固体废物资源化工程课程设计

1、湖南科技大学Hunan University of Science and Technology 固体废物资源化工程课程设计某电厂粉煤灰资源化工程设计姓 名：学 号：专业班级：环境工程一班学 院：化学化工学院指导老师：戴财胜、李军设计时间：2015-2016学年第一学期目 录第一章 概述31.1粉煤灰的现状31.2粉煤灰的主要来源31.3粉煤灰的组成和性质41.4粉煤灰的危害51.5粉煤灰的国内综合利用途径6第二章 回收电厂粉煤灰的技术路线和工艺流程82.1设计原始资料82.2课程设计的目的82.3设计思路82.4设计流程图9第三章 物料平衡计算10第四章 设备选型114.1设备的平面布置图原

2、则114.2平面布置图114.3浮选设备的选择114.3.1机械搅拌式浮选机124.3.2喷射旋流式浮选机124.4浓缩设备的选择144.4.1高效深锥浓缩机144.5脱水设备的选择154.5.1沉降式离心脱水机154.5.2真空过滤机164.5.3快开压滤机174.5.4加压过滤机174.6浮选药剂的选择184.6.1捕收剂194.6.2起泡剂194.6.3调整剂20第五章 经济效益与环境影响215.1经济效益分析215.2环境效益分析21第六章 设计体会与感想22第一章 概述1.1粉煤灰的现状我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电

3、力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。另一方面，我国又是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。20世纪70年代，世界性能源危机，环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开

4、发，多次召开国际性粉煤灰会议，研究工作日趋深入，应用方面也有了长足的进步。粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料，受到人们的青睐。对粉煤灰的研究工作大都由理论研究转向应用研究，特别是着重要资源化研究和开发利用。利用粉煤灰生产的产品在不断增加，技术在不断更新。国内外粉煤灰综合利用工作与过去相比较，发生了重大的变化，主要表现为：粉煤灰治理的指导思想已从过去的单纯环境角度转变为综合治理、资源化利用；粉煤灰综合利用的途径以从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到在水泥原料、水泥混合材、大型水利枢纽工程、泵送混凝土、大体积混凝土制

5、品、高级填料等高级化利用途径。1.2粉煤灰的主要来源粉煤灰的主要来源是以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉，电力工业是我国国民经济的重要支柱行业之一，电力生产80%以上靠燃煤进行热电转换，目前我国煤产量的30%用于发电。燃煤电厂将煤磨细至100m以下用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，燃烧后产生大量煤灰渣。其中从烟道排出、经除尘设备收集的煤灰渣称为粉煤灰，又称飘灰或飞灰；由炉底排出的煤灰渣称为炉渣或底渣。一般，一座装机容量为105kW的电厂一年要排出105t煤灰渣。我国电厂每105kW装机容量每年约排放1.4X1051.5X105t的煤灰渣，其中，粉煤灰约占整个煤灰渣的70%。其中90%以上为湿排灰

6、，活性较干灰低，且费水费电，污染环境，也不利于综合利用。为了更好地保护环境并有利于粉煤灰的综合利用，考虑到除尘和干灰输送技术的成熟，干灰收集已成为今后粉煤灰收集的发展趋势。1.3粉煤灰的组成和性质粉煤灰的物理化学性质取决于煤的品种、煤粉的细度、燃烧方式和温度、粉煤灰的收集和排灰方法。化学组成 粉煤灰的化学成分与黏土质相似，其中以SiO2及Al2O3的含量占大多数，其余为少量Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O及SO3等。此外，粉煤灰中尚含有一些有害元素和微量元素，如铜、银、镓、铟、镭、钪、铌、钇、镱、镧族元素等。粉煤灰中有害物质含量一般低于允许值。物理性质 粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物

7、，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。它是一种具有较大内表面积的多孔结构，多半呈玻璃状。其主要物理性质有密度、堆密度、孔隙率及细度等。矿物组成 粉煤灰是一种高分散度的固体集合体，是人工火山灰质材料，主要包括无定形相和结晶相两大类。低钙粉煤灰的活性主要取决于玻璃相矿物，而水泥的化学活性主要取决于结晶的熟料矿物。粉煤灰的活性 指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示出来的凝结硬化性能。粉煤灰的活性是潜在的，需要激发剂的激发才能发挥出来。粉煤灰的活性不仅决定于它的化学组成，而且与它的物相组成和结构特征有着密切的关系。高温熔融并经过骤冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃微珠。这些玻璃微珠含有较高的化学内能，是粉煤灰具有活

