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作者：鄭曉敏

   煤炭資源利用時(shí)，對(duì)于含硫量高的資源要進(jìn)行分選，以此來(lái)降低其硫份，煤炭的脫硫方式主要有燃前脫硫和燃后脫硫2種。燃前脫硫與燃后脫硫相比較而言具有能耗小和效果顯著等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種比較經(jīng)濟(jì)的脫硫方式，主要包括重力分選法、浮選法、干法摩擦電選和微波脫硫等技術(shù)。其中摩擦電選技術(shù)因可與火電廠制粉系統(tǒng)相結(jié)合，省略了磨礦和煤泥水處理及干燥環(huán)節(jié)，并且就脫碳效果而言，摩擦電選技術(shù)與粒度分級(jí)、流態(tài)化分選脫碳方案相比，其分選效率高，可以獲得高純度的碳顆粒，與浮選法和流化床燃燒法相比，不存在浮選尾煤再烘干和燃燒脫除粉煤灰碳成分對(duì)原灰的含碳量以及建廠地址有嚴(yán)格限制的問(wèn)題，節(jié)約了能耗，降低了成本，減少了環(huán)境污染，為爐前實(shí)現(xiàn)深度脫硫降灰提供了一條理想的途徑，在眾多分選工藝中脫穎而出。

    通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用化學(xué)藥劑對(duì)粉體顆粒進(jìn)行表面改性可以有針對(duì)性的改變粉體顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，并能夠改善摩擦電選的效果。粉體表面改性的方法主要包括化學(xué)包覆、沉淀反應(yīng)、機(jī)械力化學(xué)改性、物理涂覆、粉體顆粒表面改性以及高能表面改性，通過(guò)表面改性可以對(duì)電廠制粉系統(tǒng)中的微粉煤進(jìn)行分選以實(shí)現(xiàn)粉煤的燃前降灰脫硫。

    通過(guò)表面改性的方法可以使煤與其伴生礦物的表面能發(fā)生改變進(jìn)而影響其表面電荷，以此來(lái)使煤與其伴生礦物的表面電性差異擴(kuò)大，導(dǎo)致其在摩擦電選機(jī)中的運(yùn)動(dòng)差異增大，進(jìn)而改善分選效果達(dá)到降灰脫硫的目的。

1  試驗(yàn)情況

    本試驗(yàn)煤樣采自山東新汶礦業(yè)集團(tuán)公司汶南煤礦高硫煤，煤樣經(jīng)粉碎細(xì)磨至-0. 074 mm后混勻。試驗(yàn)選用的電選機(jī)為旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選機(jī)(RTS)，主要由給料系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)摩擦充電系統(tǒng)、分選系統(tǒng)和物料收集系統(tǒng)這4部分組成。微粉煤改性方法采用相對(duì)簡(jiǎn)單且易于操作的表面化學(xué)改性和機(jī)械力改性相結(jié)合的干法改性，具體方法是將被改性物料與改性劑置于高速萬(wàn)能粉碎機(jī)中在一定時(shí)間內(nèi)混勻。

    試驗(yàn)首先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦電選機(jī)操作參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，最終得出當(dāng)分選電壓為40 kV、旋轉(zhuǎn)速度為5000 r/min、氣流速度為1.5 m/s時(shí)，可燃體回收率為38. 09%、脫灰率為83. 28%、脫硫率為73. 43%，可信度最高。

2試驗(yàn)原理

    微粉煤的摩擦帶電方式通常有兩種，一種是不同顆粒之間相互的碰撞摩擦使之帶異種電荷，另一種方式是顆粒與某種材料碰撞摩擦使其帶電，這種碰撞摩擦帶電的根本原因是由于電子的轉(zhuǎn)移，介電常數(shù)大的顆粒因其具有較高位能，容易極化失去電子，從而帶正電；反之介電常數(shù)小位能低的顆粒，難于極化而得電子帶負(fù)電。利用不同的化學(xué)藥劑對(duì)微粉煤進(jìn)行表面改性以此來(lái)影響微粉煤中礦物成分及各密度級(jí)微粉煤的介電常數(shù)和荷質(zhì)比，進(jìn)而影響不同成分及各密度級(jí)微粉煤在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特性。通過(guò)表面改性處理后的微粉煤進(jìn)入旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選機(jī)(RTS)中，因其帶電性及電量的不同從而得到分選。

2.1  單因素試驗(yàn)研究

    表面改性效果的影響因素有很多，在此選擇表面改性劑種類、改性劑用量和改性時(shí)間這3個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)，表面改性劑選用煤油、柴油、乙酸、硬質(zhì)酸鈉和硅酸鈉，藥劑用量選取1000 g/t、3000 g/t、5000 g/t、7000 g/t和9000 g/t，改性時(shí)間選取10 s、20 s、30 s、40 s和50 s。

