喬楠夫

煤氣化爐渣浮選及其精炭制備活性炭分析

喬楠夫

（南陽師范學(xué)院，河南 南陽 473061）

本文首先對煤氣化爐渣的浮選，以及活性炭的活化和制備過程進(jìn)行了詳細(xì)的說明，包括對于試驗(yàn)儀器、原料等內(nèi)容的說明，并且進(jìn)一步分析了活性炭制備的表征方式，來更加直觀地反映出煤氣化爐渣的浮選以及活性炭的活化和制備的特點(diǎn)在此基礎(chǔ)上對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了深入分析，分別從煤氣化爐渣的性質(zhì)、浮選條件的影響、精碳的吸附性能、活化條件的影響這幾個(gè)方面來進(jìn)一步對煤氣化爐渣浮選及其精碳制備活性炭試驗(yàn)進(jìn)行了有效驗(yàn)證，并從中分析出更加有效的煤氣化爐渣浮選及其精碳制備活性炭的途徑，進(jìn)而為提高活性炭制備的效率和質(zhì)量，簡化活性炭的制備流程，來提供一些可行性的參考建議。

煤氣化爐渣；浮選；活性炭制備

1 煤氣化爐渣浮選以及精炭制備活性炭

1.1 原料及儀器

實(shí)驗(yàn)中所用到的煤氣化爐渣均來源于北方，并且使用X射線衍射儀以及X射線熒光光譜儀來對煤氣化爐渣進(jìn)行掃描和檢測，進(jìn)一步確定煤氣化爐渣中的化學(xué)元素，并對其進(jìn)行定性分析和半定量分析。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還選用了容量為1升的掛槽式浮選機(jī)進(jìn)行煤氣化爐渣的浮選，并使用棒磨機(jī)進(jìn)行煤氣化爐渣的研磨。

1.2 煤氣化爐渣的浮選

在進(jìn)行煤氣化爐渣的浮選環(huán)節(jié)時(shí)，首先需要選取200克的煤氣化爐渣，使用棒磨機(jī)對其進(jìn)行研磨，生成不同粒度的煤氣化爐渣。除此之外，還要將沒有作為煤氣化爐渣浮選的捕收劑；松醇油作為煤氣化爐渣浮選的起泡劑，然后再使用容量為1升的掛槽式浮選機(jī)進(jìn)行煤氣化爐渣的浮選工作[1]。

1.3 活性炭制備

在制備活性炭時(shí)，需要利用5克的精碳，來與不同質(zhì)量的固體活化劑和少量去離子水進(jìn)行混合、造粒和烘干等環(huán)節(jié)；其中，對于固體活化劑的選用多為氫氧化鉀。在烘干環(huán)節(jié)結(jié)束后，將精碳混合物裝入圓筒狀鎳管當(dāng)中，并將鎳管放入電爐中進(jìn)行制備環(huán)節(jié)。先要將鎳管在氮?dú)庵邪凑彰糠昼?0攝氏度的速度升溫，在經(jīng)過一段時(shí)間的活化反應(yīng)之后，再讓鎳管在氮?dú)庵欣鋮s至室溫，并加水煮沸15分鐘左右，利用去離子水將精碳混合物洗至中性，再經(jīng)過過濾和烘干，就能夠得到活性炭了。

1.4 表征方式

1.4.1燒失量

灼燒前煤氣化爐渣的的質(zhì)量與灼燒后煤氣化爐渣的質(zhì)量之間的差值，與灼燒前的煤氣化爐渣的比值，既可以表示為煤氣化爐渣的燒失量。燒失量對于煤氣化爐渣的浮選工作，具有十分關(guān)鍵的作用，因此在煤氣化爐渣浮選實(shí)驗(yàn)中，必須要嚴(yán)格計(jì)量煤氣化爐渣在灼燒前后的質(zhì)量。

1.4.2活性炭吸附能力

為了更好地檢驗(yàn)所制備的活性炭的吸附能力，可以通過測試活化反應(yīng)后，活性炭對于碘的吸附值和對于亞甲藍(lán)的吸附值，來進(jìn)一步判定活性炭的吸附能力。除此之外，活化時(shí)間、活化劑用量、活化溫度等因素，都可以直接影響到活性炭的吸附能力，而碘和亞甲藍(lán)就是檢驗(yàn)活性炭吸附能力最好的工具。

1.4.3活性炭孔結(jié)構(gòu)

在對活性炭的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，不僅可以通過活性炭的吸附能力來判斷，還可以使用比表面及空隙度分析儀來更加準(zhǔn)確的檢驗(yàn)活性炭的孔結(jié)構(gòu)，通過對精碳和活性炭對于氮?dú)獾奈侥芰Φ臏y定，來進(jìn)一步計(jì)算活性炭的比表面積，以及微孔、中孔、大孔在活性炭孔隙當(dāng)中的結(jié)構(gòu)，利用儀器來對活性炭孔結(jié)構(gòu)記性檢測有利于提升實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 煤氣化爐渣的性質(zhì)

