選煤廠煤泥水沉降試驗研究

丁光耀，湯義春，劉 珂，歐琳琳

（1.安徽理工大學材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001；2.唐山國華科技國際工程有限公司，河北 唐山 063000）

1 概述

在濕法選煤生產(chǎn)中，水是重要的介質(zhì)，原煤在開采、分選中經(jīng)過分級、破碎、脫泥、脫介、浮選、脫水等作業(yè)后分選出產(chǎn)品，大量粒度較細顆粒集聚在水中形成煤泥水。隨著采煤機械化程度的提高，煤泥的粒度組成越來越細，煤泥水的處理難度也不斷增加，從而造成了選煤廠不能獲得潔凈的循環(huán)水，給選煤廠的生產(chǎn)帶來困難〔1〕。

選煤廠煤泥水深度澄清主要有以下兩大益處：一是及時合理的回收尾煤泥，實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)，做好環(huán)境保護工作，杜絕煤炭資源浪費；二是實現(xiàn)清水（＜200mg·L-1）選煤，為煤炭的分選做好準備條件。而對于重介質(zhì)選煤廠而言，潔凈的循環(huán)水作為脫介篩噴水對減少介耗意義重大〔2〕。

為此對該選煤廠煤泥水進行了沉降試驗，從而確定出最優(yōu)的絮凝劑和凝聚劑配比，找到適宜的煤泥水澄清方法。

2 煤泥水的主要特點

煤泥水由煤泥和水組成，其性質(zhì)既與煤的性質(zhì)有關又與水的性質(zhì)有關，并受它們相互關系的影響，主要有煤泥水濃度、粘度、灰分、化學性質(zhì)及煤泥的粒度，其中煤泥的粒度組成在很大程度上決定了煤泥水沉降過程的難易程度，且隨著粒度變細及細粒含量的增多，將使顆粒的布朗運動加劇，煤泥水粘度增大，顆粒間表面電荷斥力作用明顯，并使煤泥水具有某些膠體性質(zhì)，從而導致煤泥水很難自然澄清〔3〕。

2.1 煤泥水懸浮液粒度組成及影響

煤泥水懸浮液按粒度組成可分為以下3種類型：

（1）粗粒分散體系。煤泥粒度＞0.125mm，沉降速度大，在重力條件下就可以實現(xiàn)自然沉降。

（2）細粒分散體系。煤泥粒度0.045～0.0125mm 之間，沉降速度變慢，需在絮凝或凝聚條件下形成絮團才可以沉降。

（3）類膠體分散體系。煤泥粒度＜0.045mm，在煤泥水中穩(wěn)定性較高，使選煤廠細泥積聚〔4〕。

任一種煤泥水均是由以上3種類型構成的復雜的分散體系，關鍵是哪一類分散體系占主導地位。煤泥顆粒表面多數(shù)帶負電荷，由于它們同性相斥，使得這些微粒在水中保持分散狀態(tài)，在水中它們受重力和布朗運動的雙重作用，因此煤泥水不但具有懸浮液的特點，往往還具有膠體的某些性質(zhì)〔5〕。

2.2 煤泥水處理流程及面臨問題

該廠采用了兩段濃縮、兩段回收模式的煤泥水處理流程（見圖1），利用第一段濃縮設備和粗煤泥脫水設備回收較大部分＞0.045mm 的煤泥，降低后續(xù)壓濾機的負荷，發(fā)揮其回收細煤泥、固液分離徹底的作用，以達到清水或低濃度洗煤的目的〔6〕。

圖1 兩段濃縮-兩段回收流程

目前該廠一段選用一臺斜管濃縮機，粗粒煤泥自然沉降，而二段兩臺斜管濃縮機并聯(lián)使用。前期洗選9 煤層時，在只添加該絮凝劑的情況下，沉降效果可以滿足生產(chǎn)需要，但自洗選4煤層后，二段溢流水濃度較高，煤泥也不能及時處理，又返回進濃縮池，這嚴重影響了整個選煤廠的正常生產(chǎn)和效益。在分析該廠煤質(zhì)性質(zhì)的基礎上，在實驗室對其煤泥水進行絮凝沉降試驗的研究，最終得出對該廠煤泥水處理系統(tǒng)的最適合的藥劑添加制度。

3 二段入料煤泥水性質(zhì)分析

3.1 二段入料煤泥水組成

對該廠二段入料的煤泥水進行試驗分析，分析結果見表1。

表1 二段入料煤泥水分析測試結果

根據(jù)表1的二段入料煤泥水灰分和粒度組成資料表明，二段入料煤泥水灰分為53.17%。說明入料中粘土類礦物成分含量較高，不利于煤泥的沉降；入料的粒度組成相對較細，＜0.030 mm 產(chǎn)率為85.57%，灰分高達59.39%，且隨粒度的減小灰分明顯增加。說明粘土礦物成分主要在細粒級中。

