焦化废水在选煤厂的应用研究.doc

摘 要随着中国钢铁工业的飞速发展,中国的焦化工业呈现高速增长趋势,2003年焦炭总产量约占世界焦炭总产量的46%,出口焦炭约占世界焦炭贸易总量的56%,中国已成为世界焦炭生产、消费及贸易第一大国。焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，水质随原煤组成和炼焦工艺而变化，是一种典型的难降解有机废水。废水中含有焦油、酚、氰、氨及大量有机物，其成分复杂，毒性大，它的超标排放对人类、水产、农作物都可构成很大的危害。而选煤中需用到大量的水，因此,研究焦化废水是否可以应用到选煤中是我们极有必要进行试验的重要课题。本文以盘子棋煤为研究对象，在1L浮选槽中不同剂量的捕收剂柴油、起泡剂仲辛醇条件下，研究了使用自来水和焦化废水对煤的浮选效果的影响。试验结果表明与自来水选煤效果相比，使用焦化废水后，均可以不同程度地提高精煤的产率，尾煤灰分也是提高的，可将焦化废水用于选煤生产。焦化废水选煤试验中，在矿浆浓度为100g/L条件下1L矿浆的最佳药剂制度为0.04ml的起泡剂和0.40ml的捕收剂。关键词：焦化废水，选煤厂，浮选，浮选药剂ABSTRACT With the rapid development of Chinas steel industry, Chinas coking industry fast grows.The total output of coke in 2003 accounted for about 46% of the worlds total output of coke, export coke about 56% of the total of worlds coke trade, and China has become world coke production, consumption and trade superpower. Coking wastewater is theprocess of coal carbonization at high temperature and gas purification, chemical products formed during the waste water purification, water quality, composition and coking coal with the change process is a typical refractory organic wastewater. They may contain tar, phenol, cyanide, ammonia and a large number of organic compounds, their complex composition, toxicity, and its excessive emissions on humans, aquatic products, crops can be a great harm. Preparation of the need to rely on large amounts of water, and therefore the study can be applied to coking coal preparation waste water is imperative that we tested an important issue. This paper, with coal chess in 1L flotation cell flotation of different doses of diesel oil and foaming agent , study the coal flotation effect of using water and wastewater . The results showed that compared with the effect of water Coal, coking wastewater after use, can significantly enhanced the yield of clean coal, coal ash is enhanced tail can be used for coking coal preparation waste water production. Coal coking wastewater experiments, the best pharmaceutical system as 0.04ml foaming agents and 0.40ml collector of 1L