煤氣化爐渣的主要成分為非晶態(tài)物質(zhì)；同時(shí)，在煤氣化爐渣中還含有氧化鈣成分，在長時(shí)間的堆放中，逐漸使得煤氣化爐渣中含有少量的方解石和石英等物質(zhì)。除此之外，利用X射線熒光光譜儀對煤氣化爐渣進(jìn)行檢測，可以發(fā)現(xiàn)煤氣化爐渣中除了包含氧化鈣的化學(xué)成分，還包含了二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化硫、超氧化鉀等成分，并且測得煤氣化爐渣中碳的含量在21%左右，燒失量為24%。這樣一來，就可以表明煤氣化爐渣中的有機(jī)含量較少，因此可以將燒失量作為實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)來代替碳含量。

2.2 浮選條件的影響

2.2.1捕收劑用量

在對煤氣化爐渣進(jìn)行浮選時(shí)，需要先使用棒磨機(jī)對煤氣化爐渣進(jìn)行10分鐘左右的濕磨，使其粒度保持在120微米左右，然后再進(jìn)行后續(xù)的浮選工作。其次，在對煤氣化爐渣進(jìn)行浮選之前，要設(shè)定好浮選參數(shù)：將煤氣化爐渣的質(zhì)量定為200克；浮選機(jī)的輪速為每分鐘1800轉(zhuǎn)；充氣量每分鐘0.3立方米；浮選時(shí)間設(shè)定為5分鐘；松醇油量1kg/t，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn)。此時(shí)，可以根據(jù)浮選的過程和結(jié)果，來判斷捕收劑的用量對于浮選效果的影響。由此可知，在煤油量增加的清涕下，精炭的產(chǎn)出率也在不斷增加；但由于捕收劑用量的增加，使得煤氣化爐渣中藥劑濃度變高，并且與殘?zhí)窟M(jìn)行了充分反應(yīng)，導(dǎo)致一些煤粒呈現(xiàn)上浮的狀態(tài)，同時(shí)夾帶了非碳物質(zhì)，進(jìn)而造成精炭的燒失量越來越小?；诖耍瑸榱四軌蚋玫乇ＷC煤氣化爐渣的浮選工作，能夠?qū)μ假Y源進(jìn)行高效利用，在進(jìn)行浮選時(shí)，可以將捕收劑用量保持在10kg/t左右，來更好地保證精碳的產(chǎn)出率和燒失量。

2.2.2起泡劑用量

在檢測起泡劑對于煤氣化爐渣浮選的影響時(shí)，依舊是在煤氣化爐渣浮選過程和結(jié)果的基礎(chǔ)上來進(jìn)行分析的。值得注意的是，在設(shè)定煤氣化爐渣浮選參數(shù)時(shí)，需要對煤油量進(jìn)行調(diào)整，將原有的1kg/t的煤油量增長到10kg/t。基于此，在對煤氣化爐渣進(jìn)行浮選工作之后，可以更加清晰地觀察到起泡劑對于煤氣化爐渣浮選效果的影響。在煤油量增加的前提下，精碳的產(chǎn)出率會(huì)在浮選的初期階段呈現(xiàn)增加的狀態(tài)，然后隨著浮選的結(jié)束而降低；同時(shí)，精碳的燒失量則一直呈現(xiàn)下降的狀態(tài)。這是由于煤油量的增加，會(huì)使得浮選過程中泡沫的數(shù)量越來越多，進(jìn)而導(dǎo)致精碳中夾帶了更多的非碳物質(zhì)。當(dāng)松醇油用量過多的情況下，將會(huì)提高礦漿的黏稠度，導(dǎo)致精碳的產(chǎn)出率和燒失量降低。因此，在實(shí)際的煤氣化爐渣浮選過程中，將松醇油用量控制在1.5kg/t最為合適[3]。

2.2.3磨礦精細(xì)度

在棒磨條件相同的情況下，磨礦時(shí)間越長，就會(huì)得到粒度越細(xì)致的煤氣化爐渣。在分析磨礦精細(xì)度與煤氣化爐渣浮選效果之間的關(guān)系時(shí)，依舊需要對煤氣化爐渣的浮選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將煤油量調(diào)整為10kg/t，松醇油用量設(shè)定為1.5kg/t，來進(jìn)一步明確磨礦精細(xì)度對于煤氣化爐渣浮選效果的影響。由此可知，磨礦精細(xì)度越強(qiáng)，煤氣化爐渣的粒度就越小，使得煤氣化爐渣的比表面積變大，進(jìn)而增強(qiáng)了對捕收劑的消耗。這樣一來，精碳的產(chǎn)出率就會(huì)越小，而燒失量則呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。基于此，通過磨礦精細(xì)度對于煤氣化爐渣浮選效果的影響可以得知，在進(jìn)行煤氣化爐渣浮選時(shí)，應(yīng)將棒磨時(shí)間把保持在12分鐘左右，使得磨礦細(xì)度為123微米，捕收劑用量為10kg/t，起泡劑用量為1.5kg/t，進(jìn)而更好地保證煤氣化爐渣的浮選效果[4]。