2. 1.1  改性劑種類的影響

    試驗(yàn)前選取試驗(yàn)條件為改性劑用量為5000 g/t，改性時(shí)間為30 s，測(cè)試不同改性劑對(duì)微粉煤中主要礦物成分改性前后介電常數(shù)的影響如圖1所示。

    由圖1可以看出，改性后黃鐵礦的介電常數(shù)明顯降低，5種改性劑中只有煤油和柴油在降低黃鐵礦介電常數(shù)的同時(shí)也降低了高嶺土和石英的介電常數(shù)。

    通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，顆粒在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不僅受其自身介電常數(shù)的影響，顆粒本身的荷質(zhì)比也影響著其在電場(chǎng)中的受力狀況，進(jìn)而影響運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此在試驗(yàn)過(guò)程中不僅測(cè)試表面改性劑對(duì)其介電常數(shù)的影響，同時(shí)也測(cè)試在相同條件下，不同改性劑對(duì)微粉煤中主要礦物成分改性前后荷質(zhì)比的影響如圖2所示。

由圖2可以看出，在利用煤油和柴油改性之后的凈煤與黃鐵礦、高嶺土以及石英的荷質(zhì)比的差異是增大的，尤其以煤油突出，這種變化有利于分選的進(jìn)行。

    為了評(píng)價(jià)改性前后試驗(yàn)效果的差異優(yōu)劣，試驗(yàn)得出了相同條件下不同改性劑對(duì)可燃體回收率、脫灰率和脫硫率的影響如圖3所示。

    由圖3可以看出，未改性時(shí)可燃體回收率為39. 75%，柴油和煤油做改性劑時(shí)可燃體回收率有一定升高，主要是因?yàn)椴裼秃兔河驮谑垢鞒煞种�間介電常數(shù)差異增大的同時(shí)也增大了它們之間荷質(zhì)比的差異，乙酸、硬質(zhì)酸鈉和硅酸鈉做改性劑時(shí)的可燃體回收率明顯降低，主要是因?yàn)槠浔砻娓男灾�后介電常�?shù)的差異較未改性和煤油及柴油改性劑而言有所減�。唤�(jīng)過(guò)表面改性處理后，脫灰率均比未改性時(shí)低，在5種改性劑中使用煤油作為改性劑時(shí)，脫灰率最高為80. 50%;除硅酸鈉外，其余4種表面改性劑作用后都使脫硫率升高。

    通過(guò)分析不同表面改性劑對(duì)微粉煤摩擦電選脫硫降灰效果的影響可知，表面改性劑的應(yīng)用對(duì)微粉煤摩擦電選脫硫降灰效果有顯著的影響，總體而言，使用煤油和柴油作為改性劑時(shí)，在提高可燃體回收率的前提下，對(duì)脫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。通過(guò)煤油改性可以看出，精煤的硫分已經(jīng)顯著低于中煤和尾煤的硫分，這在未改性時(shí)是很難出現(xiàn)的。

2.1.2  改性劑用量的影響

    從前面的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，煤油作為改性劑效果要優(yōu)于其它改性劑，為此以煤油作為改性劑，改性時(shí)間為30 s，來(lái)研究改性劑用量對(duì)微粉煤主要成分介電常數(shù)的影響，改性劑用量對(duì)微粉煤中主要礦物成分介電常數(shù)的影響如圖4所示。

    由圖4可以看出，隨著改性劑用量的增加黃鐵礦的介電常數(shù)先減少后增加，在用量為5000 g/t時(shí)達(dá)到最小值。隨著改性劑用量的增加凈煤介電常數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，高嶺土在用量低時(shí)介電常數(shù)降低迅速，隨后呈穩(wěn)定降低趨勢(shì)，石英隨著改性劑用量的增加介電常數(shù)變化不明顯。在和圖4相同的試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)得到了改性劑用量對(duì)微粉煤中主要礦物成分荷質(zhì)比的影響如圖5所示。

    由圖5可以看出，隨著改性劑用量的增加凈煤與黃鐵礦、高嶺土和石英的荷質(zhì)比的差異呈增大趨勢(shì)，這是有利于分選進(jìn)行的。

    通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，煤中低密度級(jí)的物質(zhì)與高密度級(jí)的物質(zhì)在灰分和硫分上存在差距，粘土類礦物在高密度級(jí)中存在較多，因此如果能加大低密度級(jí)與高密度級(jí)之間的電性和電量的差異，這將加大兩種密度級(jí)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)差異，從而提高分選效果，為此對(duì)各密度級(jí)的介電常數(shù)和荷質(zhì)比進(jìn)行了測(cè)試。改性劑用量對(duì)微粉煤中各密度級(jí)介電常數(shù)和荷質(zhì)比的影響分別如圖6和圖7所示。