8、性的主要矿物相。玻璃体中含的活性SiO2和活性Al2O3含量愈多，活性愈高。1.4粉煤灰的危害粉煤灰的大量排放对人们生产和生活都会造成极大危害，主要表现在以下几个方面:侵占土地 我国粉煤灰排放量逐年增加，但目前对于其处置仍以灰场贮灰为主，粉煤灰堆贮与占用土地间的矛盾越来越突出。据统计，每堆贮一万吨粉煤灰就需占用堆灰场面积45亩。截至2002年底我国粉煤灰渣堆贮量己高达12.5亿吨，占灰场总面积562万亩，这种非生产性用地，造成了土地资源的极大浪费。另外，以每吨灰渣综合处理费2小时40元来计算的话，我国每年仅此一项费用就高达3060亿元。污染土壤 当粉煤灰中微量元素进入土壤超过其临界值时，土壤会

9、向环境输出污染物，使其它环境要素受到污染，土壤组成、结构和功能等均会发生变化，最终可导致土壤资源枯竭和破坏。研究表明，粉煤灰对玉米士学位论文固体废弃物粉煤灰的资源化利用和大豆的出芽期及生长初期有较明显影响，且元素在根部的富集较茎部明显。研究指出，粉煤灰自然沥出物对玉米的株高、单轴重等生长指标均有影响，并在一定程度上诱导玉米基因的变异。将两种粗质地土壤与水矿泥、煤灰拌合料按3:1和6:1的体积配比混合后进行化性质分析及盆栽试验。研究结果显示，实验组各种重金属含量均普遍提高，除Cd含量略微超标，Cu有效量达到对青江白菜产生毒害外，其它重金属未超标;盆栽实验结果显示，实验组蔬菜产量均不佳，推测原因主

10、要是添加拌合料造成土壤透气性、排水性变差以及蔬菜受到重金属Cu的毒害。污染水体粉煤灰随天然降水地表径流或随风进入河流、湖泊会污染地面水，并随渗沥水渗透到土壤中，进入地下水造成二次污染。国内外研究发现，粉煤灰渗沥水使地下水受到不同程度的污染，比较明显的是使水体pH值升高，有毒有害的Cr、As等元素增加。粉煤灰直接排入河道还会阻塞河道。此外，我国每年湿排灰用水量达10多亿吨，造成了水资源的极大浪费。污染大气由于粉煤灰颗粒微细，露天堆放时会在风力作用下将表层灰剥离扬起，扬灰高度可达4050m，不仅影响能见度，而且在潮湿环境中粉尘的聚集对建筑物、自然景观等形貌还会造成严重破坏。危害人类健康粉煤灰对水资

11、源、土壤以及空气的污染直接影响到人们生活。长期生活在高粉尘环境中的居民，鼻咽炎、上呼吸道感染等发病率很高。粉煤灰中的放射性元素还会在土壤中累积，被植物吸收后，进而通过食物链进入人体。1.5粉煤灰的国内综合利用途径目前，国内外粉煤灰综合利用途径归纳起来主要有以下7种：1.粉煤灰加气混凝土。粉煤灰加气混凝土是新型、轻质保温节能的墙体材料。主要原料为粉煤灰，占70%左右，其它为石灰、水泥、石膏、发气剂等，将这些原料经过加工配料、搅拌、浇注、发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成。可用作屋面保温、维护墙、隔断墙，亦可做最高楼层为五层的承重墙，特别适用于高层建筑填充墙、寒冷地区的外墙和地震区使用，可减轻墙重