slurry. Keywords: wastewater，coal preparation plant，floatatinon, floatation agent目录摘 要IABSTRACTII目录III绪 论1焦化废水在选煤厂的应用研究2第一章 文献综述及选题背景21.1 焦化废水的主要来源21.2 焦化废水的主要成分21.3 焦化工业废水的危害21.4 焦化废水的处理方法与发展31.4.1 焦化废水处理工艺的发展历程31.4.2 活性污泥法31.4.3 生物膜法51.4.4膜分离61.5 煤的浮选工艺81.5.1浮选法81.5.2浮选工艺流程111.5.3煤的可浮性121.6选题背景及研究目的131.6.1 选题背景131.6.2研究内容13第二章 试验与分析152.1 试验流程152.2 试验所用仪器设备162.3试验所用浮选药剂162.4浮选试验方法172.5浮选试验选择药剂制度的试验条件18第三章 自来水、焦化废水选煤效果的的考察203.1煤样分析203.2焦化废水性质分析203.2.1水样处理203.2.2 焦化废水的色谱-质谱联用分析233.3试验过程283.3.1浮选试验283.3.2测定灰分293.4试验结果处理与分析293.4.1自来水浮选数据处理与分析293.4.2焦化废水浮选数据处理与分析323.4.3自来水与焦化废水试验结果比较35第四章 结论与建议404.1结论4042对今后工作的建议40参考文献42致谢4342绪 论 随着中国钢铁工业的飞速发展,中国的焦化工业呈现高速增长趋势,2003年焦炭总产量约占世界焦炭总产量的46%,出口焦炭约占世界焦炭贸易总量的56%,中国已成为世界焦炭生产、消费及贸易第一大国。焦化工业是中国最大焦炭生产基地山西省的支柱产生,山西省焦炭产量约占全国总产量的40%,占世界的20%;山西焦炭出口量占全国焦炭总出口量的80%。焦化行业在为山西创造经济效益的同时,也造成了严重的环境污染和生态破坏。焦化行业废水排放量占到全省相应排放总量的30%以上,焦化工业成为山西环境污染最严重的行业之一。对水体和水生物、人体还有农业都有很大的危害，实现环境保护,走清洁生产道路是焦化工业实现可持续发展的必由之路。但焦化废水处理难度大，目前各企业对这类废水的处理主要采取生化法，但在生化处理过程时废水中酚及残余焦油等含量偏高，活性污泥微生物难以驯养，导致生化处理工艺正常运转比较困难。总之,焦化废水的成分复杂,污染物种类繁多,其中不少属于有致癌致突作用的生物活性物质。1另一方面，我国是一个富煤、贫油、缺天然气的国家。煤炭在我国一次能源中所占的比例高达75%左右，预计到2020年煤炭仍将占一次能源的60%以上。虽然煤在一次能源中所占的比重逐渐下降，但由于能源消费总量的增加，煤的需求量仍将以平均每年3.6%的速度增长，到2050年煤炭需求将达到30-40亿吨。因此我国以煤为主的能源结构在今后相当长的时间内不会发生大的变化2。而选煤工艺中需要耗用大量的水资源，在水资源日益缺乏的现今时代，能节约用水既是保护环境之举又有明显经济效益。因此深入研究焦化废水在选煤中的应用对实现焦化废水的处理和选煤用水都有着非常重要的现实意义。影响煤矿浮选的因素很多，其中捕收剂、起泡剂和浮选时间等的影响相当显著。深入研究浮选过程中各因素对选煤结果的影响，对提高精煤产率降低灰分含量有重要的指导意义。对有效利用煤炭资源以保障国家建设和减少焦化废水的排放危害、使经济、环境可持续发展都具有重要意义。焦化废水在选煤厂的应用研究第一章 文献综述及选题背景1.1 焦化废水的主要来源 焦化废水主要来自炼焦，煤气净化过程及化工产品的精制过程，其中以蒸氨过程中产生的剩余氨水为主要来源,。焦焦化生产工艺中要用大量的洗涤水和冷却水,也就产生了大量的废水。1.2 焦化废水的主要成分 焦化废水含有多种污染物，包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解有机化合物的工业废水，其含有的有机污染物有苯类、酚类、吡啶类、萘类、杂环化合物类及多环芳烃类，其中酚类化合物约占有机污染物总量的70%；焦化废水中含有的无机污染物有硫氰化物、氰化物、氨、铵盐、硫化物等，其中硫化物和氨含量较高。焦化废水处理难度大，目前各企业对这类废水的处理主要采取生化法，但在生化处理过程时废水中酚及残余焦油等含量偏高，活性污泥微生物难以驯养，导致生化处理工艺正常运转比较困难3。1.3 焦化工业废水的危害焦化废水的危害涉及范围广危害严重，主要包括以下三个方面：(1)对水体和水生物的危害。焦化污水主要含有机物,绝大多数有机物具有生物可降解性,能消耗水中溶解氧。当水中氧浓度低于某一限值,水生动物的生存会受到影响。当水中氧消耗殆尽时,水质就严重恶化。污水中的其他物质如油、悬浮物、氰化物等对水体与鱼类也都有危害,含氮化合物能导致水体富营养化。