湿法磁选对粉煤灰中铁和重金属元素的分布影响研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0289

摘要/Abstract

摘要：

对煤粉锅炉粉煤灰（FA1灰）和循环流化床锅炉粉煤灰（FA2灰）采用湿法磁选的工艺达到降低其重金属含量的目的。利用扫描电子显微镜、激光粒度仪和X射线衍射仪表征两种粉煤灰在不同磁感应强度和不同磁选溶液浓度条件下磁选前后高磁性和弱磁性部分的形貌、粒度分布和物相分析，同时测定其铁元素和5种重金属元素（Hg、Pb、As、Cr、Cd）的含量变化，发现磁选后两种粉煤灰铁回收率随着磁感应强度增强而逐渐增加，高磁性组中重金属元素含量与弱磁性组有明显差异。结果表明：在磁感应强度为8 000 Gs和磁选溶液浓度为20%（质量分数）时，FA1的铁回收率为71.2%，FA2的铁回收率为47.0%。此时FA1磁选后Pb含量差值为0.2 mg/kg、Cr含量差值为9.2 mg/kg、As含量差值为1.1 mg/kg；FA2磁选后Pb含量差值为18.1 mg/kg、Cr含量差值为25.0 mg/kg、As含量差值为9.1 mg/kg。

关键词: 磁选, 粉煤灰, 重金属元素, 循环流化床

Abstract:

A wet magnetic separation process was used for pulverized coal boiler fly ash（FA1 ash） and circulating fluidized bed boiler fly ash（FA2 ash） to reduce their heavy metal content.Scanning electron microscope，laser particle sizer and X-ray diffractometer were used to characterize the morphology，particle size distribution and physical phase analysis of the highly magnetic and weakly magnetic parts of the two types of fly ash before and after magnetic separation under the conditions of different magnetic induction strengths and different concentrations of magnetic separation solutions，and to determine the changes in the contents of iron and five heavy metal elements（Hg，Pb，As，Cr，Cd）.It was found that the iron recovery rate of the two types of fly ash after magnetic separation was increased gradually with the increase of magnetic induction strength，and the content of heavy metal elements in the high magnetic group was significantly different from that in the weak magnetic group.The results showed that the Fe recovery of FA1 was 71.2% and that of FA2 was 47.0% at the magnetic induction intensity of 8 000 Gs and the magnetic separation solution concentration of 20%.At this time，the difference of Pb content，Cr content and As content after magnetic separation of FA1 was 0.2 mg/kg，9.2 mg/kg and 1.1 mg/kg，respectively.The difference of Pb content，Cr content and As content after magnetic separation of FA2 was 18.1 mg/kg，25.0 mg/kg and 9.1 mg/kg，respectively.

Key words: magnetic separation, fly ash, heavy metal elements, circulating fluidized bed

中图分类号:

TQ138.11

李快, 栗照帅, 董庭轩, 李丹, 郭生伟, 韩凤兰. 湿法磁选对粉煤灰中铁和重金属元素的分布影响研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 98-104.

LI Kuai, LI Zhaoshuai, DONG Tingxuan, LI Dan, GUO Shengwei, HAN Fenglan. Study on effect of wet magnetic separation on distribution of Fe and heavy metal in fly ash[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(4): 98-104.