12、，增加使用面积。2.粉煤灰混凝土空心砌块。近年来，粉煤灰混凝土空心砌块发展较快，其主要原料为粉煤灰、集料、水泥等，原料经计量配料、搅拌、成型、养护等工序制成。在普通混凝土砌块和轻集料混凝土砌块中，也可掺入粉煤灰，但作为掺合料加入。而在粉煤灰混凝土砌块中，粉煤灰既是掺合料又是细集料，掺量较高。3.水泥粉煤灰膨胀珍珠岩混凝土保温砌块。其工艺流程基本上与粉煤灰混凝土空心砌块相似。珍珠岩砌块具有重量轻、保温性能好，且有一定的强度等特点，影响密度与强度的因素有：珍珠岩的掺量，粉煤灰与水泥的比例以及工艺流程的控制。还可加入适量的外加剂，以提高砌块强度。4.粉煤灰混凝土路面砖。粉煤灰混凝土路面砖以水泥和粉煤

13、灰为混合胶结料再配以粗骨料等，原料经计量搅拌、成型、养护制成，变更成型的模具可制成方砖、连锁路面砖、仿古砖，绿化种草砖、路沿块及其它形状的路面砖等。成型采用分层面料，即粉煤灰混凝土料和彩色料，还可制成各种彩色的路面砖。粉煤灰混凝土路面砖不但具有普通混凝土路面砖的优点和用途，而且重量轻、导热系数小，长期性能更好。用于车行道、人行道、园林道路、广场、亭院、仿古建筑道路、停车场、护坡和绿化等。5.粉煤灰砖。以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和骨料，经坯料制备，压制成型，高压或常压蒸汽养护而成的粉煤灰砖。以粉煤灰为主，采用水泥为主要胶结料，经坯料制备、压制成型，常压蒸注养护或自然养护而制成的粉煤灰

14、砖。利用85%-90%的粉煤灰与部分添加剂为主要原料，经搅拌半硬塑挤出或半干压法成型砖坯，经燃烧而成的无粘土烧结粉煤灰砖。这种砖打破了国内外烧结砖中最多掺60%粉煤灰的界限。6.粉煤灰陶粒及混凝土制品。陶粒是一种人造轻集料。粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原料，经加工成球，烧结或烧胀而成的称为粉煤灰陶粒。经常温或蒸汽养护而成的称非烧结粉煤灰轻集料。粉煤灰陶粒可用于大型外墙板和混凝土砌块等新型墙体材料。7.粉煤灰混凝土轻质隔墙板。主要是在轻度墙板的基础上，配料时加入部分粉煤灰生产轻度隔墙板，或用水泥粉煤灰泡沫混凝土生产轻度墙板。8.此外，粉煤灰还可用于合成肥料，用作废水，废气的絮凝剂等用途。第二章 回收

15、电厂粉煤灰的技术路线和工艺流程2.1设计原始资料某小型热电厂年排粉煤灰2万吨，水分（Mt）13%，灰分（Ad）52%，挥发分（Vdaf）6%，热值（Q）3500kcal/kg，根据浮选实验资料，吨粉煤灰中精煤产率30%，精煤灰分12%。2.2课程设计的目的通过课程设计，培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力，运用所学知识和查阅科技资料、掌握工艺设计的方法和内容、用文字和图纸表达设计意图、解决实际工程问题，为将来的工作打下基础。2.3设计思路电厂锅炉在燃用无烟煤和劣质烟煤的情况下，由于经济燃烧还存在一些技术上的困难，因此煤粉不能完全燃烧，造成粉煤灰中含碳量增高一般波动在8%20%。全国每年从

16、电站粉煤灰中流失数百万吨的纯炭，不但使煤炭资源白白流失，造成极大的浪费，而且，还由于粉煤灰中含有大量的炭，致使粉煤灰排放数量增加，更主要的是由于粉煤灰中含有未燃尽炭，会造成粉煤灰综合利用困难，影响了粉煤灰资源的开发，不利于环境保护。为了降低粉煤灰中的含碳量和从分利用资源，我国不少部门进行了粉煤灰脱碳处理研究工作。脱碳可以用浮选法，也可以用电选法。浮选法适用于湿法排放的粉煤灰，此方法是利用粉煤灰和煤粒表面亲水性能的差异而将其区分的一种方法。在灰浆中加入捕收剂（如柴油等），疏水的煤粒被其浸润而吸附在由于搅拌所产生的空气泡上，上升至液面形成矿化泡沫层即为精煤。亲水的粉煤灰粒则被作为尾渣排除。为了使空