(2)对人体的毒害作用。污水中含有的酚类化合物是原型质毒物,可通过皮肤、黏膜的接触吸入和经口服而侵入人体内部,使人体细胞失去活力,另外,还可进一步向深部渗透,引起深部组织损伤或坏死;低级酚还能引起皮肤过敏,长期饮用含酚污水会引起头晕、贫血以及各种神经系统病症。(3)对农业的危害。用未经处理的焦化污水直接灌溉农田,会使农作物减产和枯死;污水中的油类物质堵塞土壤孔隙,使土壤含盐量高,土壤盐碱化。4 1.4 焦化废水的处理方法与发展 焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，水质随原煤组成和炼焦工艺而变化，是一种典型的难降解有机废水。废水中含有焦油、酚、氰、氨及大量有机物，其成分复杂，毒性大，它的超标排放对人类、水产、农作物都可构成很大的危害。1.4.1 焦化废水处理工艺的发展历程20世纪80年代一般采用的工艺为：废水回收调节隔油生物处理排放。20世纪90年代一般采用的工艺为：废水回收调节隔油生物处理深度处理回用（熄焦，污染物转移排放）或排放。其中深度处理多采用混凝或活性炭吸附工艺。21世纪开始采用的工艺为：废水回收调节隔油生物膜法膜分离回用（作为冷却水、消防用水、绿化水，实现零排放）。从整个生化处理的过程中，我们可以清楚地看出关键的处理工序是生物处理部分，而整个生化工艺的发展也主要是针对这个部分进行深入的研究。1.4.2 活性污泥法1.4.2.1传统活性污泥法待处理的污水与来自二沉池回流污泥同时从曝气池池首进入池内，泥水混合液以推流形式流动到曝气池末端，然后进入二沉池进行泥水分离。曝气池内泥水流动的同时，对池中进行不断 供氧。传统活性污泥法的特点：一是工艺成熟，运行稳定；二是有机物去除效率高，BOD5的去除率通常为9095；三是曝气池耐冲击负荷能力较低；四是需氧与供氧矛盾较大，池首段供氧不足，池末端供氧大于需氧，造成浪费；五是曝气池容积大、占地面积大、基建费用高、电耗大；六是脱氮除磷效率低，只有1030。1.4.2.2阶段曝气活性污泥法阶段曝气活性污泥法是传统活性污泥的一种改进形式，由曝气池首的一点进水，改为沿曝气池池长的多点进水。阶段曝气活性污泥法的特点：一是有机污染物在池内分配的均匀性，缩小供氧和需氧的矛盾；二是供气的利用率高，节约能源；三是耐冲击的能力高于传统活性污泥法；四是曝气池混合液中污泥浓度沿池长逐步降低，流入二沉池的混合液中的污泥量较低，可提高二沉池固液分离效果。1.4.2.3吸附再生活性污泥法吸附再生活性污泥法是将活性污泥对有机物的“吸附”和“代谢稳定”的两个阶段分在两个相对独立的构筑物中完成。吸附再生活性污泥法的特点：一是对冲击的适应性较强；二是可设置活性污泥“吸附”和“代谢”有机物的最佳工作状态，构筑物体积小于传统活性污泥法；三是出水水质较传统活性污泥法较差；四是当有机物是以溶解性BOD为主时，不宜采用吸附再生活性污泥法。1.4.2.4完全混合式活性污泥法有机污染物进入完全混合式曝气池后立即与混合液充分混合，池中F/M值相同，溶解氧浓度一致。它的运行工况点位于活性污泥的增长曲线的某一点上。完全混合式活性污泥法的特点：一是系统混合稀释作用强，对冲击负荷抵御能力较强；二是通过F/M值调整，易于实现最佳条件的控制；三是混合液需氧量均衡，动力消耗低于传统活性污泥法；四是易于产生污泥膨胀。1.4.2.5生物吸附降解活性污泥法（AB法）AB法由A段和B段组成，串联运行。A段为生物吸附段，B段为生物降解段。生物吸附降解活性污泥法的特点：一是通常不设初沉池；二是A段、B段既独立又联系，可以根据进水水质特点和要求，灵活地调整运行参数；三是AB法污泥量大；四是脱氮除磷效果不好。1.4.2.6序批式活性污泥法将初沉池出水引入具有曝气功能的SBR反应池，按时间顺序进行进水、曝气反应、沉淀、出水、待机（排泥与闲置）等基本操作，从污水的流入开始到待机时间结束称为一个操作周期。序批式活性污泥法的特点：一是工艺流程简捷，在一个池内可以完成几个工艺流程，其工程造价与传统的活性污泥法相比省22，占地少30；二是处理效果好；三是控制灵活，易于实现脱氮除磷；四是污泥的沉降性能好；五是可以防止污泥膨胀。1.4.2.7氧化沟活性污泥法氧化沟一般呈环状沟渠形，通过转刷（或转盘和其他机械曝气设备），使污水和混合液在环状的渠内循环流动，依靠转刷推动污水和混合液流动而进行曝气。氧化沟活性污泥法的特点：一是氧化沟工艺结合了推流和完全混合两种流态，提高了氧化沟系统的缓冲能力；二是具有明显的溶解氧浓度梯度，有利于节约能源和减少化学药剂的用量；三是整体体积功率密度较低，提高混合液中泥水混合程度，有利于充分切割絮凝的污泥，也利于污泥的再絮凝；四是氧化沟工艺流程简捷；五是处理效果稳定，出水水质好。