氣化細(xì)渣疏水-親水雙液分離可行性與機(jī)理分析

薛中華,董連平,劉 安,樊民強(qiáng),楊崇義,王建成,鮑衛(wèi)仁,樊盼盼

(1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,山西 太原 030024；2.煤科學(xué)與技術(shù)教育部與山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030024)

現(xiàn)代煤化工是提高煤炭清潔高效利用水平,實(shí)現(xiàn)煤炭由單一燃料向燃料和原料并重轉(zhuǎn)變的有效途徑,對(duì)保障國(guó)家能源安全穩(wěn)定供應(yīng)具有重要的戰(zhàn)略意義。到“十四五”末,轉(zhuǎn)化煤量達(dá)到1.6億t標(biāo)煤左右。

煤氣化是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ),在潔凈利用煤中碳資源的同時(shí),會(huì)產(chǎn)生2類煤氣化灰渣：一種是在爐底直接排放生成的粗渣；另一種是以飛灰形式隨煙氣排出并通過除渣工藝生成的細(xì)渣。由于煤氣化過程中碳未被完全反應(yīng),氣化渣中會(huì)有一定含量殘?zhí)?一般情況下,細(xì)渣的殘?zhí)亢枯^多,且殘?zhí)康谋缺砻娣e大、孔隙發(fā)達(dá)。隨著我國(guó)煤氣化技術(shù)的快速發(fā)展,越來越多的煤氣化殘?jiān)捎谫Y源利用率低而被填埋處理。部分有害微量元素,如As,Se,Mo,Sb和Tl在氣化渣滲濾液中含量超過國(guó)家地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的III級(jí)閾值,對(duì)環(huán)境存在潛在污染。雖然煤氣化細(xì)渣是一種固體廢物,但細(xì)渣中高含量的殘?zhí)靠梢宰鳛槟茉椿厥张c利用,具有良好的資源和環(huán)境效益。氣化灰渣資源化利用一方面集中在殘?zhí)康幕厥绽?另一方面則是灰質(zhì)中無機(jī)礦物質(zhì)的回收利用,殘?zhí)颗c灰質(zhì)的分離是其大宗利用與高附加值利用的首要環(huán)節(jié)。

近年來,研究人員對(duì)氣化灰渣中殘?zhí)康姆蛛x富集進(jìn)行了一系列研究,主要包括泡沫浮選法和重力分選法。WANG等應(yīng)用超聲波浮選工藝有效地實(shí)現(xiàn)了殘?zhí)康母患?。GUO等利用三步浮選法處理氣化細(xì)渣可以得到灰分35.00%的精礦和灰分高于96.00%的高純度尾礦。吳思萍等利用柴油作捕收劑仲辛醇為起泡劑,采用“一粗兩精”分選工藝,得到了產(chǎn)率為11.06%、灰分為28.23%的精礦。但脫水工藝中絮凝劑的殘留,以及氣化渣具有孔隙發(fā)達(dá)、比表面大、表面氧化嚴(yán)重、疏水性差等特點(diǎn),導(dǎo)致藥劑消耗量大,經(jīng)濟(jì)性差；雖然通過工藝改良得到灰分低于30.00%的產(chǎn)品,但是步驟繁瑣,且分離后產(chǎn)品脫水困難。重力分選是根據(jù)物料成分之間密度的差異進(jìn)行分離。目前,董連平等設(shè)計(jì)公開的一種氣化渣水介旋流重選炭/灰分離裝置與方法,氣化渣中大顆粒雜質(zhì)和旋流器底流形成高灰產(chǎn)品,溢流經(jīng)分級(jí)旋流器分級(jí)后,分別形成高碳和富碳產(chǎn)品,為后續(xù)資源化利用提供了一種高效的分離方法,但對(duì)細(xì)粒級(jí)(-0.125 mm)的分選效果較差。尋求煤氣化灰渣中細(xì)粒級(jí)高效分離炭/灰新方法成為當(dāng)務(wù)之急。疏水-親水分選(Hydrophobic-Hydrophilic Separation,HHS)源于驅(qū)替脫水(Dewatering By Displacement,DBD)的原理,可實(shí)現(xiàn)疏水顆粒與親水顆粒的高效分離。DBD的原理是疏水液體自發(fā)驅(qū)替疏水性表面的水,然后鋪展成疏水油層,HHS是借助剪切分散實(shí)現(xiàn)疏水顆粒表面的驅(qū)替脫水,疏水性顆粒形成絮團(tuán)并富集于疏水液相中,而親水性顆粒分散于親水液相中,后續(xù)通過相分離實(shí)現(xiàn)疏水與親水顆粒的分離。疏水細(xì)粒產(chǎn)品經(jīng)回收疏水液體后水分很低,免去了后續(xù)熱干燥,大大降低了回收成本,因此,HHS是集分離與脫水一體化的先進(jìn)技術(shù)。GUPTA在工廠規(guī)模中測(cè)試了4種不同類型的煤的分選與脫水效果,其精煤灰分均小于5%,水分低于10%,回收率高達(dá)97%。另外HHS技術(shù)在銅礦分選和煤基材料提取稀土元素等方面均具有良好的適應(yīng)性。