17、气泡稳定，还需要往灰浆水中加入一种药剂起泡剂（如杂醇油、松尾油等）以减少水的表面张力。电选适用于干法排放的粉煤灰。其原理是利用粉煤灰在高压电场作用下，因灰与炭导电性能不同，而进行分离的方法。粉煤灰是非导体物料（比电阻10101012欧姆·米）；炭粒是良导体物料（比电阻为104105欧姆·米），在圆形电晕电场中，当粉煤灰获得电荷后，炭粒因导电性能良好，很快地将所获电荷通过圆筒带走，便在重力惯性离心力作用下，脱离圆筒表面，被抛入导体产品槽中，而非导体的粉煤灰所获电荷在表面释放速度较慢，故在电场力作用下，吸收在圆筒表面上，被旋转圆筒带到后部，由卸料毛刷排入非导体产品槽中，从而达到

18、灰炭分离。粉煤灰中的碳大多存在于细颗粒中，碳的比表面积较大，孔隙率高，吸附能力强，密度低，天然疏水性强，另外原灰中含水量较高，达13%，适合湿法分选。因此本实验采用浮选法对粉煤灰进行脱碳试验研究。2.4设计流程图调浆非极性捕收剂 煤炭脱水精煤粉煤灰+水 粉煤灰矿浆 浮选槽 尾矿浓缩脱水尾矿将粉煤灰矿浆浓缩到30%（固体质量）左右，注入搅拌槽，同时加入适量捕收剂搅拌20min,然后将矿浆移入浮选机，并添加起泡剂，形成矿化气泡，碳粒吸附在气泡上，浮到矿浆表面，形成泡沫层，由浮选机转动刮板将泡沫刮出，即碳粒产品精矿，简称“碳粒”。亲水的尾矿经浓缩，脱水得到尾矿成品。第三章 物料平衡计算由设计原始资料

19、计算可得： 2万吨粉煤灰的计算：已知粉煤灰2万吨，水分（Mt）13%，灰分（Ad）52%，挥发分（Vdaf）6%粉煤灰中含碳量=1-52%-13%-6%=29% 即含碳量为20000*29%=5800吨而水分为20000*13%=2600吨灰分为20000*52%=10400吨挥发分为20000*6%=1200吨 经过浮选后：吨粉煤灰中精煤产率30%，精煤灰分12%精煤产量为20000*30%=6000吨 精煤灰分为6000*12%=720吨而精煤的含碳量为6000-720=5280吨 调浆加水的量：粉煤灰的固含量=20000*（1-13%）=17400吨又使得调浆浓度=150g/l150g/

20、l=17400*106/v(水) v（水）=1.16*108 m（水）=1.16*105吨加水的量=1.16*105-5800=110200吨第四章 设备选型4.1设备的平面布置图原则1.平面布置要紧凑合理，尽量减少施工用地。2.各项施工设施布置都要满足方便施工、安全防火、环境保护和劳动保护的要求。3.粉煤灰库选择地势较高、排水方便靠近搅拌机的地方。4.临时水电应就近铺设。5.符合施工现场卫生及安全技术要求和防火规范。6.各种施工机械既满足各工作面作业需要又便于安装、拆卸。7.满足浮选药剂、起泡剂、粉煤灰堆放及加工需要。 8.现场布置有利于各流程施工作业。 9.粉煤灰库存区及精煤库存区应注意产

21、品的质量保存。4.2平面布置图4.3浮选设备的选择浮选是在水介质中进行的。物质是否可浮或其可浮性的大小主要取决于这种物质被水润湿的程度，即物质的润湿性。浮选就是根据不同物质被水润湿程度的差异而对其进行分离的。目前最有效地方法就是加浮选药剂处理废物组分，扩大目的组分和非目的组分的可浮性差异。因此，浮选是通过在固体废物与水调成的料浆中加入浮选药剂扩大不同组分可浮性差异，再通入空气形成无数细小气泡，使目的颗粒粘附在气泡上，并随气泡上浮于料浆表面成为泡沫层刮出，成为泡沫产品；不浮的颗粒则仍留在料浆内，通过适当处理后废弃。而浮选机是实现浮选工艺过程的主要装置。浮选机种类很多，按充气和搅拌方式不同，目前生

