选煤厂煤泥水沉降试验研究

2014-12-13丁光耀汤义春欧琳琳

江西煤炭科技 2014年3期

丁光耀，汤义春，刘珂，欧琳琳

（1.安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001；2.唐山国华科技国际工程有限公司，河北唐山 063000）

1 概述

在湿法选煤生产中，水是重要的介质，原煤在开采、分选中经过分级、破碎、脱泥、脱介、浮选、脱水等作业后分选出产品，大量粒度较细颗粒集聚在水中形成煤泥水。随着采煤机械化程度的提高，煤泥的粒度组成越来越细，煤泥水的处理难度也不断增加，从而造成了选煤厂不能获得洁净的循环水，给选煤厂的生产带来困难〔1〕。

选煤厂煤泥水深度澄清主要有以下两大益处：一是及时合理的回收尾煤泥，实现洗水闭路循环，做好环境保护工作，杜绝煤炭资源浪费；二是实现清水（＜200mg·L-1）选煤，为煤炭的分选做好准备条件。而对于重介质选煤厂而言，洁净的循环水作为脱介筛喷水对减少介耗意义重大〔2〕。

为此对该选煤厂煤泥水进行了沉降试验，从而确定出最优的絮凝剂和凝聚剂配比，找到适宜的煤泥水澄清方法。

2 煤泥水的主要特点

煤泥水由煤泥和水组成，其性质既与煤的性质有关又与水的性质有关，并受它们相互关系的影响，主要有煤泥水浓度、粘度、灰分、化学性质及煤泥的粒度，其中煤泥的粒度组成在很大程度上决定了煤泥水沉降过程的难易程度，且随着粒度变细及细粒含量的增多，将使颗粒的布朗运动加剧，煤泥水粘度增大，颗粒间表面电荷斥力作用明显，并使煤泥水具有某些胶体性质，从而导致煤泥水很难自然澄清〔3〕。

2.1 煤泥水悬浮液粒度组成及影响

煤泥水悬浮液按粒度组成可分为以下3种类型：

（1）粗粒分散体系。煤泥粒度＞0.125mm，沉降速度大，在重力条件下就可以实现自然沉降。

（2）细粒分散体系。煤泥粒度0.045～0.0125mm 之间，沉降速度变慢，需在絮凝或凝聚条件下形成絮团才可以沉降。

（3）类胶体分散体系。煤泥粒度＜0.045mm，在煤泥水中稳定性较高，使选煤厂细泥积聚〔4〕。

任一种煤泥水均是由以上3种类型构成的复杂的分散体系，关键是哪一类分散体系占主导地位。煤泥颗粒表面多数带负电荷，由于它们同性相斥，使得这些微粒在水中保持分散状态，在水中它们受重力和布朗运动的双重作用，因此煤泥水不但具有悬浮液的特点，往往还具有胶体的某些性质〔5〕。

2.2 煤泥水处理流程及面临问题

该厂采用了两段浓缩、两段回收模式的煤泥水处理流程（见图1），利用第一段浓缩设备和粗煤泥脱水设备回收较大部分＞0.045mm 的煤泥，降低后续压滤机的负荷，发挥其回收细煤泥、固液分离彻底的作用，以达到清水或低浓度洗煤的目的〔6〕。

图1 两段浓缩-两段回收流程

目前该厂一段选用一台斜管浓缩机，粗粒煤泥自然沉降，而二段两台斜管浓缩机并联使用。前期洗选9 煤层时，在只添加该絮凝剂的情况下，沉降效果可以满足生产需要，但自洗选4煤层后，二段溢流水浓度较高，煤泥也不能及时处理，又返回进浓缩池，这严重影响了整个选煤厂的正常生产和效益。在分析该厂煤质性质的基础上，在实验室对其煤泥水进行絮凝沉降试验的研究，最终得出对该厂煤泥水处理系统的最适合的药剂添加制度。

3 二段入料煤泥水性质分析

3.1 二段入料煤泥水组成

对该厂二段入料的煤泥水进行试验分析，分析结果见表1。

表1 二段入料煤泥水分析测试结果

根据表1的二段入料煤泥水灰分和粒度组成资料表明，二段入料煤泥水灰分为53.17%。说明入料中粘土类矿物成分含量较高，不利于煤泥的沉降；入料的粒度组成相对较细，＜0.030 mm 产率为85.57%，灰分高达59.39%，且随粒度的减小灰分明显增加。说明粘土矿物成分主要在细粒级中。

3.2 一段溢流矿物组成分析

由图2 可知，煤泥的主要组成矿物为石英、高岭石。煤泥中还含有方解石，方解石和高岭石极易泥化成细小颗粒，且其中的可溶盐会释放Ca2+、Mg2+等离子，这些离子与溶液中的离子浓度达到新的动态平衡时会改变循环水的硬度。

图2 一段溢流XRD 分析

4 二段入料沉降试验

4.1 试验条件

选煤厂浓缩机入料经长时间静止沉淀的煤泥经过滤、烘干，将10g煤样置于500mL 量筒中，配置成浓度为20 g／L的煤泥水样，再添加适量的聚丙烯酰胺水溶液上下翻转五回合，静置5min后，取其上清液测定吸光度。

4.2 煤泥水絮凝沉降分析

根据GB／T 18712-2002规定，对该厂煤泥水进行絮凝沉降试验，通过添加不同凝聚剂、絮凝剂及两种药剂的搭配使用，用初始沉降速度、沉积物高度和上清液透光率三个指标来分析药剂对煤泥水的沉降效果〔7〕。

4.2.1 煤泥水沉降凝聚剂选择与优化

试验采用单因素试验设计法中的均分法进行因素水平的确定。从图3中可看出，聚合氯化铝、明矾、硫酸铝对沉积物高度的影响不大，在添加石膏时，沉积物高度较低；几种凝聚剂用量在160～280g／m3时，透光率＞40%，可以满足现场需要，明矾和硫酸铝的效果相近、聚合氯化铝的效果最好，但使用石膏时的透光率较低，很难满足现场需要。