筆者基于煤氣化細(xì)渣的殘?zhí)颗c灰質(zhì)親疏水性不同,將HHS方法擴(kuò)展到煤氣化細(xì)渣的炭/灰分離,研究了能量輸入(攪拌強(qiáng)度與攪拌時(shí)間)與疏水液體用量對(duì)煤氣化細(xì)渣炭/灰分離效果的影響規(guī)律。通過炭與灰表面性質(zhì)的測(cè)定,利用擴(kuò)展DLVO理論計(jì)算分析了煤氣化細(xì)渣疏水-親水雙液炭/灰分離機(jī)理。

1 煤氣化渣性質(zhì)

1.1 粒度組成

表1為樣品的粒度組成,可以得知,>0.25 mm粒級(jí)含量較少，為10.99%,灰分為87.57%；<0.074 mm粒級(jí)含量高達(dá)65.22%,灰分為82.41%,該樣品較適合HHS工藝高效選取細(xì)顆粒礦物的特點(diǎn)。

表1 樣品粒度組成

1.2 XRD分析

采用XRD技術(shù),用“值法”得到了煤氣化細(xì)渣中原樣的各礦物占比。如圖1所示,煤氣化細(xì)渣主要含有石英、方解石、鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石等礦物質(zhì)；在20°～30°內(nèi)有1個(gè)鼓包峰,說明氣化細(xì)渣中含有較高的非晶相——無定形炭(圖1中紅框),其對(duì)應(yīng)于石墨晶的(002)峰和γ峰,(002)峰對(duì)應(yīng)芳香碳結(jié)晶,γ峰對(duì)應(yīng)于脂肪碳結(jié)晶；在43°附近對(duì)應(yīng)于石墨微晶的(100)，(101)峰,另外樣品中還有少量的C。

圖1 試驗(yàn)樣品的XRD譜圖

2 試驗(yàn)方法

2.1 HHS炭/灰分離方法

疏水-親水分離試驗(yàn)在XFD型浮選機(jī)進(jìn)行,浮選槽體積為1 L,實(shí)驗(yàn)過程中不通入氣體。如圖2所示,將50 g氣化細(xì)渣樣品置于浮選槽中,加入1 L水(溫度計(jì)測(cè)量礦漿溫度),開啟攪拌葉輪攪拌5 min使樣品充分潤(rùn)濕,然后加入一定量的疏水液體,含有氣化細(xì)渣的油水雙相攪拌一定時(shí)間,將浮選機(jī)槽體內(nèi)的礦漿轉(zhuǎn)移至2 L分液漏斗,靜置5 min使疏水液體相與水相充分分層,同時(shí)水相中的顆粒沉降,然后通過分液閥釋放底層水相于燒杯作為分選尾礦,將分液漏斗內(nèi)的油相釋放至另一燒杯作為精礦。精礦和尾礦分別過濾脫除液相后,放入真空烘箱干燥。計(jì)算產(chǎn)品產(chǎn)率、灰分及可燃體回收率。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程示意

(1)