1.4.3 生物膜法生物膜法是通过附着在载体或介质表面上的细菌等微生物生长繁殖，形成膜状活性生物污泥生物膜，利用生物膜降解污水中的有机物的生物处理方法。生物膜中的微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同时微生物自身也得到增殖。1.4.3.1生物膜法的主要特点生物膜法的主要特点为：微生物种群丰富，除细菌和原生动物外，还出现活性污泥法中少见的真菌、藻类和原生动物等，同时还存在厌氧菌；优势菌种分层生长，传质条件好，有利于有机物的降解；工艺过程稳定，适应性强，可以间歇运行；动力消耗少，运行管理方便，不会发生污泥膨胀现象。1.4.3.2生物膜法的主要类型和工艺(1)普通生物滤池污水先进入初沉池，去除可沉悬浮物，接着进入生物滤池。在滤池内设有固定生物膜的载体（滤料），污水由上而下过滤时，不断与滤料相接触，微生物就在滤料表面逐渐形成具有降解有机物功能的生物膜，经过滤池处理的污水和滤池滤料上脱落的老化生物膜流入二沉池，经过固液分离后，排出净化水。(2)高负荷生物滤池高负荷生物滤池是在普通生物滤池的基础上加以改进而来的，是通过限制进水BOD值和在运行上进行出水回流等技术来实现的。(3)塔式生物滤池塔式生物滤池由塔体、滤料、布气系统及通风、排水系统组成。延长了污水、生物膜和空气接触的时间，处理能力相对较高。(4)生物接触氧化法净化污水主要依靠载体上的生物膜作用，池内存在一定浓度的悬浮活性污泥，因此兼有活性污泥法和生物膜法的优点。(5)生物转盘核心处理装置是表面附有生物膜的盘片。盘片约有一半浸没在污水水面下，盘片在水平轴的带动下缓慢转动。圆盘浸没在污水中时，污水中的有机物被盘片上的生物膜吸附。当盘片离开污水时，盘片表面形成的水膜从空气中获得氧气，在微生物的作用下，被吸附的有机物发生降解和转化。此外，盘片在污水液面以上时，氧气进入盘片表面的液膜中并使液膜中的氧气含量饱和。当盘片在转入污水中时，由于有氧的存在，生物膜继续进行生化反应和吸附。同时通过盘片的搅动，也可把空气中的氧带入反应槽中。在运行过程中，生物膜的厚度不断增加，盘片表面生长的生物膜厚度为1 mm4 mm。由于盘片转动可产生剪切力，而且由于生物膜老化附着力降低，在降解有机物的同时生物膜不断进行新老交替。(6)曝气生物滤池曝气生物滤池是由浸没式接触氧化与过滤相结合的生物处理工艺。它是一种新型高负荷淹没式三相反应器，兼有活性污泥法和生物膜法两者的优点，并将生化反应与吸附过滤两种处理过程合并在同一构筑物中完成。(7)生物流化床生物流化床是借助流体（液体、气体）使表面生长着微生物的固体颗粒（生物颗粒）呈流态化，实现去除有机物的一种生物膜法。1.4.4膜分离废水经生物处理过后，送往熄焦池以供熄焦，实现酚水的闭路循环，从而减少了排污，降低了运行费用。但是此时的污染物转移问题也值得考虑和进一步研究，因此出现了膜分离法。将生物处理过的废水进一步处理，降低了污染物的浓度，可以使这部分水用于绿化灌溉、设备冷却水等加以循环利用，减少了企业的生产用水量，杜绝了废水因排放不达标所造成的污染纠纷问题。利用膜的选择透过性能将离子或分子或某些微粒从水中分离出来的过程称为膜分离过程。1.4.4.1膜分离过程的特点可在室温和无相变条件下进行，能耗低，具有广泛的适用性；规模可大可小，易于自控；不需要外加物质，节约原材料；利用膜孔大小分离物质，不会破坏物质结构和属性；分离和浓缩同时进行，可回收资源。1.4.4.2膜分离的分类(1)电渗析在外加直流电场作用下，水中的阴、阳离子作定向迁移，利用离子交换膜的选择透过性，从而使水中的离子与水分离的物理化学过程称为电渗析。(2)反渗透水通过膜由稀溶液进入浓溶液的过程称为自然渗透。在浓溶液的一端施加压力，使浓溶液中的水通过膜进入稀溶液的过程称为反渗透。它需在高压下运行，需配备高压泵和耐高压的管路。反渗透膜装置对进水指标有较高要求，易产生膜污染，为延长膜使用寿命和提高分离效果，需定期对膜进行清洗。(3)超滤它是膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应，以筛滤为主。(4)微滤它是以压力为推动力，以膜的截留作用为机理的过滤技术。可以阻止水中的悬浮物、微粒和细菌等大于膜孔径的杂质。其特点：一是孔径较均匀，过滤精度高。二是孔隙率高，过滤速度快。孔隙率可达7080，孔的数目约为1107个/cm2。三是膜很薄，流道短，对流体的阻力小，因而过滤速度很快，吸附容量小。四是无介质脱落，保证滤液洁净。它是由高分子聚合物制成的均匀连续体，无碎屑、纤维等杂质脱落。五是品种多，应用面广。六是过滤过程中无浓缩水排放。微孔滤膜类似于机械过滤，水中的微粒和细菌等杂质几乎全部被截留，仅有少量杂质渗入到膜孔，大量的杂质堆积于膜表面。因此必须进行预处理，以延长膜的使用寿命。