22、产中使用的浮选机主要有机械搅拌式浮选机、充气搅拌式浮选机、充气式浮选机和气体析出式浮选机4类。 4.3.1机械搅拌式浮选机 机械搅拌式浮选机分两大类：机械搅拌自吸式和机械搅拌压入式。我国使用最多的是机械搅拌自吸式浮选机。如:XJK（选矿用）;XJM 、XJM-S（它是以XJM型为基础，模拟放大改进，最大为XJM-S16m3）、FJG-S8（在XJM-S型的分离区加上振荡器）;XJX、XJZ（最大12m3）等，都是我国目前常用的机械搅拌自吸式浮选机。（如图为XJK型浮选机）4.3.2喷射旋流式浮选机 喷射旋流式浮选机属于空气析出式浮选机。它没有叶轮搅拌，而是由加压矿浆析气形成气泡。特点是气泡直径

23、小，微泡数量多。槽体、刮泡与放矿机构相似于XJM-4型,不同的是采用直流式给矿，槽体之间直接相连，无中矿箱和U形连接管。每两个浮选槽配备1台砂泵，从浮选槽中抽出部分矿浆，使其加压，再从喷嘴中以20m/s左右的高速喷出，使混合室造成负压，吸入空气。高速射流将空气切割、粉碎成细小微泡，并互相混合，沿切线方向进入旋流器。近年来，随着选煤技术的发展，尤其是多种耐磨材料的研制成功，如高纯度氧化铝刚玉耐磨材料、碳化钨、碳化硅钢耐磨材料、陶瓷复合钢耐磨材料的研制成功，解决了磨损问题，喷射旋流式浮选机又得到了新的发展。第三代喷射旋流式浮选机是FJC型，它的系列产品有FJC-4、6、8、12、16、20。而这种

24、喷射旋流浮选机的特点如下：1、微泡量大。因为循环泵加压矿浆增加了空气的溶解度；矿浆从喷嘴高速喷出，压力急剧下降，空气在矿浆中呈过饱和状态，以大量微泡形式析出；提高可浮性和入浮上限（一般浮选机0.5mm，这种浮选机可达1mm）。2、充气搅拌装置是一种喷射式乳化装置。在将气体和矿浆高度分散成微细状态的同时也使药剂受到剧烈的乳化作用,提高药效,降低药耗。3、充气矿浆从旋流器内呈伞状向斜下方甩出,碰到槽底再折向浮选机液面,呈W型运动,与直流的矿浆相遇,增加矿粒与气泡的接触几率。4、气泡分布均匀。每个浮选槽中有4个充气搅拌机构甩出气泡，这比一个大体积的搅拌装置甩出气泡更均匀。 5、 矿浆循环量大。使物料

25、受到多次反复分选，改善分选效果。上图为XPM-8型喷射式浮选机结构示意图。XPM喷射（旋流）式浮选机是我国自行研制的煤用浮选机，现有XPM-4和XPM-8两种型号，单槽容积分别为4m3和8m3。XPM型采用直流式给料、无中矿箱。它的矿浆导入、空气吸入以及矿浆和空气搅拌所需动力均由泵来提供。每两个槽设一矿浆加压循环系统，即从两室之间抽出部分矿浆，经砂泵加压后从分布在每个槽内的4个喷嘴喷射，以产生充气和搅拌作用。此类浮选机具有结构简单，矿浆通过能力高，充气量大，气泡以微泡形式析出等优点。XPM型浮选机其能耗略高于一般机械搅拌式浮选机，如XPM-8型浮选机的能耗和8m3的机械搅拌式浮选机相比，大约多