式中,為可燃體回收率,%；為精礦產(chǎn)率,%；為精礦灰分,%；為尾礦灰分,%。

試驗(yàn)考查了攪拌速度、攪拌時(shí)間、疏水液體用量對(duì)煤氣化細(xì)渣HHS中炭/灰分離效果的影響,試驗(yàn)變量與其他條件見表2。

表2 試驗(yàn)方案

2.2 HHS樣品與產(chǎn)品分析

對(duì)HHS試驗(yàn)中原樣(灰分78.39%)、獲得的精礦(灰分22.58%)和尾礦(灰分97.71%)進(jìn)行產(chǎn)品特性分析。利用掃描電子顯微鏡-能譜儀(SEM-EDS,Rigaku MiniFlex 600)對(duì)這3種產(chǎn)品進(jìn)行表面形貌分析、元素組成分析,后續(xù)進(jìn)行工業(yè)分析、元素分析及彈筒發(fā)熱量,BET孔結(jié)構(gòu)分析和XRF分析。

2.3 模擬樣品制備及機(jī)理探究

制備模擬樣品研究煤氣化細(xì)渣疏水-親水雙液炭/灰分離的機(jī)理。將神寧爐煤氣化細(xì)渣水介重力分選得到灰分25.46%高炭顆粒與灰分98.01%高灰顆粒,用作模擬炭、灰顆粒(下文統(tǒng)稱炭、灰),對(duì)用正庚烷處理前后的炭灰顆粒進(jìn)行試驗(yàn)。

采用JS94型微電泳儀,測(cè)量樣品在一定pH值下的動(dòng)電位。測(cè)試前將礦物磨至5 μm以下,用50 mL,0.001 mol/L KCl溶液水溶液將其配置成0.01%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的懸浮液,測(cè)試前用振蕩儀振蕩15 min,每個(gè)試樣測(cè)定6次取平均值。并通過該儀器測(cè)量了正庚烷乳液油滴的Zeta電位,正庚烷乳液是將正庚烷配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的水溶液,在高速攪拌裝置上以1 500 r/min攪拌10 min制得。

采用DSA100接觸角測(cè)量?jī)x,測(cè)定正庚烷作用前后炭、灰的潤(rùn)濕性,取0.3 g樣品在10 MPa下壓片90 s成型,滴入去離子水,記錄其接觸角形成的視頻,取接觸角成型后這一時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)接觸角。

采用Malvern Mastersizer 2000 激光粒度儀對(duì)煤氣化細(xì)渣原樣與正庚烷進(jìn)行粒度分析,分析介質(zhì)為去離子水,該測(cè)試前使用超聲波分散。

采用X射線光電子能譜儀美國(guó)ThermoFischer ESCALAB 250Xi,對(duì)正庚烷處理前后炭、灰的C,O和H元素進(jìn)行窄掃,以觀察其官能團(tuán)種類及含量。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 攪拌速度對(duì)炭、灰分離效果的影響

攪拌速度、攪拌時(shí)間對(duì)應(yīng)的能量輸入的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

=

(2)

=9 550

(3)

式中,為浮選機(jī)的輸入能量，J；為額定功率,kW；為攪拌時(shí)間，min；為額定轉(zhuǎn)速,r/min；為額定扭矩,N·m。

將=1/2 800 r/min代入式(2),計(jì)算得到額定扭矩=0.41 N·mm,將攪拌速度450,900,1 350,1 800,2 250和2 700 r/min,=5 min代入式(2),(3),分別得到對(duì)應(yīng)的能量輸入(攪拌速度)對(duì)炭、灰分離效果的影響規(guī)律,如圖3所示。

圖3 能量輸入(攪拌速度)對(duì)炭、灰分離效果的影響規(guī)律

由圖3可以看出,隨著攪拌速度自450 r/min增加到2 700 r/min,精礦灰分由66.35%降低至20.80%,尾礦灰分由79.70%提高至98.25%,再降低到96.27%,炭、灰分離效果明顯變好,可燃體回收率由6.75%提高至92.88%,再降低到84.03%。這是由于隨攪拌速度的增加,不斷擦除罩蓋在炭顆粒表面的高灰顆粒,提高其疏水性；還可以促進(jìn)疏水相分散程度的提高和疏水相液滴與樣品顆粒的碰撞概率。若只考慮精礦灰分指標(biāo),攪拌速度應(yīng)選擇2 250～2 700 r/min為宜。但是考慮可燃體回收率、能量消耗、對(duì)比浮選試驗(yàn)結(jié)果、轉(zhuǎn)速過高礦漿噴濺且黏壁嚴(yán)重,下述試驗(yàn)選取1 800 r/min。

