摘要：粉煤灰加气砼建材的工业生产矿浆质量分数在50%以上，为验证太钢粉煤灰在该浓度下的浮选脱碳的可行性，并与实际生产工艺形成低成本联动。本试验采用一段式浮选，通过单因素试验、分散剂试验，探究矿浆质量分数为50%条件下的最佳浮选脱碳条件。结果表明：在充气量120 L/h，硅酸钠1 000 g/t，煤油800 g/t，仲辛醇150 g/t条件下，粉煤灰的烧失量最低，为2.31%，产率达到84.00%。少量添加硅酸钠能够有效改善浮选效果，相较于无添加组，粉煤灰烧失量降低0.60%，产率提高0.86%。

　　关键词：粉煤灰；浮选；脱碳；分散剂

　　粉煤灰是燃煤电厂产生的固体废弃物，也是一种重要的建筑材料，常被用作加气砼板、粉煤灰砖、混凝土等原料[1-2]。不同地区、不同工艺产生的粉煤灰性质差异较大，通常表现为烧失量、细度、成分差异等。其中未燃尽的碳是烧失量的主要来源，过高的烧失量会影响粉煤灰的等级，甚至降低粉煤灰建材产品性能[3-4]，因此，许多研究者从粉煤灰脱碳的角度出发，探究了诸多方法，如薛芳斌[5]选用山西某电厂烧失量为17.14%的粉煤灰为原料，探究了不同药剂制度对粉煤灰浮选脱碳的影响，结果表明在煤油2 000 g/t，2#油2 000 g/t的条件下浮选效果最佳。李海兰[6]通过单因素试验和“一粗四精一扫”的浮选流程，探究了超声场下粉煤灰浮选脱碳的最佳工艺条件，实现粉煤灰的有效回收。

　　上述研究均能取得良好的脱碳效果，但在粉煤灰建材产品工业生产中难以与现有的工艺相匹配，具体表现在成品水分过高、工艺复杂、成本偏高等。因此，本试验结合建材生产的矿浆浓度，研究了太钢粉煤灰浮选脱碳的可行性，为粉煤灰综合利用提供新思路。

　　1试验原料分析

　　试验所用粉煤灰来自于宝武环科山西公司，是由太钢的煤粉炉发电机组产生的，粉煤灰的主要化学成分如表1所示，粒度分布如图1所示，XRD图谱如图2所示。

　　由表1可知，粉煤灰中SiO2质量分数为46.30%、Al2O3质量分数为33.37%，其活性较高，是生产建筑材料的优质原料。粉煤灰的C质量分数为8.29%，可通过浮选进一步脱碳，以提高粉煤灰的质量。由图2的粒度分布可知，粉煤灰的粒径较细，D50、D90分别为61.01μm和149.7μm，结合其烧失量和粒径分布可知，该粉煤灰属于二级灰。

　　由图2可知，构成粉煤灰的主要相为非晶玻璃体，少量的石英，以及高温燃烧—冷却过程中生成晶体相莫来石，其分子式为3Al2O3·2SiO2。

　　2试验方案

　　2.1试验设备及参数

　　主要设备有：Bettersize3000激光粒度仪；XFD 1 L浮选机，转速2 000 r/min；抽滤机；干燥箱；电子天平；箱式电阻炉；D8 DISCOVER A25 X射线衍射仪等。

　　2.2试验方案

　　本试验选择煤油作为捕收剂，仲辛醇作为起泡剂，粉煤灰的烧失量测定依照GB/T 176—2017水泥化学分析方法进行。浮选流程如图3所示，采用一段浮选工艺。首先将原料进行烘干，温度为90℃,时间2 h；称取500 g粉煤灰置入1 L的浮选槽中，加水没过刻度线；开启叶轮搅拌，调浆时间为5 min；添加分散剂2 min（只在分散剂试验中添加）；添加捕收剂3 min；添加起泡剂1 min；开启充气10 s后进行刮泡，直至泡沫层中无矿物浮出，结束浮选。

　　粉煤灰建材工业生产的矿浆质量分数为50%左右，因此，本试验控制矿浆质量分数为50%。单因素条件试验：分别探究不同充气量（40~200 L/h）、不同捕收剂质量浓度（200~1 000 g/t）、不同起泡剂质量浓度（50~250 g/t）对粉煤灰脱碳浮选的影响，得到最佳浮选条件。分散剂试验：在上述最佳条件的基础上，通过添加不同质量浓度的硅酸钠（50~200 g/t），探究分散剂对高浓度矿浆浮选效果的影响。

　　3结果与讨论

　　3.1充气量

　　根据经验选定煤油用量为600 g/t，起泡剂用量为150 g/t，进行不同充气量浮选试验。充气量分别为40、80、120、160、200 L/h，试验结果如图4所示。

　　由图4可知，在充气量为120 L/h时，浮选效果最佳，此时粉煤灰的烧失量为3.28%，产率为80.08%。在充气量为40 L/h时，由于矿浆质量分数为50%，产生的泡沫层较少，难以将粉煤灰中的碳完全捕收，导致其烧失量偏高，为5.38%。当继续增大充气量至200 L/h时，粉煤灰的烧失量变化幅度较小，但产率明显降低78.58%，此时泡沫层不稳定，产生严重的水流夹带，导致产率降低。所以，当充气量为120 L/h时，泡沫层较为稳定，矿化后的气泡能够保持稳定的体积而不破裂。