5 1.5 煤的浮选工艺1.5.1浮选法是选金生产中应用最广泛的一种选矿法。是利用矿物表面物理化学性质的差异来选分矿石的一种方法。1.5.1.1浮选法的发展沿革中国古代曾利用矿物表面的天然疏水性来净化朱砂、滑石等矿质药物，使矿物细粉飘浮于水面，而无用的废石颗粒沉下去。在淘洗砂金时，用羽毛蘸油粘捕亲油疏水的金、银细粒，当时称为鹅毛刮金。明宋应星天工开物记载，金银作坊回收废弃器皿上和尘土中的金、银粉末时“滴清油数点，伴落聚底。这就是浮选法选金的最初应用。18世纪人们已知道固体粒子粘附在气泡上能升至水面的现象随着人们对金属需求量的增加，急于找到一种方法回收矿石中细粒金属。19世纪末，随着人们对矿物表面性质的认识深化，出现了薄膜浮选法和全油浮选法。20世纪初，泡沫浮选法应用选别有色金属和黄金矿 今天所应用的泡沫浮选起源于几乎一个世纪以前的澳大利亚。1911年在美国蒙大拿州的Basin建立了第一座浮选厂-Timber Butte选厂。到1980年,239座浮选厂共消耗了772万t浮选药剂和656亿kWh的能量,处理了44亿t矿石。1980年,消耗了383万t浮选药剂,从205亿t的铜矿石中生42万精矿。处理量第二大的矿石是磷酸盐矿石109亿t,消耗了227万t药剂,生产出2660万t磷精矿。铁矿石的生产主要也采用浮选法,从3890万t的矿石中生产出2150万t的铁精矿,消耗掉61万t浮选药剂。由于世界范围内几乎有20亿t矿石是经过浮选处理的,因此泡沫浮选显然是表面化学在工艺中最重要的应用之一,尤其是用于控制液-固界面。成功的浮选分离取决于在液体介质中固体颗粒与气泡间的相互反应。通过添加适宜的浮选药剂和pH调整剂来改进水分子与矿物表面间的相互反应的方法是实现从大量的复杂矿石(我们的矿物资源)中选择性地分离有用矿物的关键。泡沫浮选法并不是起源于理论研究,而是本世纪的经验积累的结果。若不是所有的理论研究,至少也是大多数理论研究用来解释现有工艺的良好性能。大多数选矿和冶金基础研究带有事后检查研究性质,或者如弗莱明和凯彻内尔精辟的描述,它是一门“追踪科学”。浮选法的发生和发展也促进了黄金选矿业的发展，特别是对脉金矿的利用和在有色金属矿石中综合回收黄金创造了条件目前，浮选法已成为处理金矿石生产黄金的重要工艺。我国许多脉金矿山选矿厂是以浮选工艺为主或以单一浮选工艺装备起来的。浮选厂的金回收率达到90%以上且可综合回收以金为主的低品位多金属。小于10um细颗粒金是很难用重选法回收的浮选利用矿物表面物理化学性质的差异可以选收细粒，甚至微细粒矿物。超细粒浮选或荷载体浮选和离子浮选可以回收微细粒金。解放前中国有几座黄金浮选厂和副产回收金银的有色金属浮选厂。目前，黄金浮选工艺已广泛用于金选矿厂，即使是乡镇小矿和个体采金户均能成功于运用浮选法选收黄金。1.5.1.2浮选基本原理矿物颗粒自身表面具有疏水性或经浮选药剂作用产生或增强疏水性。疏水就是亲油和亲气体，可在液，气或水油的界面发生聚集。经过一系列工艺处理后的金矿粒虽然密度大却能与气泡和浮选剂亲合而被浮于浮选机的矿液表面，将作为泡沫产品回收。这是目前常用于黄金浮选的一种方法。它适于选别0.5mm至10um的金矿粒。当入选矿粒小于l0um时需要采用特殊的浮选法。常用的有用絮凝剂使细粒金或含金矿物絮凝成较大颗粒，脱出脉石细泥后再浮去粗粒脉石，这是絮凝浮选。荷载体浮选是用粒度适于浮选的矿粒作荷载体，使微细粒金粘附于荷载体表面并随上浮而成金精矿。用油类使细矿粒团聚进行浮选的油团聚浮选和乳化浮选。利用高温化学反应使矿石中金属矿物转化为金属后再浮选的离析浮选对金矿石不常采用。关于使用泡沫浮选法回收金泥，我国将用于工业领域。1.5.1.3浮选剂浮选时使用各种药剂来调节入选矿物和浮选介质的物理化学性质，从而扩大金矿物或含金矿物与脉石间亲琉水性的差异，使之更好地分选，达到提高金回收率的目的。常用的浮选剂分三大类：捕收剂，起泡剂，调整剂。(1)捕收剂自然界中除煤、石墨、硫磺、滑石和辉钼矿等矿物颗粒表面疏水、具有天然的可浮性外，大多数矿物均是亲水的，金矿物也是如此。加一种药剂能改变矿物颗粒的亲水性而产生疏水性使之可浮，这种药剂通常称之为捕收剂。捕收剂通常是极性捕收剂和非极性捕收剂。极性捕收剂由能与矿物颗粒表面发生作用的极性基团和起疏水作用的非极性基团两部分组成。当这类捕收剂吸附于矿粒表面时，其分子或离子呈定向排列，极性基团朝向矿物颗粒表面，非极性基团朝外形成疏水膜，从而使矿位具有可浮性与铜、铅、锌、铁等硫化矿物伴生的金，在浮选时常用有机硫代化合物作浦收剂例如，烷基（乙、丙、丁、戊基等）二硫代碳酸钠（钾），又称黄原酸盐，俗称黄药。如NaS2COCH2CH3，在含金多金属矿石的浮选时，多采用乙基黄药和丁基黄药。烷基二硫代磷酸或其盐类，如(RO)2PSSH，式中R为烷基，俗称黑药烷基二硫代氨基甲酸盐和黄原酸盐的酯类衍生物等也是硫化矿物常用的捕收剂。