3.2 攪拌時(shí)間對(duì)炭、灰分離效果的影響

將攪拌速度1 800 r/min、攪拌時(shí)間1,2,3,4和5 min代入式(2),(3),得到對(duì)應(yīng)的能量輸入(攪拌時(shí)間)對(duì)炭、灰分離效果的影響規(guī)律,如圖4所示。

由圖4可知,在足夠的攪拌速度下(1 800 r/min),較短的攪拌時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)疏水相對(duì)殘?zhí)款w粒的捕獲與回收,隨攪拌時(shí)間的增加,團(tuán)塊循環(huán)破碎次數(shù)增加,可以釋放夾帶于團(tuán)塊中的高灰親水性顆粒,精礦灰分降低。攪拌時(shí)間在3 min以后,精礦灰分降低幅度不超過0.5%,隨攪拌循環(huán)時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng),由于正庚烷黏度較低,團(tuán)塊的表觀尺度及緊密程度不會(huì)發(fā)生明顯的變化。綜合考慮能量消耗及精礦灰分,攪拌時(shí)間應(yīng)在5 min左右為宜。

圖4 能量輸入(攪拌時(shí)間)對(duì)炭、灰分離效果的影響規(guī)律

3.3 疏水液體用量對(duì)炭/灰分離效果的影響

考察了疏水液體用量對(duì)疏水-親水煤氣化細(xì)渣炭、灰分離效果的影響,結(jié)果如圖5所示。

圖5 疏水液體用量對(duì)炭、灰分離效果的影響規(guī)律

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),隨著∶的增大,團(tuán)塊越來越少,油層越來越厚,油水界面愈發(fā)清晰；其精礦灰分先降后升,可燃體回收率先降后升,尾礦灰分變化幅度不超過1%。圖5表明,∶=6∶10時(shí),精礦灰分23.47%,可燃體回收率89.39%,尾礦灰分97.25%,炭、灰分離效果最好。

3.4 浮選試驗(yàn)結(jié)果及HHS結(jié)果對(duì)比分析

采用捕收劑煤油40 kg/t、起泡劑仲辛醇3 kg/t,對(duì)氣化細(xì)渣樣品進(jìn)行分步釋放浮選試驗(yàn),繪制分步釋放浮選曲線,并將HHS得到的精礦、尾礦灰分與產(chǎn)率標(biāo)于圖6。HHS得到的精礦灰分大多低于30%,且其產(chǎn)率在20%～25%；尾礦灰分均在97%以上,其產(chǎn)率在75%～80%。

圖6 分步釋放浮選曲線及HHS結(jié)果

煤氣化細(xì)渣經(jīng)多次浮選精選試驗(yàn)不僅步驟繁瑣,而最終得到精礦灰分與產(chǎn)率分別為31.83%與24.15%,尾礦累計(jì)灰分與產(chǎn)率分別為92.77%與75.85%。在精礦產(chǎn)率接近情況下,HHS精礦灰分低且尾礦灰分高,充分說明HHS相比泡沫浮選炭、灰分離效果好。

3.5 HHS產(chǎn)品分析與測(cè)試

(1)工業(yè)分析、元素分析及彈筒發(fā)熱量。對(duì)煤氣化細(xì)渣原樣、精礦和尾礦進(jìn)行了工業(yè)分析和元素分析,結(jié)果見表3。煤氣化細(xì)渣空氣干燥基水分0.46%,灰分79.80%,與原樣相比,經(jīng)過HHS分選后,精礦碳含量72.39%,彈筒發(fā)熱量26.5 MJ/kg,可以用作動(dòng)力煤、熱電摻燒、返回氣化爐再氣化等。尾礦灰分高于97.00%,可用作大宗建材和煤礦填充料。