26、了14%。4.4浓缩设备的选择经过浮选后得到精矿以及尾矿都要进行一定的处理，由于尾矿产量多，必须经由浓缩处理后再脱水，以免造成尾矿的流失导致出现一系列的环境问题。浓缩机是一种用于悬浮液固液有效分离的机械设备,而良好的浓缩机沉降工艺过程，必需具有三个不可短缺的阶段。那就是：混凝脱稳阶段、凝聚造粒阶段、过滤压缩阶段。然而这三个阶段的实现必须要有一定的设备来保证，不然絮凝反应就不可能达到充分，固液分离的效果就不可能达到理想的状态。 4.4.1高效深锥浓缩机高效深锥多锥浓密机主要由深锥、给料装置、搅拌装置、控制箱、给药装置和自动控制尾矿处理系统等组成；工作流程是矿浆首先进入消气桶处理，然后进入旋流给料

27、箱，经过给料桶絮凝后的矿浆进入浓相沉积层，通过浓相沉积层的再絮凝、过滤、压缩作用，澄清的溢流水从上部溢流堰排出，下部锥底排出高浓度的底流。高效深锥浓密机的下部采用大锥角的深锥设置，大大增加了浓密机的压缩区，所以尽管所处理的物料粒度细、浓度较低，但浓密机的底流浓度却很高，可达5070%。另外，高效深锥密机下部采用多锥结构，一方面对压缩区进行变换，使底流浓度更高，另一方面，可使槽体高度大大降低。另外，荥矿机械高效深锥浓密机的给矿中心筒设置的也比较巧妙，给矿中心筒设有受料盘，使给入的矿浆均匀，平稳下落，有效地防止给矿余压造成翻花现象。荥矿机械高效深锥浓密机的溢流堰采取锯齿状结构，改善了因溢流堰不平造

28、成的局部流速加大现象，使之浓密机的溢流均匀缓慢的溢出，彻底消除了跑混沉槽现象。4.5脱水设备的选择脱水是使得精矿/尾矿表面水分（自由水）去除的过程。脱水设备的原理是电动机通过皮带带动内胆高速旋转，于是产生很大的离心力，水分因此通过内胆上的小孔被甩出去，被收集后统一排出。4.5.1沉降式离心脱水机沉降式离心脱水机利用离心力使煤泥水中的固体沉降和浓缩，用螺旋刮刀进行卸料的脱水设备。工作时煤泥水从一侧中间给入，在离心力的作用下甩向四周，颗粒随即沉向四周筒壁，再由刮刀向前推进，同时进一步脱水，最后从排料口排出，澄清水同时由溢流口流出。故而沉降式离心脱水机的脱水过程分为沉淀区和脱水区两个阶段，第一阶段时

29、，固体颗粒在沉淀区受离心力作用而沉降，形成沉淀层；第二阶段沉淀层在脱水区进一步被压紧，沉淀物间隙中的残余水分被挤出。沉降式离心脱水机的优缺点：优点是：处理能力大。入料浓度为230300L时，处理能力达到1114th；产品水分相对稳定。入料煤泥粒度小于0044mm占40一50的情况下，产品水分可以控制在22一24，且不受入料浓度的影响；电耗较低且没有其他辅助设备。该机占地面积小，操作简单易于实现自动化。缺点是：处理浮选精煤粒度小于0044mm超过45的情况下，离心液浓度较高，固体回收率偏低；机体中的筛网和螺旋体易磨损，且检修更换不方便，难度较大。4.5.2真空过滤机真空过滤机是90年代我国选煤厂

30、采用较广泛的浮选精煤脱水的方法，特别是盘式真空过滤机的广泛应用。其原理是利用真空泵抽吸在多孔的隔膜上，造成隔膜两边的压力差，进而将浮选精煤中的固液分离的设备。浮选精煤在真空过滤机中主要经历生成滤饼和滤饼干燥两个阶段。第一阶段随着滤饼逐渐增厚，滤液由浑浊变得澄清；第二阶段滤饼在真空泵的抽吸作用下将滤饼空隙中的部分水分带走，随着干燥时间的增加，滤饼水分显著降低。真空过滤机的优缺点：优点是：过滤面积大、处理能力高、更换滤布方便等。缺点是：真空过滤机的操作过程较为复杂。开动过程需经历开启搅拌装置、给料、开启真空泵、再开鼓风机直至调整真空过滤机转数及给料工作趋于正常；停止时顺次关闭真空泵、鼓风机、搅拌装

