电器转速4000r/min,分选电压14540kv。气流速度对分选效果的影响如图8所示。图8气流速度对分选效果的影响Fig.8Effectofairflowrateonseparationeffect由图8分析可知，随着气流速度的增大，精煤产率先降低后升高，精煤硫分不断上升，150分选效率则不断下降。气流速度的大小直接影响到净煤颗粒和黄铁矿颗粒在分选室中的停留时间，气流速度过低输送将受到影响，气流速度过高时，会导致颗粒在分选室中的停留时间过短，微粉煤还没有被完全分选已经落到分矿板内，这将会影响分选效果，因此随着气流速度的增加，微粉煤摩擦电选的分选效率在逐渐降低。气流速度为3.0m/s左右时，微粉煤的分选效率最大，微粉煤摩擦电选效果最好。1553.4微粉煤改性前后旋转摩擦电选试验试验条件：充电器转速4000r/min，分选电压35kv，气流速度为3m/s，试验结果如表所示。表3微粉煤改性前后旋转摩擦电选试验Tab.3Rotarytriboelectrificationseparationoffinecoalbeforeandaftersurfacemodification精煤尾煤煤样分选效率/%产率/%硫分/%产率/%硫分/%未改性煤样30.202.8369.803.986.91经过改性处理煤样29.702.3370.304.1811.04160分析表3可知，微粉煤经过旋转摩擦电选之后，硫分都有一定程度的降低，其中未改性-7- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn的煤样经摩擦电选后硫分由原煤的3.63降到2.83，硫分降低了0.8，经过改性后的煤样经摩擦电选后硫分由原煤的3.63降到2.33，硫分降低了1.30，改性后的微粉煤样的分选效率较未改性的煤样提高了4.13%，分选效果有一定程度的提高。4结论1651)经过表面改性之后，一定程度的增加了净煤的介电常数，降低了黄铁矿的介电常数，黄铁矿的荷质比都有一定程度的增加，其中煤油做改性剂时，净煤和黄铁矿的荷质比差值最大为11.25nC/g。随着改性时间的增加荷质比差值整体呈先增加后降低趋势，存在最佳改性时间，改性时间的增加会产生团聚现象，导致颗粒荷质比的减少。2)充电器转速对旋转摩擦电选分选效果有显著影响，通过试验结果可以看出，随着充170电器转速的增加，分选效率先增加后降低，存在最佳转速点。3)分选电压的增加提高了旋转摩擦电选脱硫效果，其主要通过影响黄铁矿颗粒所受的电场力进而影响颗粒在分选腔内的横向运动速度及位移，在不击穿分选室中间空气层的前提下，分选电压在35kv时，脱硫效果最好。4)气流速度主要通过影响颗粒在分选腔的停留时间和分散程度，从而影响微粉煤旋转175摩擦电选的分选效果，气流速度过大过小都不利于分选，存在最佳值。5)煤样经表面改性之后进行摩擦电选试验，其分选效率较未改性的煤样提高了4.13%，分选效果有一定程度的提高。[参考文献](References)180[1]张惠林.浅谈煤炭洗选加工现状及发展[J].化工设计通讯，2016，42(3)：9-10.[2]邹威，赵树果，张亚伦.我国洗选煤现状及节能对策[J].现代矿业，2016，(8)：91-93.[3]张海洋.我国煤炭工业现状及可持续发展战略[J].煤炭科学技术，2014，42（S1）：281-284.[4]袁鉴.煤炭脱硫技术研究进展[J].洁净煤技术，2015，(4):99-103.[5]宋傲，陶有俊，羡宇帅，等.微粉煤表面改性强化旋转摩擦电选脱硫降灰试验研究[J].中国煤炭，2015，18541(12):79-85.[6]章新喜.微粉煤电选脱硫降灰研究[M].徐州：中国矿业大学出版社，2002[7]郑水林.粉体表面改性（第三版）[M].北京：中国建材工业出版社，2011.[8]郑水林.粉体表面改性及应用现状[J].中国粉体技术，2008，14（增刊）：99-105[9]郑水林，王彩丽，陈骏涛.无机粉体表面改性技术现状与研究进展[J].化工矿物与加工，2007，36（增刊）：1901-11.[10]张宗华，石道民，李世厚.白钨矿药剂处理电选除锡方法[P].中国，86103767，1987-06-06[11]AZoltanJuhasz,LudmillaOpoczky.Mechanicalactivationofmineralsbygrinding[J].Akademi-aiKiadoBuopest,1990:155-168[12]SharmaR,TrigwellS,MazumderMK.Interfacialprocessesandtribocharging:effectofplasmasurface195modificationandphysisorption[J].ParticulateScienceandTechnology.2008,26(6):587-594[13]OwadaS.Dryflotation:Anovelelectrostaticseparationbymodifyingparticlesurfacewithsurfactantandelectrolyte[J].ResourcesProcessing.2006,53(1):29-33.-8-'