(2)SEM-EDS分析。煤氣化細(xì)渣原樣及產(chǎn)品中不規(guī)則塊狀、片狀表面粗糙具有多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要成分為殘?zhí)款w粒,光滑的大小球主要成分為灰質(zhì)顆粒,且其元素組成成分相似,主要由C,O,Al,Si,Fe等元素組成。如圖7所示,煤氣化細(xì)渣原樣炭、灰分布方式有4種：圖7(a),(b)灰質(zhì)與殘?zhí)客耆蛛x,圖7(a)殘?zhí)勘砻娓街屹|(zhì),圖7(c)殘?zhí)炕w孔隙中填充灰分和圖7(d)炭、灰熔融,且4種炭、灰存在方式的碳元素含量存在較大差異。如圖8所示,精礦樣品分為3種：圖8(a)層絮狀、圖8(b)多孔網(wǎng)狀,圖8(b)球鑲嵌于網(wǎng)狀(炭、灰熔融狀),有些區(qū)域碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比可達(dá)80%。這是因?yàn)镠HS分選時(shí),浮選槽內(nèi)循環(huán),可以剝離圖7(a)殘?zhí)勘砻娓街幕屹|(zhì)得到圖9(a)層絮狀精礦；亦可去除圖8(c)殘?zhí)炕w孔隙中填充的灰質(zhì)得到圖9(b)多孔網(wǎng)狀精礦。圖8(b)中的部分殘?zhí)炕w孔隙中填充的灰質(zhì)和圖8(d)中的炭、灰熔融體是較難分開的,這也是HHS精礦中含有20%～30%灰分的重要原因。HHS尾礦分布形式有2種,如圖9(d)所示,大球小球間隔分布且有部分絮絲狀的殘?zhí)坷p繞于附近。

圖8 煤氣化細(xì)渣原樣炭、灰分布方式的SEM-EDS圖

圖9 煤氣化細(xì)渣精礦炭、灰分布方式和尾礦炭、灰存在狀態(tài)的SEM-EDS圖

圖7 煤氣化細(xì)渣原樣炭、灰分布方式的SEM圖

(3)BET孔結(jié)構(gòu)分析。煤氣化細(xì)渣原樣顆粒表面孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),不僅會(huì)消耗大量藥劑,分選效果降低,還使精礦難以脫除油與水。原樣及產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)見表4,由表4可知,經(jīng)HHS分選后,精礦產(chǎn)品孔隙最為發(fā)達(dá),有較為豐富的微孔是制備活性焦和活性炭吸附材料的良好原料。

表4 煤氣化細(xì)渣及其產(chǎn)品的氮吸附測(cè)試結(jié)果

(4)XRF分析。對(duì)煤氣化細(xì)渣原樣、精礦和尾礦進(jìn)行了XRF分析,結(jié)果見表5。由表5可知，煤氣化細(xì)渣原樣及其產(chǎn)品的灰分組成均以SiO,AlO,FeO,CaO為主,以灰分折合到原樣、精礦與尾礦時(shí),Si,Al,Fe,Ca四種元素在精礦中相對(duì)較少,尾礦中得到富集有利于下一步礦物的回收再利用。

表5 煤氣化細(xì)渣及其產(chǎn)品的XRF結(jié)果

4 機(jī)理分析

4.1 電位與接觸角分析

炭、灰顆粒被正庚烷處理前后的Zeta電位與接觸角見表6,可知,正庚烷處理炭后Zeta電位絕對(duì)值增加9.17 mV,正庚烷處理灰后Zeta電位絕對(duì)值增加8.06 mV,說明炭與正庚烷油珠的黏附性更強(qiáng)。炭

表6 炭、灰顆粒被正庚烷處理前后的Zeta電位與接觸角

在正庚烷處理后接觸角由36.11°增加到76.13°,灰在正庚烷處理后接觸角由28.08°增加到42.05°。炭表面疏水性顯著增強(qiáng),說明正庚烷處理有助于炭與灰表面疏水性差異性增大。

4.2 XPS分析

在HHS過程中起促進(jìn)作用的疏水性基團(tuán)為C—C和C—H。圖10為正庚烷處理炭灰前后的XPS光譜C1的XPS譜圖和擬合曲線,通過Avantage軟件將如上各個(gè)基團(tuán)的相對(duì)含量進(jìn)行計(jì)算,由表7結(jié)果可知炭經(jīng)過正庚烷處理后C—C/C—H官能團(tuán)的含量增加了3.61%,這充分說明炭經(jīng)過正庚烷處理后,正庚烷的疏水碳鏈覆蓋了一部分炭中的親水位點(diǎn),疏水性增加。灰經(jīng)過正庚烷處理后C—C/C—H官能團(tuán)的含量也增加,但是考慮到其官能團(tuán)基數(shù)較小,疏水性增加有限,此結(jié)論與上述接觸角分析結(jié)果相印證。

