微粉煤表面改性的电选试验研究

张坤龙

(安徽理工大学材料科学与工程学院， 安徽淮南232001)

微粉煤表面改性的电选试验研究

张坤龙

(安徽理工大学材料科学与工程学院， 安徽淮南232001)

为提高微粉煤电选脱硫降灰效果，采用表面改性方法预处理，试验表明：改性剂选用煤油、用量为10 169 g/t、时间为5 s时，电选效果最佳，可燃体回收率、脱灰率、脱硫率分别为44.16 %、80.96 %、73.36 %；改性后精煤产率提高5 %、精煤灰分和硫分分别降低3 %、0.4 %。对比改性前后效果认为，表面改性能显著强化微粉煤电选的脱硫降灰效果。

电选； 微粉煤； 表面改性； 脱硫降灰

1 前言

煤炭脱硫降灰的主要任务是脱除黄铁矿和黏土矿物，主要技术包括：重力分选法、浮选法、干法摩擦电选、微波脱硫等[1]。其中摩擦电选技术因可与火电厂制粉系统相结合，省略了磨矿和煤泥水处理及干燥环节，节约了能耗，减少了环境污染，为炉前深度脱硫降灰提供一条理想的途径，在众多工艺中脱颖而出[2]。

粉体表面改性是指利用化学、物理和机械等方法对粉体表面进行适当处理，有针对性地改变粉体表面的物理化学性质，以满足工艺技术的需求。粉体表面改性的方法主要包括：化学包覆、沉淀反应、机械力化学改性、物理涂覆、粉体颗粒插层改性、高能表面改性[3]。

利用表面改性的方法改变煤与伴生矿物颗粒的摩擦荷电特征、扩大煤与伴生矿物颗粒摩擦荷电差异[4]，降低微粉煤的表面能，减少摩擦电选过程中出现的微粉煤团聚现象，可以改善摩擦电选效果。采用新型旋转摩擦电选机对表面改性后的微粉煤进行试验研究，寻找提高摩擦电选分选效果的最佳试验条件。

2 试验研究

本试验煤样采自山东新汶矿务局汶南煤矿贫瘦煤，煤样经粉碎细磨至-0.074 mm后混匀。试验用电选机为旋转摩擦静电分选机(RTS)，主要由给料系统、旋转摩擦充电系统、分选系统、物料收集系统四部分组成[5]。改性方法采用表面化学改性和机械力改性相结合的干法改性，具体方法是将被改性物料与改性剂置于高速万能粉碎机中一定时间混匀。试验首先进行RTS操作参数优化试验，得出分选电压40 kV，旋转速度5000 r/min、气流速度1.5 m/s时，可信度最高。

影响改性效果的因素有很多，在此选择表面改性剂种类、改性剂用量、改性时间三个因素，表面改性剂选用煤油、柴油、乙酸、硬质酸钠、硅酸钠五种，改性剂用量选取1 000 g/t、3 000 g/t、5 000 g/t、7 000 g/t、9 000 g/t五个水平，改性时间选取10 s、20 s、30 s、40 s、50 s五个水平。

表1为使用不同改性剂对电选效果的影响。可知，与未加改性剂相比，柴油、煤油和硅酸钠做改性剂时，精煤产率升高，中煤产率降低，尾煤的产率无显著变化；五种改性剂作用下，精煤灰分均有所升高，煤油和乙酸做改性剂时精煤的硫分降低。

表1 改性剂用量5 000 g/t、改性时间为30 s时，不同改性剂下分选效果数据表

图1为几种改性剂对电选指标的影响，可知，未改性时可燃体回收率为39.75 %，柴油和煤油做改性剂时回收率有一定升高，乙酸、硬质酸钠、硅酸钠做改性剂时回收率明显降低；改性处理后，脱灰率均比未改性时低，在五种改性剂中煤油做改性剂时，脱灰率最高为80.50 %；除硅酸钠外，其余四种表面改性剂作用后都使脱硫率升高。

通过分析可知：表面改性剂的应用对微粉煤摩擦电选脱硫降灰效果有显著的影响，煤油、柴油做改性剂时，在提高可燃体回收率的前提下，对脱硫效果也有一定的提高，其中，煤油的作用效果又略好于柴油，通过煤油改性可以看出，精煤的硫分已经显著低于中煤和尾煤的硫分，这在未改性时是很难出现的。

图1 改性剂用量5 000 g/t、改性时间 为30 s时，不同改性剂对指标的影响

当改性剂选用煤油，改性时间为30 s时，不同改性剂用量对分选效果的影响见表2，可知，随着改性剂用量的增大，精煤产率呈升高趋势，中煤产率呈先升高后降低趋势，尾煤产率呈先降低后升高趋势，当改性剂用量为5 000 g/t时，中煤的产率最高为21.49 %，尾煤的产率最低为47.94 %；随着改性剂用量的增大，精煤灰分呈降低趋势，中煤灰分呈先降低后升高的趋势，当改性剂用量为5 000 g/t时，中煤的灰分最低为47.98 %，尾煤的灰分呈先降低后升高的趋势，当改性剂用量为3 000 g/t时，尾煤的灰分最低为53.80 %；随着改性剂用量的增加，精煤硫分呈降低趋势，中煤和尾煤的硫分总体变化不大。