也是浮选含金多金属硫化矿的常用描收剂，常与黄药类同时使用非离子型极性捕收剂的分子不解离，如含硫酯类，非极性捕收剂为烃油（中性油），如煤油、柴油等。(2)起泡剂具有亲水基团和疏水基团的表面活性分子，定向吸附于水一空气界面，降低水溶液的表面张力，使充入水中的空气易于弥散成气泡和稳定气泡。起泡剂和捕收剂联合在一起吸附于矿物颗粒表面，使矿粒上浮。常用的起泡剂有：松树油，俗称二号油、酚酸混合脂肪醇，异构己醇或辛醉、醚醉类以及各种酯类等(3)调整剂调整剂可分为五类：(1) pH值调整剂。用它来调节矿浆的酸碱度，用以控制矿物表面特性、矿浆化学组成以及其他各种药剂的作用条件，从而改善浮选效果。在氰化过程中也同样要调节矿浆pH值的。常用的有石灰、碳酸钠、氢氧化钠和硫酸等。在选金时，最常用的调节剂是石灰和硫酸。(2)活化剂。能增强矿物同捕收剂的作用能力，使难浮矿物受到活化而浮起。使用硫化钠活化含金的铅铜氧化矿，然后用黄药等捕收剂浮选。(3)抑制剂提高矿物的亲水性和阻止矿物同捕收剂作用，使其可浮性受到抑制。如在优先浮选过程中使用石灰抑制黄铁矿，用硫酸锌和氰化物抑制闪锌矿，用水玻璃抑制硅酸盐脉石矿物等、利用淀粉、拷胶（单宁）等有机物作抑制剂达到多金属分离浮选的目的。(4)絮凝剂。 使矿物细颗粒聚集成大颗粒，以加快其在水中的沉降速度；利用选择性絮凝进行絮凝一脱泥及絮凝一浮选。常用的絮凝剂有聚丙烯酰胺和淀粉等。(5)分散剂。阻止细矿粒聚集，处于单体状态，其作用与絮凝剂恰恰相反，常用的有水玻璃、磷酸盐等。浮选剂的种类和用量随矿石性质和浮选条件及流程特点而各异，可用试验单位提供药方（或称药剂制度），在生产实践过程中也可根据上述各种条件的变化而加以改变。61.5.1.4浮选设备浮选设备主要是浮选机以及为实现浮选工艺的其他设备。矿浆经过搅拌充气，在各种浮选剂的作用下矿粒与气泡粘附，气泡上升、形成矿化泡沫层，被刮板刮出或溢出，这一系列浮选过程均是在浮选机中完成的。浮选机多由多槽串联而成。按搅拌和充气的方式不同浮选机可分为5种：(1)机械搅拌式有离心叶轮，也有的是星形转子和棒形转子等类型搅拌器在浮选槽内高速旋转，驱使矿浆流动，在叶轮腔内产生负压而吸入空气。(2)充气机械搅拌式。除机械搅拌外，再补充向浮选糟内充入低压空气。(3)充气式靠压入空气进行搅拌并产生气泡，如浮选柱和泡沫分离装置等。(4)气体析出式。用降低压力法或先加压后降至常压的万法，使矿浆中溶解的空气析出，形成微泡（5)压力溶气式。利用高压将充入的空气预溶于水，然后在常压下在浮选槽内析出，形成大量微泡。7目前，在我国金选矿厂最常用的浮选机是国产的机械搅拌式浮选机。1.5.2浮选工艺流程 浮选工艺是较为成熟的选矿方法，广泛用于有色金属的分离选矿，常用铅锌矿选矿设备，褐铁矿浮选设备，铜矿浮选设备.浮选工艺流程如下：矿浆的调整与浮选药剂的加入其目的是要造成矿物表面性质的差别，即改变矿物表面的润湿性，调节矿物表面的选择性，使有的矿物粒子能附着于气饱，而有的则不能附着于气泡。二、搅伴并造成大量气泡借助于浮选机的充气搅拌作用，导致矿浆中空气弥散而形成大量气泡，或促使溶于矿浆中的空气形成微饱析出。 三、气泡的矿化矿粒向气泡选择性地附着，这是浮选过程中最基本的行为。 四、矿化泡沫层的形成与刮出 矿化气泡由浮选槽下部上升到矿浆面形成矿化饱沫层，有用矿物富集到泡沫中，将其刮出而成为精矿(中矿)产品。而非目的矿物则留在浮选槽内，从而达到分选的目的。通常浮选作业浮起的矿物是有用矿物，这样的浮选过程称之为正浮选，反之，浮起的矿物为脉石，则称之为反浮选(或称逆浮选)。 浮选工艺是一个较复杂的矿石处理过程，其影响因素可分为不可调节因素(原矿性质和生产用水的水质)和可调节因素(浮选流程、磨矿细度、矿浆浓度、矿浆酸碱度、浮选药剂制度)。81.5.3煤的可浮性 煤是多环芳香族化合物，个基本单元和周围侧链及官能团随变质过程不同有很大变化，因此，煤具有如下性质：组成不同，个组分实际无法分离，浮选好坏与个组分含量和性质有很大关系；煤的主体是多苯芳香族，芳香核的化学性质不活泼，具有疏水性。因此，煤的主要表面是疏水的；在芳香核的碳网上，有数量不等的侧链，在氧化过程中很容易生成含氧官能团，是煤的某些部分具有亲水性；煤的结构中还含有一定数量的矿物质，多少矿物质具有一定极性，因而使煤部分表面具有亲水性；煤表面的含氧官能团和无机物质使煤具有了一定的亲水性，但这些部位也有较高的化学活性，捕收剂中的某些杂极性分子可以吸附在这些活性部位，从而提高整个煤粒的疏水性；煤的变质过程对煤的可浮性影响很大。通常，中等变质程度的煤具有做好的可浮性。变质过程高和变质过程低的煤，其可浮性均有下降。变质程度低时，含氧官能团数量大，孔隙度达10%以上；变质程度高时，亲水的官能团数量虽有所下降，但侧链含量也减少，而且侧链变短，使疏水程度降低，孔隙度也比中等变质程度时也有所增加，因此，在这两种情况下，可浮性均较差；煤表面易氧化。