李 飞，师文虎，杜焕铜，邓启蒙

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山 063012)

腾庆选煤厂煤泥水絮凝沉降特性试验研究

李 飞1,2，师文虎1,2，杜焕铜1,2，邓启蒙1,2

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)矿业科技有限公司，河北 唐山 063012)

为了提高腾庆选煤厂的煤泥水沉降效果，在对其性质分析的基础上，以不同离子类型的聚丙烯酰胺作为絮凝剂，以2109和2111作为凝聚剂，进行絮凝沉降试验，研究煤泥水的沉降特性，探索不同药剂的最佳组合，并确定其最佳用量与配比。试验结果表明：该选煤厂煤泥水中含有大量的高灰细泥，自然沉降难度较大；单加分子量为800万的阴离子聚丙烯酰胺，在其用量为8 g/m3时煤泥水絮凝沉降效果较好。

煤泥水；高灰细泥；自然沉降；絮凝沉降；药剂配比

随着煤矿开采机械化程度的提高，原煤中的细粒煤和超细粒煤所占比重越来越大，导致煤泥水中的细煤泥越来越多，煤泥水的有效处理成为选煤行业共同关注的焦点。在选煤厂实际生产过程中，煤泥水处理系统严重恶化时，将使整个洗选系统无法正常运行，甚至被迫停产，因此煤泥水必须经过合理处理才能实现循环使用或者外排。就现场生产情况来看，解决煤泥水难处理的问题成为选煤厂正常生产的前提与保障，也是企业经济效益增长的突破点[1-5]。

对于腾庆选煤厂来说，当过滤机入料中的微细粒(<0.038 mm)含量增多时，容易发生过滤介质堵塞、滤饼致密或透气性恶化等现象，进而引起设备脱水速度降低、滤液浓度增高、滤饼产率下降、滤饼水分增高等严重影响生产或产品质量的问题[6]。为此，在对该选煤厂煤泥水特性研究的基础上，探索煤泥水处理的最佳药剂使用方案，以提高煤泥水的沉降效果。

1 试验

1.1 仪器与试剂

1.1.1 试验仪器

试验仪器主要包括变速搅拌器，最大转速为1 000 r/min；带磨口塞的圆柱量筒，容量为500 mL，分度值为5 mL；注射器，容量分别为1、2、5、10、50 mL；计时器，量程为0.1～3 600 s；澄清度测定仪。

1.1.2 试验试剂

凝聚剂包括两种，一种为聚合氯化铝，编号为2109，为无机高分子黄色固体颗粒，密度为1.12 g/cm3；另一种为石灰，编号为2011，主要成分为氧化钙，密度为1.35 g/cm3，使用前需将其配制成浓度为1%的溶液。絮凝剂选用9种不同分子量、不同离子类型的聚丙烯酰胺，使用前需将其配制成浓度为0.1%的溶液，絮凝剂的种类与属性见表1。

表1 聚丙烯酰胺种类与属性

1.2 试验方案

试验参照GB/T 18712—2002 《选煤用絮凝剂性能试验方法》规定进行。将装满煤泥水的量筒双向翻转5个回合，用注射器取适量的絮凝剂溶液，加入量筒中煤泥水表面，双向翻转量筒5回合， 静置。静置量筒，可以观察到上清液和絮团清晰的界面，记录界面通过量筒每 50 mL分度值的时间，测量50 mL分度值间距，记录试验数据[7]。

1.3 评价指标

以初始沉降速度、沉淀物高度两个指标对煤泥水的沉降效果进行评价[8]，初始沉降速度计算方法是逐级对沉降速度进行平均，选择最大的沉降速度。沉降速度计算式为：

式中：vf为自由沉降速度，m/h；d为量筒50 mL分度值的间距，mm；t为界面通过量筒每50 mL分度值的时间，s。

2 煤泥水性质

煤泥水是煤、水及其他杂质的混合物，其性质与各组分相关，受各物质相互关系的影响。具体来说，煤泥水的性质随煤种、采煤方法、运输方式、选煤手段、细粒含量、可溶性盐类的种类和数量、用水性质变化而变化，这些性质直接影响煤泥水的沉降效果、絮凝性质、过滤效果及产品水分等。要想彻底解决煤泥水的沉降问题，必须了解其性质，为此就煤泥水的浓度、pH值、粒度组成进行研究[9]。

2.1 pH值与浓度

煤泥水的pH值直接影响其中所含颗粒的表面性质及凝聚剂(絮凝剂)在煤泥水中的存在形态，进而影响颗粒与各药剂的相互作用，从而影响煤泥水的絮凝(凝聚)效果。采用pH S-10B数字酸度计对煤泥水的pH值进行测试，通过重量法测定其浓度。检测结果见表2。

表2 煤泥水的pH值与浓度测定结果

2.2 粒度组成

一般而言，颗粒粒度越大，沉降速度越快，煤泥水的澄清效果越好；反之，煤泥水不易处理。试验采用小筛分(湿法)分析法和激光粒度法测定煤泥水中的颗粒粒度组成，结果见表3。