　　3.2捕收剂

　　确定充气量为120 L/h，起泡剂用量为150 g/t，进行不同捕收剂用量浮选试验。捕收剂用量分别为200、400、600、800、1 000 g/t，试验结果如图5所示。

　　由图5可知，当煤油用量为800 g/t时，粉煤灰的烧失量趋于平稳为2.91%，产率为83.87%。继续增大捕收剂用量至1 000 g/t时，粉煤灰的烧失量恒定，但产率减少至83.42%，说明此时捕收剂的选择性降低，在浮选的同时将尾矿捕收至泡沫层。由此可知最佳的煤油用量为800 g/t。

　　3.3起泡剂

　　确定充气量为120 L/h，捕收剂用量为800 g/t，进行不同起泡剂用量浮选试验。起泡剂用量分别为50、100、150、200、250 g/t，试验结果如图6所示。

　　由图6可知，当仲辛醇用量在100~200 g/t时，粉煤灰脱碳浮选的效果较好，最佳用量为150 g/t，此时粉煤灰的烧失量为2.93%，产率为83.14%。当仲辛醇用量为50 g/t时，起泡效果较差，泡沫量少，无法携带过多精矿至泡沫层，导致粉煤灰烧失量偏高，为3.97%。当仲辛醇用量为250 g/t时，产生的泡沫过多，极大地缩短了诱导时间，容易造成水流夹带现象[7]，且泡沫层不稳定，导致部分精矿回落至矿浆中。此时，粉煤灰的烧失量最高，为3.76%，产率降低至79.24%。

　　3.4分散剂试验

　　通过上述试验确定最佳浮选条件为：矿浆质量分数50%，充气量120 L/h，捕收剂用量800 g/t，起泡剂150 g/t。在此基础上进行分散剂试验，添加模数为2.0的硅酸钠，添加量为500、1 000、1 500、2 000 g/t，试验结果如图7所示。

　　由图7可知，硅酸钠用量为0 g/t时，为前期试验的最佳浮选条件，此时，粉煤灰的烧失量为2.91%，产率为83.14%，在单因素试验中效果最佳。当硅酸钠添加量在1 000 g/t时，可显著提高浮选效果，粉煤灰的烧失量明显降低，由2.91%降低至2.31%，且产率有小幅度上升，由83.14%升高至84.00%。这是因为硅酸钠既有分散作用，也有抑制作用。由于矿浆浓度较高，流动性较差，当少量添加硅酸钠时，可有效防止颗粒的沉降和絮凝现象的发生，以提高浮选效率[8]。当硅酸钠添加量过高时，反而起到了抑制剂的效果，使得捕收剂的作用效果下降，精矿难以浮出。因此，当硅酸钠添加至2 000 g/t时，粉煤灰的烧失量大幅度提高至5.41%。

　　4结论

　　1）在矿浆质量分数为50%的条件下，最佳的浮选条件为：充气量120 L/h，硅酸钠1 000 g/t，煤油800 g/t，仲辛醇150 g/t。该条件下粉煤灰的烧失量最低，为2.31%，产率能够达到84.00%。

　　2）添加1 000 g/t的硅酸钠能够显著改善浮选效果，相较于无添加组，粉煤灰烧失量降低0.60%，产率提高0.86%。

　　3）本试验从工艺的角度验证了太钢粉煤灰50%浓度下的浮选脱碳可行性，可与实际建材生产工艺形成联动，浮选后的矿浆无需脱水即可进行建材生产。

　　参考文献

　　[1]邓庆德，姬海宏，胡鑫，等.燃煤电厂飞灰脱碳技术研究进展[J].华电技术，2018，40（10）：56-58.

　　[2]姚明钊，李强，张跃军，等.高浓度浮选技术的发展与应用[J].现代矿业，2016，32（4）：75-77.

　　[3]毕雯惠，朱亚光，徐培蓁，等.浮选脱碳粉煤灰砂浆性能试验研究[J].青岛理工大学学报，2023，44（2）：1-8.

　　[4]桂夏辉，邢耀文，曹亦俊，等.低品质煤泥浮选过程强化研究进展及其思考[J].煤炭学报，2021，46（9）：2715-2732.

　　[5]薛芳斌，纪莹璐，宋慧平，等.粉煤灰浮选脱碳试验研究[J].粉煤灰综合利用，2013（4）：14-16.

　　[6]李海兰，王凡，王录峰.超声波辅助粉煤灰浮选脱碳[J].洁净煤技术，2018，24（4）：46-49.

　　[7]赵乐，牛超.低阶煤煤泥浮选研究现状及未来发展趋势[J].煤炭加工与综合利用，2022（12）：65-68.

　　[8]李大虎，汪录，徐东方，等.Na2SiO3强化煤和蒙脱石浮选分离的作用机理研究[J].煤炭工程，2023，55（5）：160-165.