煤氧化后可浮性变差。煤表面是否存在官能团是决定煤能否氧化的主要因素。煤在水中时氧化比在空气中剧烈的多，所以煤的浸泡时间对煤的可浮性有很大影响。91.6选题背景及研究目的1.6.1 选题背景 随着中国钢铁工业的飞速发展,中国的焦化工业呈现高速增长趋势,2003年焦总产量约占世界焦炭总产量的46%,出口焦炭约占世界贸易总量的56%,中国已成为世界焦炭生产、消费及贸易第一大国。我国是一个富煤、贫油、缺天然气的国家。煤炭在我国一次能源中所占的比例高达75%左右，预计到2020年煤炭仍将占一次能源的60%以上。虽然煤在一次能源中所占的比重逐渐下降，但由于能源消费总量的增加，煤的需求量仍将以平均每年3.6%的速度增长，到2050年煤炭需求将达到30-40亿吨。因此我国以煤为主的能源结构在今后相当长的时间不会发生大的变化。焦化工业是中国最大焦炭生产基地山西省的支柱产生,山西省焦炭，产量约占全国总产量的40%,占世界的20%;山西焦炭出口量占全国焦炭总出口量的80%。焦化行业在为山西创造经济效益的同时,也造成严重的环境污染和生态破坏。焦化行业废水和废气排放量占到全省相应排放总量的30%和40%以上,焦化工业成为山西环境污染最严重的行业之一。废水在选煤中的应用这一课题，既可以解决废水的排放问题，又可以解决北方干旱地区缺水的问题，这一应用具有非常重要的意义。实现环境保护,走清洁生产道路,是焦化工业实现可持续发展的必由之路。1.6.2研究内容本试验的主要研究内容如下:(1)研究所采煤样的性质，如煤的工业分析，为浮选提供基础依据。(2) 焦化废水处理方法的研究，对焦化废水进行检测，以得到所用焦化废水所含成分。(3)研究自来水选煤时煤的可浮性、浮选的最佳工艺条件的工艺效果。考察自来水选煤时不同剂量的捕收剂和起泡剂对煤浮选效果的影响，并探索出其用于浮选时的最佳药剂制度，从而来提高选煤的效果。(4) 研究焦化废水选煤时煤的可浮性、浮选的最佳工艺条件的工艺效果。考察焦化废水选煤时不同剂量的捕收剂和起泡剂对煤浮选效果的影响，并探索出其用于浮选时的最佳药剂制度，从而来提高选煤的效果。(5)在浮选机中，研究分别使用自来水和焦化废水的选煤效果。为判断是否可以将焦化废水应用到选煤中提供依据。第二章 试验与分析2.1 试验流程本实验的内容包括：1、煤样的准备与计算，同时分析煤样性质。2、入料浮选时，考察不同剂量捕收剂、不同剂量起泡剂等对浮选效果的影响。3、浮选的精煤与尾煤的分析，计算各自产率，化验灰分。本试验的操作流程如下图所示： 煤浆（100g/L） 原煤（100g）浮选机 加入起泡剂（2min）加入捕收剂（5min） 拌搅（5min） 精煤 称重、测灰尾煤 称重、测灰 图2.1 试验流程2.2 试验所用仪器设备本试验所用到的仪器设备情况由表2.1列出：表2.1 试验所用仪器设备设 备生产厂家及规格参数用 途XFD型单槽浮南昌海风矿机设备有限公司浮选分离多路真空过滤机南昌海风矿机设备有限公司煤的抽滤电热恒温鼓风干燥箱最高温度300烘干煤样JPT-10架盘天平天津市天马仪器厂称量马弗炉最高温度1000化验灰分另外，用到的仪器还有：秒表、注射器器（容量5 ml，分度值0.2 ml）、台秤、烧杯（500ml)、不锈钢盆若干、塑料桶、洗瓶、洗耳球等。2.3试验所用浮选药剂浮选药剂是实现和调节煤浮选过程的重要因素。根据浮选药剂的基本作用 ，浮选药剂可分为捕收剂、起泡剂。捕收剂作用于矿物-水界面，主要是降低煤粒表面的水化作用，从而改善煤粒向气泡的附着能力。起泡剂富集在水-气界面，促使空气在矿浆中弥散成小气泡，防止气泡兼并，并提高气泡在矿化和上浮过程中的稳定性，保证矿化气泡上浮后形成泡沫层刮出。本浮选试验所选用的捕收剂为柴油起泡剂为仲辛醇，药剂用量的确定以现场生产的用量为依据，具体介绍如表2.2所示： 表2.2 试验所用化学试剂 名称柴油仲辛醇用途浮选捕收剂浮选起泡剂种类非极性烃类油捕收剂工业副产品起泡剂采集地内蒙古包头市内蒙古包头市备注密度为：0.856g/ml密度为：0.822g/ml对选煤来说，非极性烃类捕收剂是最重要的捕收剂，特别是煤油、柴油、改性柴油等，占药剂用量的80%-90%。本浮选试验所用浮选捕收剂柴油是目前最广泛使用的非极性烃类捕收剂，柴油的用量通常为1-3kg/（t煤泥），个别可达4kg/（t煤泥）以上，并与煤泥浮选活性剂和起泡剂用量有关。其组成波动比煤油大，尤其芳烃含量，故其成分不如没有稳定。此外因芳烃含量高，所以浮选活性较煤油高，但选择性不如煤油。起泡剂仲辛醇是在我国选煤厂广泛应用的起泡剂，起泡性较杂醇强，其用量一般为100g/（t煤泥）。102.4浮选试验方法1、调试浮选机，使转速、充气量达到规定值。