煤泥水絮凝沉降影響因素試驗研究

閆汾濤

(山西焦煤西山煤電集團 西曲選煤廠，山西 古交 030200)

煤炭洗選過程中形成微細顆粒組成的懸浮液，若直接排放既浪費了大量的水資源，也對環(huán)境產(chǎn)生了極大的危害。因此煤泥循環(huán)水的高效利用成為煤炭洗選工藝中關鍵的問題。本文從西山西曲礦選煤廠濃縮池入料入手，針對現(xiàn)場濃縮池沉降效果不好、用藥量大等問題，通過改變絮凝劑的種類、用量以及加藥方式進行沉降試驗，結(jié)合實際生產(chǎn)指標制定完善的濃縮藥劑制度，為煤泥水車間優(yōu)化提供了參考。

1 樣品制備及藥劑準備

1.1 樣品制備及表征

本文所使用煤樣來自西山西曲礦選煤廠濃縮池入料，濃縮池入料主要來自浮選尾煤。將現(xiàn)場采樣所得濃縮池入料經(jīng)過脫水、75℃下烘干后得到煤樣樣品。

1.1.1 工業(yè)分析

對煤樣進行工業(yè)分析，試驗結(jié)果見表1。如表1所示， 該煤樣灰分為61.29%，揮發(fā)分和固定碳含量分別為11.34%和8.68%，含量較少，并且煤樣含有較高無機礦物成分。

表1 樣品工業(yè)分析

1.1.2 粒度分析

對煤樣進行激光粒度檢測，試驗結(jié)果見圖1。如圖1所示，煤樣中細粒煤含量較多，其中-0.074 mm粒徑的樣品達到90%以上，平均粒徑為35 μm。

圖1 樣品粒度分布

1.1.3 礦物組成分析

對煤樣進行X射線衍射儀檢測，試驗結(jié)果見圖2。如圖2所示，在XRD圖譜中高嶺石、蒙脫石、石英、方解石的特征衍射峰強度很高，說明該樣品中無機礦物含量較高，與工業(yè)分析結(jié)果相印證。

圖2 樣品XRD圖譜

1.2 藥劑準備

根據(jù)該選煤廠現(xiàn)場煤泥水車間藥劑制度，本文所用絮凝劑聚丙烯酰胺(分子量均為1 800萬)。

2 試驗研究

本試驗主要是在實驗室模擬選煤廠實際濃縮-壓濾環(huán)節(jié)，通過改變絮凝劑種類、用量以及加藥方式進行絮凝沉降試驗，對試驗結(jié)果進行分析，并結(jié)合抽濾效果研究出最佳藥劑制度。

2.1 煤泥水樣品制備

根據(jù)現(xiàn)場采樣檢驗結(jié)果，制備煤泥水濃度均為5 g/L。使用電子天平稱取2.5 g按照上文方法所制煤樣放置于500 mL燒杯中，加入500 mL自來水使用螺旋攪拌器攪拌30 min左右，使其攪拌均勻制備出5 g/L的煤泥水懸浮液樣品。

2.2 絮凝劑種類、用量對絮凝沉降試驗影響效果

本試驗主要是探索陽離子、陰離子、非離子型絮凝劑使用量對煤泥水沉降效果的影響，三種絮凝劑濃度均為0.1%.

2.2.1 試驗步驟

1) 將上文制備好的煤泥水樣品倒入500 mL沉降管，使用膠頭滴管加入一定量絮凝劑，蓋上管塞。

2) 左手扶住管底，右手按住管塞，使沉降管上下翻轉(zhuǎn)10個來回，結(jié)束后放置到平整桌面靜置，開始計時。

3) 分別在1 min、5 min、10 min、20 min、30 min、50 min時對沉降管內(nèi)上清液進行取樣，使用可見分光光度儀進行透射比測定(與去離子水對比)。

4) 選擇沉降效果最好的一組藥劑沉降管中煤泥水進行抽濾試驗，對濾餅進行水分測定。

2.2.2 試驗結(jié)果及分析

1) 陽離子型絮凝劑。如圖3所示，陽離子型聚丙烯酰胺的加入使煤泥沉降的速率增加，上清液透射比明顯增大。隨著時間的增加，煤泥水上清液透射比先增大，在10 min時基本趨于平緩，10 min以后煤泥水上清液透射比也有所增加，但增加幅度過??；隨著藥劑使用量的增加，煤泥水上清液透射比出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，藥劑量為300 g/t時沉降效果最佳。

2) 陰離子型絮凝劑。如圖4所示，陰離子型聚丙烯酰胺的加入使煤泥沉降的速率增加，上清液透射比明顯增大。隨著時間的增加，煤泥水上清液透射比先增大，在20 min時基本趨于平緩，20 min以后煤泥水上清液透射比也有所增加，但增加幅度過??；隨著藥劑使用量的增加，煤泥水上清液透射比出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，藥劑量為300 g/t時沉降效果最佳。