    由圖6和圖7可以看出，隨著改性劑用量的增加，各個(gè)密度級(jí)之間的介電常數(shù)和荷質(zhì)比差異是逐漸增大的，尤其是高密度級(jí)與低密度級(jí)之間的差異增大的尤為明顯，并且在9000 g/t時(shí)達(dá)到最大，這種差異有助于高密度級(jí)與低密度級(jí)之間在摩擦電選中的運(yùn)動(dòng)差異增大，并且由于粘土礦物和黃鐵礦一般在高密度級(jí)中存在較多，有助于脫硫降灰。當(dāng)使用煤油作為改性劑以及改性時(shí)間為30 s時(shí)，不同改性劑用量下微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電分選效果數(shù)據(jù)表見(jiàn)表1。

    由表1可以看出，隨著改性劑用量的增大，精煤產(chǎn)率基本上呈升高趨勢(shì)，中煤產(chǎn)率呈先升高后降低趨勢(shì)，尾煤產(chǎn)率呈先降低后升高趨勢(shì)，當(dāng)改性劑用量為5000 g/t時(shí)，中煤的產(chǎn)率最高為21. 49%，尾煤的嚴(yán)率最低為47. 94%;隨著改性劑用量的進(jìn)一步增大，精煤灰分和硫分呈降低趨勢(shì)主要是因?yàn)殡S著改性劑用量的增加低密度級(jí)與高密度的介電常數(shù)和荷質(zhì)比的差異是逐漸增大的。中煤灰分呈先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)改性劑用量為5000 g/t時(shí)，中煤的灰分最低為47. 98%，尾煤的灰分呈先降低后升高的趨勢(shì)；隨著改性劑用量的增加，精煤硫分呈降低趨勢(shì)，中煤和尾煤的硫分總體上變化不大。

    由表1還可以看出，改性劑用量對(duì)微粉煤摩擦電選指標(biāo)的影響，隨著改性劑用量的增大，可燃體回收率逐漸升高，當(dāng)藥劑用量為9000 g/t時(shí)，可燃體回收率達(dá)到最高為41. 43%;當(dāng)藥劑用量從1000 g/t增長(zhǎng)到7000 g/t時(shí)，脫灰率先降低后升高，脫硫率逐漸升高；當(dāng)藥劑用量為9000 g/t時(shí)，脫灰率和脫硫率均出現(xiàn)小幅下降。綜合分析后可知當(dāng)改性劑用量為9000 g/t時(shí)，精煤的產(chǎn)率最大，灰分和硫分最低，此時(shí)的微粉煤電選效果最好。

    通過(guò)試驗(yàn)可知，改性劑用量在一定范圍內(nèi)的增大有利于微粉煤摩擦電選脫硫降灰。分析其原因，是由于隨著改性劑用量的增大，低密度級(jí)微粉煤與高密度級(jí)微粉煤的荷質(zhì)比差異越來(lái)越大，這更有利于摩擦電選過(guò)程中脫除含高嶺土和黃鐵礦較多的高密度微粉煤，從而增強(qiáng)了微粉煤摩擦電選的脫硫降灰效果。

2.1.3  改性時(shí)間的影響

    在改性時(shí)間一定的情況下，對(duì)改性劑用量的試驗(yàn)得出9000 g/t時(shí)效果較好，為此將改性劑用量設(shè)定為9000 g/t，針對(duì)不同改性時(shí)間對(duì)微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選機(jī)分選效果的影響進(jìn)行研究。不同改性時(shí)間下微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電分選效果數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

    由表2可以看出，隨著改性時(shí)間的增大，精煤產(chǎn)率呈明顯的降低趨勢(shì)，中煤產(chǎn)率先降低后升高，尾煤產(chǎn)率先升高后降低；隨著改性時(shí)間的增大，精煤灰分逐漸升高，改性時(shí)間由10 s增大到50 s時(shí)，精煤的灰分升高了6. 88%，中煤和尾煤的灰分基本上呈降低趨勢(shì)；隨著改性時(shí)間的增大，精煤硫分先降低后升高，中煤硫分逐漸降低，尾煤硫分逐漸升高，相對(duì)于改性劑用量對(duì)硫分的影響，改性時(shí)間對(duì)硫分的影響較小。

    總體分析，在改性時(shí)間較小時(shí)，精煤的產(chǎn)率很高而灰分較低，這說(shuō)明已經(jīng)達(dá)到了非常理想的降灰效果，在保證了可燃體回收率的同時(shí)降低了精煤的灰分，所以改性時(shí)間對(duì)脫灰效果的影響很明顯；而精煤的硫分隨著改性時(shí)間的變化并無(wú)太大變化，這是因?yàn)橛绊懨摿蚵实闹饕�原因是精煤的產(chǎn)率，精煤的產(chǎn)率越高，脫硫率越低，而在精煤硫分滿足生產(chǎn)要求的情況下，實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)選用精煤產(chǎn)率最大的生產(chǎn)條件，這時(shí)以脫硫率來(lái)評(píng)價(jià)分選效果是不合理的，在精煤硫分變化不大并能使精煤產(chǎn)率提高的試驗(yàn)條件下是有利于微粉煤分選的試驗(yàn)條件。所以綜合分析精煤的可燃體回收率、脫灰率、精煤產(chǎn)率、灰分和硫分，在改性時(shí)間為lo s左右時(shí)，微粉煤摩擦電選效果是最佳的。