图/表 12

表1

图1

图2

表2

图3

表3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

参考文献 21

1	LUO Yang， WU Yinghong， MA Shuhua， et al. Utilization of coal fly ash in China：A mini-review on challenges and future directions［J］. Environmental Science and Pollution Research， 2021， 28（15）：18727-18740.
2	张祥成，孟永彪. 浅析中国粉煤灰的综合利用现状［J］. 无机盐工业， 2020， 52（2）：1-5.
	ZHANG Xiangcheng， MENG Yongbiao. Brief analysis on present situation of comprehensive utilization of fly ash in China［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2020， 52（2）：1-5.
3	冯文丽，吕学斌，熊健，等. 粉煤灰高附加值利用研究进展［J］. 无机盐工业， 2021， 53（4）：25-31.
	FENG Wenli， Xuebin LÜ， XIONG Jian， et al. Research progress of high added value utilization of coal fly ash［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2021， 53（4）：25-31.
4	STRZAŁKOWSKA E. Morphology，chemical and mineralogical composition of magnetic fraction of coal fly ash［J］. International Journal of Coal Geology， 2021， 240：103746.
5	VALEEV D， KUNILOVA I， ALPATOV A， et al. Magnetite and carbon extraction from coal fly ash using magnetic separation and flotation methods［J］. Minerals， 2019， 9（5）：320.
6	LIU Huidong， SUN Qi， WANG Baodong， et al. Morphology and composition of microspheres in fly ash from the Luohuang power plant，Chongqing，southwestern China［J］. Minerals， 2016， 6（2）：30.
7	MA Yongbo， DU Xueyan， SHEN Yingying， et al. Crystallization and beneficiation of magnetite for iron recycling from nickel slags by oxidation-magnetic separation［J］. Metals， 2017， 7（8）：321.
8	WANG Guxia， LI Zhaoshuai， YAN Jun， et al. Value-added utilization of coal fly ash in polymeric composite decking boards［J］. Journal of Materials Research and Technology， 2023， 23：4199-4210.
9	刘大锐，许立军，李世春，等. 粉煤灰中战略金属锂的回收研究进展［J］. 无机盐工业， 2023， 55（1）：56-63.
	LIU Darui， XU Lijun， LI Shichun， et al. Research progress of recovery of strategic metal lithium from fly ash［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2023， 55（1）：56-63.
10	郑彬，蒋亮，韩凤兰，等. 铜渣复合硅锰水淬渣后的改质提铁研究［J］. 无机盐工业， 2023， 55（1）：136-143.
	ZHENG Bin， JIANG Liang， HAN Fenglan， et al. Study on reformation and extracting iron of copper slag and silicon-manganese water quenched slag composites［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2023， 55（1）：136-143.
11	LU S G， CHEN Y Y， SHAN H D， et al. Mineralogy and heavy metal leachability of magnetic fractions separated from some Chinese coal fly ashes［J］. Journal of Hazardous Materials， 2009，
	169 （ 1/ 2/3）：246-255.
12	PETRUS H T B M， OLVIANAS M， SUPRAPTA W， et al. Cenospheres characterization from Indonesian coal-fired power plant fly ash and their potential utilization［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2020， 8（5）：104116.
13	KUKIER U， ISHAK C F， SUMNER M E， et al. Composition and element solubility of magnetic and non-magnetic fly ash fractio--ns［J］. Environmental Pollution， 2003， 123（2）：255-266.
14	ROSITA W， BENDIYASA I M， PERDANA I， et al. Sequential particle-size and magnetic separation for enrichment of rare-earth elements and yttrium in Indonesia coal fly ash［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2020， 8（1）：103575.
15	NI Peng， LI Hailong， ZHAO Yongchun， et al. Relation between leaching characteristics of heavy metals and physical properties of fly ashes from typical municipal solid waste incinerators［J］. Environmental Technology， 2017， 38（17）：2105-2118.
16	LANZERSTORFER C. Fly ash from coal combustion：Dependen-ce of the concentration of various elements on the particle size［J］. Fuel， 2018， 228：263-271.
17	BAKALÁR T， PAVOLOVÁ H， HAJDUOVÁ Z， et al. Metal recovery from municipal solid waste incineration fly ash as a tool of circular economy［J］. Journal of Cleaner Production， 2021， 302：126977.
18	LIU Fuli， MA Shuhua， REN Kun， et al. Mineralogical phase separation and leaching characteristics of typical toxic elements in Chinese lignite fly ash［J］. Science of the Total Environment， 2020， 708：135095.
19	韩大捷，马淑花，王晓辉，等. 硝酸脱除褐煤粉煤灰中的砷［J］. 过程工程学报， 2018， 18（4）：716-721.
	HAN Dajie， MA Shuhua， WANG Xiaohui， et al. Removal of arsenic in lignite fly ash by nitric acid［J］. The Chinese Journal of Process Engineering， 2018， 18（4）：716-721.
20	WEI Yunmei， MEI Xiaoxia， SHI Dezhi， et al. Separation and characterization of magnetic fractions from waste-to-energy bottom ash with an emphasis on the leachability of heavy metals［J］. Environmental Science and Pollution Research， 2017， 24（17）：14970-14979.
21	王尚杰夫，金会心，雷二帅，等. 赤泥、粉煤灰和磷石膏配碳碱性调控共烧结回收铁铝［J］. 中国冶金， 2023， 33（4）：119-126.
	WANG Shangjiefu， JIN Huixin， LEI Ershuai， et al. Recovery of iron and aluminum from red mud，fly ash and phosphogypsum by co-sintering under alkaline control of carbon addition［J］. China Metallurgy， 2023， 33（4）：119-126.