圖3 陽離子型聚丙烯酰胺沉降試驗結(jié)果

圖4 陰離子型聚丙烯酰胺沉降試驗結(jié)果

3) 非離子型絮凝劑。如圖5所示，非離子型聚丙烯酰胺的加入使煤泥水沉降效果并沒有其他兩種藥劑明顯，藥劑量為500 g/t時沉降效果最佳。

綜合比較三種藥劑的試驗結(jié)果，其中陽離子型和陰離子型聚丙烯酰胺的使用能夠明顯地改善煤泥水沉降效果，使得煤泥水上清液透射比最佳分別為88%、83%，而非離子型聚丙烯酰胺的使用并沒有明顯的效果。聚丙烯酰胺具有較長的線性長度，能夠使煤泥水懸浮液中較遠的膠粒進行吸附、架橋、相互搭接，形成顆粒較大的絮團，從而加快沉降效果；隨著聚丙烯酰胺的用量增大，煤泥水中膠體之間“架橋網(wǎng)捕”作用越大，從而沉降效果越好；但聚丙烯酰胺達到一定用量時，上清液透射比不再發(fā)生明顯變化，過多的藥劑量會導致形成的絮團個體過大，從而降低藥劑分子鏈上的活性集團，影響沉降效果[1-3]。三種離子型聚丙烯酰胺藥劑的使用對沉降效果影響排序：陽離子型>陰離子型>非離子型。

圖5 非離子型聚丙烯酰胺沉降試驗結(jié)果

4) 抽濾試驗結(jié)果及分析。根據(jù)上述沉降試驗結(jié)果，選擇加入陽離子型聚丙烯酰胺的沉降試驗煤泥水進行抽濾試驗，試驗結(jié)果見表2。如表2所示，隨著陽離子型聚丙烯酰胺使用量的增大，沉降后抽濾時間有所減少，因為藥劑使用量的增加導致抽濾過后濾餅水分也有所增大。抽濾試驗中，陽離子型聚丙烯酰胺的加入量為200 g/t和300 g/t時，抽濾時間差別不大，但濾餅水分存在較大差別。根據(jù)廠區(qū)實際生產(chǎn)情況對煤泥濾餅水分的要求，結(jié)合經(jīng)濟因素綜合考慮，選用陽離子型聚丙烯酰胺藥劑，使用量為200 g/t。

表2 抽濾試驗結(jié)果

2.3 加藥方式對絮凝沉降試驗影響效果

2.3.1 試驗步驟

1) 將上文制備好的煤泥水樣品倒入500 mL沉降管，使用膠頭滴管加入一定量陽離子型聚丙烯酰胺，蓋上管塞。

2) 左手扶住管底，右手按住管塞，使沉降管上下翻轉(zhuǎn)3個來回，結(jié)束后放置到平整桌面靜置，打開管塞加入一定量陽離子型聚丙烯酰胺，蓋上管塞，使用上述方法翻轉(zhuǎn)10個來回，開始計時。

3) 在10 min時對沉降管內(nèi)上清液進行取樣，使用可見分光光度儀進行透射比測定(與去離子水對比)。

2.3.2 試驗結(jié)果及分析

不同加藥方式試驗結(jié)果見表3。二次加藥方式能夠加強沉降效果，使上清液透射比明顯增加，其中以第一次加入80 g/t，第二次加入120 g/t效果最好。

表3 二次加藥試驗結(jié)果

絮凝劑的添加方式對沉降效果有著顯著影響，廠區(qū)實際加藥方式是在濃縮池上方直接加入藥劑，藥劑與煤泥混合并不均勻，導致沉降效果不好，大多數(shù)情況下現(xiàn)場會通過藥劑加入量而達到理想效果，造成藥劑的大量損失，從而降低經(jīng)濟效益。通過現(xiàn)場觀察與測量，選擇在濃縮池前的緩沖桶和濃縮池走橋處進行二次加藥，保證煤泥與藥劑能夠充分混勻，發(fā)揮更好的絮凝效果。

3 結(jié) 語

1) 三種絮凝劑對沉降效果影響為：陽離子型>陰離子型>非離子型。沉降試驗中沉降效果最佳藥劑用量為300 g/t。結(jié)合廠區(qū)實際生產(chǎn)情況對煤泥濾餅水分的要求以及經(jīng)濟因素綜合考慮，選用陽離子型聚丙烯酰胺藥劑，使用量為200 g/t。

2) 二次加藥能夠明顯優(yōu)化沉降效果，最佳藥劑制度為：添加陽離子絮凝劑，使用80 g/t+120 g/t二次加藥方法，能夠使煤泥水上清液透射比達到88%，洗水濃度保持在10 g/L以下。