表2 煤油做改性剂,改性时间为30 s时，不同改性剂用量下分选效果数据表

图2表示改性剂用量对电选指标的影响。随着用量的增大，可燃体回收率逐渐升高，当用量为9 000 g/t时，回收率达到最高为41.43 %；用量从1 000 g/t到7 000g/t，脱灰率先降低后升高，脱硫率逐渐升高，当用量为9 000 g/t时，脱灰率、脱硫率均出现小幅下降。综合分析：当用量为9 000 g/t时，精煤的产率最大，灰分、硫份最低，此时的效果最好。

图2 煤油做改性剂,改性时间30s时， 不同改性剂用量对指标的影响

通过试验可知：改性剂用量在一定范围内的增大有利于微粉煤摩擦电选脱硫降灰。分析原因，随着改性剂用量的增大，低密度级微粉煤与高密度级微粉煤的荷质比差异越来越大，这更有利于电选过程中脱除含高岭土和黄铁矿较多的高密度微粉煤，从而增强了电选的脱硫降灰效果。

当改性剂选用煤油，改性剂用量9 000 g/t,不同改性时间对分选效果的影响见表3，可知，随着时间的增大，精煤产率呈明显的降低趋势，中煤产率呈先降低后升高趋势，尾煤产率呈先升高后降低趋势；随着改性时间由10 s增大到50 s时，精煤灰分逐渐升高，升高了6.88 %，中煤和尾煤的灰分呈降低趋势；随着时间的增大，精煤硫分先降低后升高，中煤硫分逐渐降低，尾煤硫分逐渐升高，相对改性剂用量对硫分的影响，改性时间的影响较小。

表3改性剂选用煤油，改性剂用量9 000 g/t,不同改性时间下分选效果数据表

图3表示改性时间对电选指标的影响。随着时间的增大，可燃体回收率明显降低，这是因为改性时间的增大不仅降低了精煤产率而且升高了精煤灰分；随着时间的增大，脱灰率先升高后降低，当改性时间为30 s时，脱灰率最高为81.35 %；随着时间的增大，脱硫率逐渐升高，由于精煤、中煤和尾煤的硫分变化并不大，脱硫率的升高主要是由改性时间的增大使精煤的产率明显降低而引起的。

试验分析：在改性时间较小时，精煤的产率很高而灰分较低，这说明降灰效果非常理想，既保证了可燃体回收率又降低了精煤的灰分。而精煤的硫分随着改性时间的变化，并无太大变化；影响脱硫率的主要原因是精煤的产率，精煤的产率越高，脱硫率越低，而在精煤硫分满足生产要求的情况下，实际生产中会选用精煤产率最大的生产条件，这时以脱硫率来评价分选效果是不合理的，在精煤的硫分变化不大，能使精煤产率提高的试验条件应该是有利于微粉煤分选的试验条件。所以综合分析精煤的可燃体回收率、脱灰率、精煤产率、灰分、硫分，在改性时间为10 s左右时，微粉煤摩擦电选效果是最佳的。

由以上试验可知：当煤油做改性剂、改性剂用量为9 000 t/g、改性时间为10 s时，可燃体回收率为46.80 %、脱灰率为79.62 %、脱硫率为69.27 %，精煤产率、灰分、硫分分别为34.74 %、26.10 %、3.09 %。

分析可知：表面改性不仅能扩大净煤和煤中主要矿物成分的介电常数与荷质比差异，也能显著扩大各密度级微粉煤介电常数与荷质比的差异，这种差异的扩大使煤和矿物成分在摩擦电选分选室中的运动轨迹差别更明显，因此更有利于煤和矿物成分的分离，从而强化了微粉煤旋转摩擦电选的脱硫降灰效果。

图3煤油做改性剂，改性剂用量在 9000 g/t时，不同改性时间对指标的影响

考虑到因素之间可能存在交互作用，运用Design-Expert试验设计软件对试验结果优化，其中当改性剂选用煤油、改性剂用量为10 169 g/t、改性时间为5 s时，可信度最高，为最优化方案。

3 结论

在旋转摩擦电选机最佳操作参数条件下，当改性剂选用煤油、改性剂用量为10 169 g/t，改性时间为5 s时，微粉煤摩擦电选的可燃体回收率、脱灰率、脱硫率分别为44.16 %、80.96 %、73.36 %。通过表面改性，微粉煤的精煤产率提高了约5 %，精煤灰分和硫分分别降低了约3 %、0.4 %。综上可知：表面改性可以有效强化微粉煤旋转摩擦静电分选的脱硫降灰效果。

[1] 李彪，沙杰.煤炭燃前脱硫方法及其应用现状[J].矿山机械,2010(20)：9-11.

[2] 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.

[3] 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.

[4] 王海锋.摩擦电选过程动力学及微粉煤强化分选研究[D].徐州：中国矿业大学，2010.

[5] Daniel T,Mao Ming F,Xin Kai J.Dry coal fly ash cleaning using rotary triboelebtrostaic separator[J].Mining science and Technology,2009(19):642-647.

2017-04-12

张坤龙(1989-)，男，安徽太和人，助理工程师，在职研究生，研究方向为矿物加工工程，电话：18931502902。

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1671-4733(2017)04-0003-02