31、置等；真空过滤机若保证其工作性能，必须保证较高的真空度，所以保持过滤室和分配头的严密性至关重要，分配头要经常润滑和检查；主轴各段之间的连接密封也很重要，否则也会降低真空度，并会磨损各部件；真空过滤机的辅助设备较多，包括真空泵、鼓风机、气水分离器等，整体能耗较高，既增加运营成本，又不符合国家节能减排的政策。4.5.3快开压滤机压滤机是目前选煤厂处理煤泥的常用设备，尤其是快开压滤机的应用，使压滤机处理煤泥的速度上升到了新的高度。压滤脱水的工作原理是利用给料泵的压力或压缩空气，将浮选精煤矿浆压入相邻两块滤板组成的密闭滤室中，使滤布两边形成压差从而实现固液分离。具体工作过程包括四个阶段，即顶紧滤板、加

32、压过滤、拉开滤板和卸料。对于浮选精煤的处理能力可达0406ttm2，滤饼水分24一28。其优点是滤板更换方便、操作简单。工作稳定及易于实现自动化。但压滤机作为浮选精煤脱水设备的一个致命缺点是，它的工作是间断性的，造成实际生产中重选精煤与浮选精煤混合不均匀，影响总体精煤产品的质量，进而导致产品质量不稳定甚至不合格。4.5.4加压过滤机加压过滤机是一种高效、节能、全自动操作的新型脱水设备。与真空过滤机相比具有数倍过滤推动力，因而不仅具有很大的生产能力，而且具有很低的滤饼水分和清洁的滤液；处理浮选精煤、原生煤泥，工作压力0.25-MPA滤饼水分为16-20%。设备采用计算机自动控制，生产效率高；处理

33、浮选精煤0.50.8T/H.M2：处理原生煤泥0.30.6/T/H.M2。我国从二十世纪70年代开始研制加压过滤机，到90年代通过技术鉴定，再到实际应用于浮选精煤脱水工作，经历了很长一段时间。但其高效、节能、操作自动化、连续稳定的工作、产品水分低等特点使其成为浮选精煤脱水设备中的佼佼者。而加压过滤机特点有以下：(1)产品水分低。加压过滤机生成的滤饼较薄，进而减小了水分通过阻力，使产品水分得到大幅度降低，浮选精煤滤饼水分可控在20以下(工作压力为0.250.3MPa)。(2)生产能力强。加压过滤机滤盘转速较高的特点使其生产能力比真空过滤机高，可达0.50.8tm2，对于水分较高、粒度较小的浮选精

34、煤，真空过滤机处理会比较困难，但加压过滤机则能胜任。加压过滤机可以连续工作，有利于浮精和重精的混合。(3)能耗低。具有良高的经济效益和社会效益。(4)操作自动化。工作步骤和程序虽然复杂，但设备启动、运转、停止等均由计算机控制，液位、料位可自动调整，运转情况通过画面实时显示，并可实现自动报警、自动停止运转等功能。上述几种常用的、成熟的浮选精煤脱水设备中，加压过滤机比较成功地解决了浮选精煤水分居高不下的问题，从而提高了精煤产品的总体质量和市场竞争力，因此，加压过滤机应用于浮选精煤脱水。4.6浮选药剂的选择在浮游选矿过程中，为有效地选分有用矿物与脉石矿物，或分离各种不同的有用矿物，常需添加某些药剂，

35、以改变矿物表面的物理化学性质及介质的性质，这些药剂统称浮选药剂。浮选药剂按其用途可分为三类：捕收剂、起泡剂、调整剂。在浮选工艺中正确选择、使用浮选药剂是调整物质可浮性的主要外因条件。4.6.1捕收剂捕收剂的主要作用是使目的颗粒表面疏水，增加可浮性，使其易于像气泡附着。常用的捕收剂主要是有异极性捕收剂和非极性油类捕收剂两类。典型的异极性捕收剂分子由极性基（亲固基）和非极性基（疏水基）两部分组成。非极性油类捕收剂没有极性基。极性基活泼，能与废物表面发生作用而吸附于废物表面，饱和废物表面未饱和的键能。非极性基起疏水作用，是具有石蜡或烃类那样的疏水性，朝外排水而造成废物表面的“人为可浮性”，这就是捕收