表7 正庚烷處理炭灰前后的官能團(tuán)含量

圖10 正庚烷處理炭、灰前后的XPS光譜C1分峰結(jié)果

4.3 擴(kuò)展DLVO分析

HHS中顆粒形成絮團(tuán)的形成是關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)擴(kuò)展DLVO理論,微細(xì)粒煤氣化渣的疏水顆粒要獲得有效的團(tuán)聚,其顆粒之間的總作用勢(shì)能應(yīng)為負(fù)值。

煤氣化渣顆粒在水中總作用勢(shì)能為

=++

(4)

式中,為兩顆粒間的相互作用總勢(shì)能；為兩顆粒間的靜電作用勢(shì)能；為兩顆粒間的范德華作用勢(shì)能：為兩顆粒間的疏水作用勢(shì)能。

同質(zhì)顆粒的靜電作用勢(shì)能為

(5)

式中,為介電常數(shù),==6.95×10C/(N·m)，其中=8.85×10C/(N·m)為真空的介電常數(shù)，=78.5為水的相對(duì)介電常數(shù)；為礦粒半徑,m,用中位徑代替；為礦物顆粒的表面電位,V,用近似自然pH下的Zeta電位代替；為兩顆粒之間的距離,nm；為Debye參數(shù),cm,由體系離子組成算出：

(6)

式中,為溶液中離子數(shù),個(gè)/m；為溫度,K；為離子化合價(jià)；為電子電量,取1.602×10C；為Boltzmann常數(shù),取1.38×10J/K。

兩顆粒間的范德華作用勢(shì)能為

=-()/(12)

(7)

=4/(1+cos)

(8)

式中,為礦物哈梅克常數(shù)；為水哈梅克常數(shù)；為礦粒在水中的接觸角。

兩顆粒間的疏水作用勢(shì)能為

=-exp(-)

(9)

式中,為常數(shù),=2.51×10N/nm；為衰減長(zhǎng)度,nm，=12.2；為礦粒的疏水性校正系數(shù),=。

=[exp(/100)-1]/(e-1)

(10)

異質(zhì)顆粒的相互作用勢(shì)能為

=(+)

(11)

=(+)[4(+)]

(12)

=2(+)

(13)

(14)

=ln[1-exp(-2)]

(15)

式中,,分別為2個(gè)不同顆粒的當(dāng)量半徑,m；，分別為2個(gè)異質(zhì)顆粒的表面電位,V。

(16)

=2{[2(+)+]}

(17)

=2[(2+)(2+)]

(18)

(19)

式中,為顆粒1與顆粒3在水2中的Hamaker常數(shù)。

(20)

式中，為礦物顆粒3的哈梅克常數(shù)。

=-exp(-)

(21)

對(duì)于異質(zhì)顆粒之間的相互作用,此處的與可取調(diào)和平均：

(22)

(23)

式中，，分別為2個(gè)不同顆粒的疏水性校正系數(shù)。

將表6,8的數(shù)據(jù)代入式(4)～(23)得到圖11。

4.3.1 水中煤氣化細(xì)渣顆粒間總相互作用勢(shì)能

集約化規(guī)模舍飼是改善當(dāng)今肉羊養(yǎng)殖現(xiàn)狀，穩(wěn)步提高肉羊養(yǎng)殖水平和羊肉產(chǎn)量的最為有效的方法，飼料是肉羊發(fā)展由傳統(tǒng)養(yǎng)殖向規(guī)模舍飼轉(zhuǎn)型的瓶頸，對(duì)飼草組合及組合后其營(yíng)養(yǎng)和飼喂價(jià)值進(jìn)行研究，充分利用組合效益，將飼草、農(nóng)作物秸稈、工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物、精料及預(yù)混料等合理調(diào)配加工，生產(chǎn)出符合肉羊現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)需要，且具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的全混合日糧（TMR）顆粒料十分迫切和必要。