    由微粉煤表面改性單因素試驗(yàn)可知，當(dāng)煤油做改性劑、改性劑用量為9000 t/g以及改性時(shí)間為10 s時(shí)，可燃體回收率、脫灰率和脫硫率分別為46. 80%、69. 27%和79. 62%，精煤產(chǎn)率、灰分和硫分分別為34. 74%、26. 10%和3.09%。對(duì)比分析微粉煤改性前后單因素試驗(yàn)效果可知，微粉煤表面改性后可燃體回收率、脫灰率和脫硫率均有所升高，這主要是因?yàn)楸砻娓男蕴幚硖岣吡宋⒎勖耗Σ岭娺x的精煤產(chǎn)率，降低了精煤的灰分和硫分。分析其原因，主要是由于表面改性不僅能擴(kuò)大凈煤和煤中主要礦物成分的介電常數(shù)與荷質(zhì)比差異，也能顯著擴(kuò)大各密度級(jí)微粉煤介電常數(shù)與荷質(zhì)比的差異，這種差異的擴(kuò)大使煤和礦物成分在摩擦電選分選室中的運(yùn)動(dòng)軌跡差別更明顯，因此更有利于煤和礦物成分的分離，從而強(qiáng)化了微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選的脫硫降灰效果。

2.2  表面改性條件Box-Behnken試驗(yàn)

    通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)果可以看出，表面改性能夠強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選的脫硫降灰效果，但考慮到因素之間可能存在交互作用，運(yùn)用Design-Ex-pert軟件設(shè)計(jì)的Box-Behnken試驗(yàn)對(duì)改性條件進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

    試驗(yàn)中表面改性劑選用柴油、煤油和乙酸，改性劑用量選取7000 g/t、9000 g/t和11000 g/t，改性時(shí)間選取5 s、10 s和15 s。表面改性強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選Box-Behnken試驗(yàn)條件見(jiàn)表3，根據(jù)表3設(shè)計(jì)出的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，得出表面改性強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選Box-Behnken試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

    根據(jù)表4中的17組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Design-Ex-pert 6.0，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化，即在獲得最佳脫硫降灰指標(biāo)的情況下，各參數(shù)取值最優(yōu)，表面改性強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選脫硫降灰試驗(yàn)方案優(yōu)化表見(jiàn)表5。

    由表5可以看出，Design-Expert試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件對(duì)Box-Behnken試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化后，得到8種優(yōu)化方案。方案1中當(dāng)改性劑選用煤油、改性劑用量為10169 g/t以及改性時(shí)間為5s時(shí)，可信度最高，因此方案1為最優(yōu)化方案。

3結(jié)論

    在旋轉(zhuǎn)摩擦電選機(jī)最佳操作參數(shù)條件下，進(jìn)行表面改性強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選效果研究。當(dāng)改性劑選用煤油、改性劑用量為10169 g/t以及改性時(shí)間為5 s時(shí)，微粉煤摩擦電選的可燃體回收率、脫灰率和脫硫率分別為44. 16%、80. 96%和73. 36%。表面改性后微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選的精煤產(chǎn)率提高了約5%，精煤灰分降低了約3%，精煤硫分降低了約0. 4%。

通過(guò)對(duì)比未進(jìn)行表面改性處理和表面改性處理后微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選的脫硫降灰效果可知，微粉煤經(jīng)表面改性處理后，精煤產(chǎn)率提高，精煤灰分和硫分降低，表面改性可以有效強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選的脫硫降灰效果。

4摘要  為了提高微粉煤摩擦電選脫硫降灰的效果，采用表面改性的方法對(duì)微粉煤進(jìn)行預(yù)處理，并使用旋轉(zhuǎn)摩擦電選機(jī)對(duì)其分選。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)改性劑選用煤油、改性劑用量為10169 g/t以及改性時(shí)間為5s時(shí)，微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦電選效果最佳，可燃體回收率、脫灰率以及脫硫率分別為44. 16%、80. 960/和73. 36%，表面改性后精煤產(chǎn)率提高了約5%、精

煤灰分降低了約3%、精煤硫分降低了約0. 4%。分析對(duì)比改性前后電選效果認(rèn)為，表面改

性能顯著強(qiáng)化微粉煤旋轉(zhuǎn)摩擦靜電分選的脫硫降灰效果。