3.2 一段溢流礦物組成分析

由圖2 可知，煤泥的主要組成礦物為石英、高嶺石。煤泥中還含有方解石，方解石和高嶺石極易泥化成細小顆粒，且其中的可溶鹽會釋放Ca2+、Mg2+等離子，這些離子與溶液中的離子濃度達到新的動態(tài)平衡時會改變循環(huán)水的硬度。

圖2 一段溢流XRD 分析

4 二段入料沉降試驗

4.1 試驗條件

選煤廠濃縮機入料經(jīng)長時間靜止沉淀的煤泥經(jīng)過濾、烘干，將10g煤樣置于500mL 量筒中，配置成濃度為20 g／L的煤泥水樣，再添加適量的聚丙烯酰胺水溶液上下翻轉五回合，靜置5min后，取其上清液測定吸光度。

4.2 煤泥水絮凝沉降分析

根據(jù)GB／T 18712-2002規(guī)定，對該廠煤泥水進行絮凝沉降試驗，通過添加不同凝聚劑、絮凝劑及兩種藥劑的搭配使用，用初始沉降速度、沉積物高度和上清液透光率三個指標來分析藥劑對煤泥水的沉降效果〔7〕。

4.2.1 煤泥水沉降凝聚劑選擇與優(yōu)化

試驗采用單因素試驗設計法中的均分法進行因素水平的確定。從圖3中可看出，聚合氯化鋁、明礬、硫酸鋁對沉積物高度的影響不大，在添加石膏時，沉積物高度較低；幾種凝聚劑用量在160～280g／m3時，透光率＞40%，可以滿足現(xiàn)場需要，明礬和硫酸鋁的效果相近、聚合氯化鋁的效果最好，但使用石膏時的透光率較低，很難滿足現(xiàn)場需要。

圖3 不同凝聚劑對煤泥水沉降結果

4.2.2 煤泥水沉降絮凝劑選擇與優(yōu)化

從圖4中可看出，兩種藥劑用量變化時，沉積物高度基本不變，隨著藥劑用量的增加，兩種藥劑的初始沉降速度和上清液透光率波動比較大，但諾爾的整體沉降效果不如恒陽絮凝劑的沉降效果。

圖4 兩種分子量絮凝劑對煤泥水沉降效果

4.2.3 兩種藥劑的協(xié)同試驗

根據(jù)上述單獨藥劑試驗結果并考慮藥劑價格，選取聚合氯化鋁、明礬作為凝聚劑和恒陽聚丙烯酰胺進行均勻搭配試驗。試驗結果見表2、表3。

表2 恒陽絮凝劑-聚合氯化鋁用量配比優(yōu)化試驗結果

表3 恒陽絮凝劑-明礬用量配比優(yōu)化試驗結果

從表2、表3中可看得出，恒陽絮凝劑與兩種凝聚劑配合使用時，沉積物高度變化較小，絮凝劑與聚合氯化鋁復配時，其沉降速度很快，隨著絮凝劑用量的增加，初始沉降速度在逐漸降低，而與明礬復配時沉降速度較慢，上清液透光率也較低。

綜上所述，采用恒陽絮凝劑與聚合氯化鋁搭配煤泥水的沉降速度增快，溢流澄清度較高。當絮凝劑用量為4.0 g／m3，凝聚劑用量140g／m3時，效果較好。

5 結論與建議

1）利用均勻試驗法進行煤泥水絮凝沉降試驗，通過對試驗數(shù)據(jù)的科學分析，獲得可靠的研究結論，用盡可能少的試驗，找出了最佳的藥劑用量搭配。

2）采用恒陽絮凝劑與聚合氯化鋁搭配處理煤泥水可以取得上清液透光率達87.80%，沉降速度為47.21m／h，取得良好的沉降效果。

〔1〕張明旭，徐建平，趙 鳴.煤泥水處理〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000.

〔2〕呂文舵，劉 珊.潘一礦選煤廠煤泥水系統(tǒng)的改造設計〔J〕.煤炭工程，2007（1）：17-18.

〔3〕朱金波，閔凡飛，張明旭，王 躍.新集二礦選煤廠煤炭泥化及煤泥沉降絮凝研究〔J〕.煤炭加工與綜合利用，2007，6：5-7.

〔4〕許紅娜，王紅霞.添加礦物型MC凝聚劑實現(xiàn)煤泥水深度澄清的實驗室試驗〔J〕.潔凈煤技術，2006，4：15-18.

〔5〕劉海霞.凝聚劑與絮凝劑在司馬礦選煤廠煤泥水處理中的應用〔J〕.煤質(zhì)技術，2012，1：62-64.

〔6〕高 榮，羅元富，董祿等.精煤泥二次浮選、兩段脫水回收流程在二塘選煤廠的應用〔J〕.煤質(zhì)技術，2011（3）：63-65.

〔7〕張愛菊，李 安，段于雷.界溝選煤廠煤泥水處理硇研究與實跬〔J〕.煤炭加工與綜合利用，2013，5：12-15.