36、剂与废物表面作用的基本原理。典型的异极性捕收剂有黄药、油酸等。黄药能与许多含重金属和贵金属离子的废物生成表面难溶盐化合物，如含Hg、Au、Bi、Cu、Pb、Co、Ni等的废物，它们与黄药生成的表面化合物的溶度积小于10-10。而油酸在水中不易溶解和分散，实践中常需加溶剂乳化或制成油酸钠使用。非极性油类捕收剂主要包括脂肪烷烃CnH2n+2和脂环烃CnH2n和芳香烃三类。这类捕收剂因难溶于水，不能解离为离子而得名。常用的非极性油类捕收剂有煤油、柴油、燃料油、重油、变压器油等。目前，单独使用非极性油类捕收剂的，只是一些天然可浮性很好的非极性废物颗粒，如粉煤灰中未燃尽的碳的回收、废石墨的回收等。捕收剂

37、在矿物表面的作用有物理吸附、化学吸附和表面化学反应。捕收剂的吸附与矿物浮选行为有密切关系。在一定的捕收剂浓度范围内，随着药剂浓度提高，吸附量增大，浮选回收率显著上升；浓度达到相当值后，回收率随浓度及吸附量提高的幅度变小；捕收剂浓度过高时，吸附量还可继续增大，但浮选回收率却不再升高，甚至反而下降。因此，在浮选过程中要正确掌握捕收剂的用量，以获得最佳效益。4.6.2起泡剂起泡剂的主要作用是促进泡沫形成，增加分选界面，它与捕收剂有联合作用。起泡剂的共同结构特征是：a.它是一种异极性的有机物质，极性基亲水，非极性基亲气，使起泡剂分子在空气和水的界面上产生定向排列。b.大部分起泡剂是表面活性物质，能够强

38、烈地降低水的表面张力。c.起泡剂应有适当的溶解度。溶解度过大，则药耗大或迅速产生大量泡沫，但不耐久。溶解度过小，来不及溶解即随泡沫流失或起泡速度缓慢，延续时间较长，难以控制。常用的起泡剂有松醇油、脂肪醇等。起泡剂与捕收剂不仅在气泡表面有联合作用，在废物表面也有联合作用，其称为“共吸附”现象。由于废物表面和气泡表面都有起泡剂与捕收剂的共吸附，因而产生共吸附的界面“互相穿插”，这是颗粒向气泡附着的机理之一。4.6.3调整剂调整剂主要用于调整捕收剂的作用及介质条件。其中促进目的颗粒与捕收剂作用的成为活化剂；抑制非目的颗粒可浮性的称为抑制剂；调整介质pH的称为pH调整剂；促使料浆中目的细粒联合变成较大

39、团粒的称为絮凝剂；促使料浆中的非目的细粒成分散状态的药剂称为分散剂。调整剂在矿浆中的调节作用是多种多样的。a.排除矿浆中影响浮选选择性的离子。如用油酸浮选含Ca2+废物时，矿浆中Mg2+、Ba2+等碱土金属离子的存在会破坏油酸对含Ca2+废物的选择性。因此为了消除它们的影响，常加能与Mg2+、Ba2+强烈作用的物质为调整剂。b.调整矿浆中的离子组成。常用酸、碱来调整矿浆的pH值，从而控制矿浆中各组分的离子分子组成。c.形成难溶化合物。这是消除某些有害离子的重要调整方法。如加入OH-，可使许多金属阳离子形成难溶的氢氧化物沉淀，消除它们对浮选的影响。d.形成易溶但稳定的络合物。如磷酸盐先与Ca2+形成难溶的Ca3（PO4）2，然后形成可溶性的络合物（CaNaP3O9）m。第五章 经济效益与环境影响5.1经济效益分析煤灰综合利用率达到了95%以上，处理1t粉煤灰（为简化计算，以1t计算）可选取0.3t精碳，按每吨220元计算，可获得66元；可选取尾矿为0.70t，按每吨32元/t计算，可获得22