粉煤灰	主要化学成分质量分数
粉煤灰	SiO₂	Al₂O₃	CaO	Fe₂O₃	MgO	K₂O	Na₂O	其他
FA1	42.36	30.04	4.58	4.26	1.23	0.74	0.65	16.14
FA2	42.31	31.60	3.95	5.24	0.86	0.78	0.27	14.99

[1]	刘新龙, 杨振宇, 郝赫, 刘姝昕, 武晨阳, 王兴利, 马清清. 粉煤灰提铝残渣制备体型化4A分子筛的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 78-85.
[2]	李超, 王丽萍, 高桂梅, 张云峰, 洪雨, 刘大锐, 许立军, 崔永杰. 循环流化床粉煤灰酸溶提锂过程中反应机理的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 101-107.
[3]	赵飞燕, 张小东, 杜艳霞, 王强, 李小燕. 粉煤灰陶粒的制备技术及研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 16-23.
[4]	李巧云, 黄修行, 韦文业, 陈振. 活性炭协同酸/碱改性粉煤灰对亚甲基蓝的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 131-136.
[5]	赵世永, 肖雨辰, 马清清, 杨珍妮, 王纪镇, 樊晓萍. 粉煤灰提铝残渣制备4A分子筛及Cu（Ⅱ）吸附研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(10): 127-134.
[6]	张磊, 李蒙, 向文国, 胡骏, 陈时熠, 段伦博. 磷石膏循环流化床煅烧分解工艺可行性分析[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 85-91.
[7]	孙志高, 吴渊, 杨兴春, 张栋梁, 王觅堂. 富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的制备及性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 139-146.
[8]	和文超,薛静,王伟. 含粉煤灰微珠混凝土的强度和徐变特性研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(1): 124-128.
[9]	刘大锐,许立军,李世春,曹坤,图亚,李文清,刘清亮. 粉煤灰中战略金属锂的回收研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(1): 56-63.
[10]	崔家新,王连勇,卢思盟,孙延文,王睿,何艳,韩建丽. 几种不同产地粉煤灰水热法合成沸石性能探究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 96-100.
[11]	崔家新,王连勇,李尧,何艳,王睿,韩建丽. 水淬渣-粉煤灰基4A沸石的制备及性能表征[J]. 无机盐工业, 2022, 54(4): 135-140.
[12]	李亚娇,赵艺伟,鞠恺,唐仁龙,李龙清,邵小平,张高锋,任武昂. 基于响应面法的粉煤灰氨含量测定过程浸提条件优化研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(4): 145-151.
[13]	马越,程妍. 热处理对粉煤灰酸渣基二氧化硅气凝胶结构和疏水性的影响[J]. 无机盐工业, 2022, 54(3): 109-112.
[14]	薛海月,王连勇,刘向宇,韩建丽,杨义凡. 粉煤灰基沸石用于飞行器尾焰红外抑制的分析与展望[J]. 无机盐工业, 2022, 54(3): 23-30.
[15]	李巧云,贺艳. 粉煤灰基地质聚合物微球吸附水中铜（Ⅱ）的研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(12): 113-118.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会