2.3 精碳的吸附性能

通過對煤氣化爐渣的浮選，以及活性炭制備的實(shí)驗(yàn)可以得知，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)吸的附值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于精碳中對于碘的吸附值和對于亞甲藍(lán)的吸附值，因此在凈水環(huán)境中應(yīng)用煤質(zhì)活性炭時(shí)，不能夠使用精碳來作為主要的凈水措施?；诖耍粝敫玫靥嵘嫉奈叫阅芎蛢艋饔?，還需要對精碳進(jìn)行有效的活化工作[5]。

2.4 活化條件的影響

2.4.1活化劑用量

在進(jìn)行活化實(shí)驗(yàn)的過程中，為了更好地判斷出活化條件對于活性炭吸附性的影響，可以將活化溫度固定為900℃，活化時(shí)長為1小時(shí)，并通過改變活化劑的用量來觀察活化條件對于活性炭吸附性的影響。由此可知，在堿炭質(zhì)量不斷增加的同時(shí)，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)的吸附值也變得越來越強(qiáng)，；但隨著堿炭質(zhì)量的增加，活性炭對于碘的吸附值逐漸減小，而對于亞甲藍(lán)的吸附值依舊隨之增加。這是由于在堿炭質(zhì)量比較小是，活性炭中的氫氧化鉀會(huì)與精炭中的碳原子發(fā)生活化反應(yīng)，在經(jīng)過這種活化反應(yīng)之后，活性炭中的微孔和中孔變得越來越多，導(dǎo)致活性炭對于碘的吸附值越來越弱。而活性炭對于亞甲藍(lán)的吸附主要是通過活性炭中的打孔來實(shí)現(xiàn)，因此過氧化鉀在對活性炭進(jìn)行擴(kuò)孔的同時(shí)，增加了活性炭對于亞甲藍(lán)的吸附作用?；诖耍趯钚蕴窟M(jìn)行活化實(shí)驗(yàn)時(shí)，堿炭質(zhì)量比在2.0時(shí)活性炭的吸附能力最好[6]。

2.4.2活化溫度

在判斷活化溫度對于活性炭吸附值的影響時(shí)，可以將堿炭質(zhì)量比固定為2.0，活化時(shí)間為1小時(shí)，然后在對活性炭進(jìn)行活化實(shí)驗(yàn)。由此可知，當(dāng)活化溫度不斷升高時(shí)，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)的吸附值都會(huì)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)活化溫度達(dá)到800℃時(shí)，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)的吸附值會(huì)隨著溫度的升高快速增加。這是由于在高溫的環(huán)境下，活性炭的活化反應(yīng)速率會(huì)變得越來越大，導(dǎo)致活性炭中的微孔越來越多，因此對于碘和亞甲藍(lán)的吸附效果更強(qiáng)，尤其是在活化溫度達(dá)到了800攝氏度時(shí)，會(huì)在活化反應(yīng)中生成鉀元素，加快活性炭孔隙的生成。而當(dāng)活化溫度超過800℃時(shí)，由于活化反應(yīng)過于劇烈，使得活性炭中的微孔擴(kuò)張成打孔，破壞了活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性炭的吸附能力降低[7]。

2.4.3活化時(shí)間

在測試活化時(shí)間對于活性炭吸附性能的影響時(shí)，需要將堿炭質(zhì)量比固定為2.0，活化溫度設(shè)定在800℃。由此可知，隨著活化時(shí)間越來越高的情況下，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)的吸附值都呈現(xiàn)先增大后減小的狀態(tài)，當(dāng)活化時(shí)間達(dá)到1.5小時(shí)時(shí)，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)的吸附性能最強(qiáng)；但在1.5小時(shí)之后，活性炭對于碘和亞甲藍(lán)的吸附值變得越來越小。這是由于活化反應(yīng)時(shí)間延長，將會(huì)生成氫氧化鉀，并且與活性炭中孔壁上的碳原子產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而對活性炭的孔隙產(chǎn)生了擴(kuò)大的作用，破壞了活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低活性炭的吸附性能?；诖耍谶M(jìn)行活性炭的活化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將活化時(shí)間保持在1.5小時(shí)左右[8]。

3 結(jié)論

綜上所述，通過浮選法來利用煤氣化爐渣制備活性炭，具有流程簡便、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、性能高等優(yōu)勢，不僅能夠?qū)Y源進(jìn)行高效利用，還能夠更好地提高活性炭的制備質(zhì)量?；诖?，在通過浮選法來利用煤氣化爐渣制備活性炭時(shí)，應(yīng)對浮選條件、活化條件、燒失量等因素進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保最終的活性炭制備效果。

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[2]李露霏,虞宇翔,常建民.成型生物質(zhì)快速熱解炭制備活性炭活化工藝研究及其性能表征[J].化工新型材料,2018.

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喬楠夫（1990.04- ），男，漢族，籍貫：河南南陽人，職稱：助教，學(xué)歷：研究生，單位：南陽師范學(xué)院，研究方向：土木工程材料。

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1007-6344（2021）04-0080-02