2、称量计算好的煤样，试验煤样量按式（2.1）计算： (2.1)式中：W1试验煤样量，g； W2煤样浓度，%； d 水的密度，g/ml； V 浮选机体积，ml。3、用取样器抽取药剂，加入药剂的体积按式(2.2)计算： (2.2) 式中：V加入药剂的体积数，ml； W1试验煤样量，g； m药剂单位消耗量，g/t； d1药剂密度，仲辛醇为0.822g/cm3。4、向浮选机内先加入约1000ml容积的水,关闭进气阀门，开动浮选机，徐徐加入称好的干煤样，搅拌至煤全部润湿后，再加入清水，使矿浆液面达到规定标线，矿浆净体积约为1.0L，开动计时器。5、预搅拌五分钟后，向矿浆液面下加入预先量好体积的捕收剂。调浆搅拌5分钟后，再向矿浆液面下加入预先量好体积的起泡剂。6、2分钟后，打开进气阀门，同时以30次/分的速度，沿浮选槽整个泡沫生成面，按一定的刮泡深度刮泡5分钟，泡沫产品集中于一个器皿中。浮选过程中控制补水速度，使整个刮泡期间矿浆液面保持恒定。刮泡阶段后期，用洗瓶将粘在浮选槽壁上的颗粒清洗至矿浆中。7、3分钟后停止补水，关闭浮选机及进气阀门，把尾煤排放至专门容器内，粘在浮选槽壁上的颗粒要清洗至尾煤容器中，粘在刮板及浮选槽唇边的颗粒应清洗至精煤产品中。向浮选槽加入清水，并开动浮选机搅拌清洗直至浮选槽干净为止。8、各道浮选工序操作时间要严格按照上述规定执行，误差不超过两秒。2.5浮选试验选择药剂制度的试验条件浮选试验所用主要仪器为XFD型单槽浮选机、马弗炉、天平、烘箱等，pH值为6.85，温度为室温20。以起泡剂为用量标准，分别按320 kg/（t煤泥）、200kg/（t煤泥）、80kg/（t煤泥）进行三组试验，并每组试验以油比10、8、6进行变量研究，由式2.2进行计算得起泡剂分别为0.04ml 、0.25ml、0.01ml。水为自来水，浮选试验分别在以下几组药剂条件下进行：(1) 起泡剂为 0.04ml时，在捕收剂分别为0.4ml、0.32ml、0.24ml的条件下进行试验；(2) 起泡剂为 0.25ml时，在捕收剂分别为0.25ml、0.20ml、0.15ml的条件下进行试验；(3) 起泡剂为 0.01ml时，在捕收剂分别为0.1ml、0.08ml、0.06ml的条件下进行试验；水为焦化废水，浮选试验分别在以下几组药剂条件下进行：(1) 起泡剂为 0.04ml时，在捕收剂分别为0.4ml、0.32ml、0.24ml的条件下进行试验；(2) 起泡剂为 0.25ml时，在捕收剂分别为0.25ml、0.20ml、0.15ml的条件下进行试验；(3) 起泡剂为 0.01ml时，在捕收剂分别为0.1ml、0.08ml、0.06ml的条件下进行试验。11第三章 自来水、焦化废水选煤效果的的考察3.1煤样分析试验用煤样为内蒙古盘子棋选煤厂的浮选入料，粒度范围为0.5 mm -0mm，煤样的工业分析果如下：煤的工业分析也叫技术分析或实用分析,包括煤中水分、灰分和挥发分的测定及固定碳的计算。煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据，根据工业分析的各项测定结果可初步判断煤的性质、种类和各种煤的加工利用效果及其工业用途。对本试验中所用的煤样的工业分析如表3.1：表3.1 煤样工业分析结果表指 标AadMadVdafFcad结果（%）17.981.0325.0075.003.2焦化废水性质分析3.2.1水样处理焦化废水的水样采自于焦化厂供排水车间生化出水，分析化验结果见表3.2。 表3.2 废水水质监测报告表 采样地点及时间分 析 项 目酚mg/LpHmg/LCODmg/L氰化物mg/L硫化物mg/LNH3-Nmg/L循环水0.3235.11271.324.320.0525.60循环水0.0527.12393.202.860.09147.6采用液-液萃取的方法对所采水样进行处理，萃取剂为石油醚和CH2Cl2。在液-液萃取过程中产生乳化现象，这是由于焦化废水中含有大量表面活性物质，我们加入少量食盐（NaCl），最后用无水硫酸钠干燥，使水油进一步分离，保存样品供测定。处理流程见图3.1。11400ml水样32g NaCl浓缩萃取（石油醚、CH2Cl2）水相有机相PH2（3M H2SO4）干燥（无水Na2SO4）GC/MS 图3.1 水样液-液萃取程序图3.2.2 焦化废水的色谱-质谱联用分析（1）分析过程a试验仪器和条件试验仪器：美国惠普公司Hp5972GC-MS色谱柱：30m0.2mm0.3m固定液：SE-54柱温程序：70恒温1min，以5/ min升温到210，然后再以10/ min升温到280汽化室温度：300检测室温度：280电子轰击源：70ev，温度为140质量扫描范围：10-450质量单位b试剂石油醚、CH2Cl2、无水硫酸钠、NaCl、蒸馏水、硫酸。(2