煤氣化渣在水中形成懸濁液后,其中顆粒兩兩相互作用能量如圖11(a)所示,炭、灰顆粒開始靠近時(shí),總作用勢(shì)能為正值,總作用勢(shì)能表現(xiàn)為排斥,隨著距離減小,排斥勢(shì)能逐漸上升到一個(gè)峰值,即“能壘”,炭-灰顆粒、炭-炭顆粒和灰-灰顆?！澳軌尽背霈F(xiàn)的距離約14，16，8 nm。越過“能壘”后兩顆粒間的總作用勢(shì)能由正轉(zhuǎn)負(fù),曲線急劇下降,顆粒發(fā)生絮凝。本試驗(yàn)中,在剪切力條件下,使更多藥劑分子被吸附于礦物顆粒上,增強(qiáng)其疏水性,使顆粒間的疏水勢(shì)能和動(dòng)能同時(shí)增大,使其克服“能壘”,進(jìn)而發(fā)生絮團(tuán)。

表8 勢(shì)能計(jì)算原始數(shù)據(jù)

圖11 水中顆粒間的總作用勢(shì)能

4.3.2 非極性油強(qiáng)化疏水絮凝的機(jī)理

由圖11(b)可知,雖然正庚烷處理后的灰與灰顆?！澳軌尽睆?.54×10J降低到1.42×10J,正庚烷處理后的炭與灰顆?！澳軌尽睆?.24×10J降低到1.21×10J,但是經(jīng)正庚烷處理過的炭、炭顆?！澳軌尽毕?。換言之,在相同剪切強(qiáng)度下,經(jīng)正庚烷處理過的炭與炭顆粒在較遠(yuǎn)距離首先發(fā)生團(tuán)聚,然后是正庚烷處理后的炭與灰顆粒,最后是正庚烷處理后的灰與灰顆粒,這是精礦中含有一定灰分的原因之一。

4.3.3 非極性油HHS的機(jī)理

如圖11(b)所示,正庚烷處理過的炭與較大正庚烷液珠在60～0 nm內(nèi)總相互作用勢(shì)能為負(fù)值；而正庚烷處理過的灰與較大正庚烷液珠的“能壘”在20 nm處。換言之,當(dāng)兩顆粒在距離60 nm時(shí),正庚烷處理過的炭與較大正庚烷液珠和正庚烷處理過的炭與炭顆粒最先開始相互吸引,形成絮團(tuán)。

5 結(jié) 論

(1)攪拌速度、攪拌時(shí)間、疏水液體用量對(duì)煤氣化細(xì)渣炭、灰分離效果有一定影響,其中攪拌速度對(duì)于炭、灰分離效果的影響最大。分選得到的精礦灰分30%以下,尾礦灰分97%以上,可燃體回收率90%左右,說明HHS對(duì)于煤氣化細(xì)渣炭、灰分離的良好效果。

(2)煤氣化細(xì)渣的多次浮選試驗(yàn)得到的精礦灰分為31.83%,尾礦灰分92%,但是HHS得到的精礦灰分低于30%,尾礦灰分97%。相對(duì)于浮選,HHS的產(chǎn)品效果優(yōu)越。

(3)HHS分選得到的精礦碳含量高于72%,且彈筒發(fā)熱量高于26 MJ/kg,可以用作動(dòng)力煤、熱電摻燒、返回氣化爐再氣化等。尾礦產(chǎn)品燒失量低于3%,可滿足大宗建材、煤礦填充的燒失量要求。

(4)根據(jù)擴(kuò)展DLVO理論計(jì)算,煤氣化細(xì)渣炭-灰顆粒之間存在排斥“能壘”,阻礙了絮團(tuán)的形成。經(jīng)過正庚烷處理后,增強(qiáng)了礦物顆粒疏水性,在剪切力條件下,進(jìn)而使顆粒間的疏水勢(shì)能和動(dòng)能同時(shí)增大,使其克服“能壘”,進(jìn)而發(fā)生絮團(tuán)。炭顆粒與正庚烷作用后,“能壘”下降至0以下,炭-炭顆粒間與炭-正庚烷的較大液滴間在60 nm先于灰-灰顆粒與炭-灰顆粒發(fā)生絮凝,實(shí)現(xiàn)大部分的炭顆粒在油相和灰顆粒在水相的富集,兩相分離進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤氣化細(xì)渣的炭、灰分離。