表3 颗粒粒度组成

由表3可知：<0.45 mm粒级煤泥含量为74.97%，灰分为43.55%，说明煤泥水中不但含有大量细泥，而且灰分较高，存在泥化现象。

根据斯托克斯公式，颗粒粒度越细，沉降速度越慢；同时，颗粒粒度越细，重力作用越小，布朗运动越显著，颗粒越易保持悬浮状态。因此，该煤泥水中的颗粒在较短时间内单纯依靠自身重力很难沉降，必需采用其他方法迫使其沉降[10]。

3 试验结果与分析

3.1 单加絮凝剂的煤泥水沉降试验

为了考察不同药剂对该选煤厂煤泥水沉降效果的影响，基于探索性试验的研究，以絮凝剂作为研究对象，在相同的煤泥水浓度(60 g/L)条件下，分别采用相同的药剂用量进行对比试验，结果见表4。

由表4可知：综合比较初始沉降速度、压缩层厚度及药剂用量发现，添加分子量800万的阴离子聚丙烯酰胺的煤泥水沉降效果最好；在药剂用量为8 g/m3时，初始沉降速度为108.36 cm/min，压缩层厚度为21.50 mm。

3.2 添加絮凝剂与凝聚剂的煤泥水沉降试验

在相同的试验条件下，以2109和2111作为凝聚剂，分别与不同的聚丙烯酰胺联合使用，观察煤泥水的沉降效果，结果见表5、表6。

表4 絮凝剂单加沉降试验结果

表5 凝聚剂与絮凝剂用量均为8 g/m3的煤泥水沉降试验结果

表6 凝聚剂与絮凝剂用量均为16 g/m3的煤泥水沉降试验结果Table 6 5 Results of test on slurry sedimentation using coagulant and flocculant both at a dosage of 16 g/cm3

由表5、表6可知：综合比较初始沉降速度、压缩层厚度及药剂用量发现，试验编号为8的试验结果最好，即分子量为800万的阴离子聚丙烯酰胺与2111联合使用，絮凝沉降效果较好；在药剂用量为16 g/m3时，初始沉降速度为107.40 cm/min，压缩层厚度为34 mm。

3.3 药剂使用方案的确定

通过表4、表5、表6数据，依据初始沉降速度、压缩层厚度两项指标，可得出单加药剂和联合使用药剂时煤泥水沉降效果最佳的四组方案，结果见表7。

表7 煤泥水沉降效果最佳的四组药剂方案

为了更直观地比较煤泥水沉降结果，依据表7数据绘制沉降时间-界面沉降距离关系曲线，结果如图1所示。

图1 沉降时间-界面沉降距离关系曲线

由表7、图1可知：联合使用凝聚剂和絮凝剂时，界面沉降距离更大，煤泥水沉降效果更好，但药剂用量大幅增加，生产成本增加；此外，颗粒沉降速度降低，压缩层厚度增加，颗粒沉降形成的絮团松散，不利于后续脱水作业。

因此，对于该选煤厂煤泥水，建议单加分子量为800万的聚丙烯酰胺，其最佳用量为8 g/m3，此时，煤泥水絮凝沉降效果最好，且生产成本较低。

4 结论

基于对该选煤厂煤泥水性质的分析，选用凝聚剂和不同类型的聚丙烯酰胺进行沉降试验，依据试验结果可得出以下结论：

(1)原煤存在泥化现象，煤泥水中细颗粒含量很高，且灰分较高，导致细颗粒自由沉降困难。

(2)在煤泥水中加入高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，其分子链上活性基团的“架桥”作用，能够提高颗粒的沉降速度。

(3)单加聚丙烯酰胺和联合使用药剂都能提高煤泥水的沉降效果，但所提高的程度不同；综合考虑，单加分子量为800万的阴离子聚丙烯酰胺，在其用量为8 g/m3时煤泥水絮凝沉降效果最好。

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Experimental study on sedimentation characteristics of flocculated coal slurry at Tengqing Coal Preparation Plant

LI Fei1,2, SHI Wen-hu1,2, DU Huan-tong1,2, DENG Qi-meng1,2

(1. Tangshan Research Institute Co., Ltd., China Coal Technology and Engineering Group, Tangshan, Hebei 063012, China; 2. Tiandi (Tangshan) Mining Technology Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063012, CHina )

In order to quicken the slurry settling rate, a sedimentation test is made at the plant with the use of different types of polyacrylamides as flocculants and 2019 and 2011 as coagulants. The test made is directed toward the study of the sedimentation characteristics of the slurry as well as the optimum combination, dosage and proportioning of different agents. Test result indicates that the slurry water of the plant is high in content of high-ash coal fines and mud, making it rather hard to undergo natural sedimentation and when anionic polyacrylamide with a molecular weight of 8 million is used alone at a dosage of 8 g/cm3, a much better slurry settling effect can be expected.

coal slurry; high-ash fine slime; natural sedimentation; sedimentation of flocculated slurry; proportioning of agents

1001-3571(2016)05-0015-04

TD946.2

A

2016-09-11

10.16447/j.cnki.cpt.2016.05.004

中国煤炭科工集团有限公司科技创新青年基金项目(2014QN045)

李 飞(1985—)，男，江苏省淮安市人，硕士，主要从事重介选煤工艺研究和选煤工程设计工作。

E-mail:aa198524@163.com Tel:13483561551

李 飞，师文虎，杜焕铜，等.腾庆选煤厂煤泥水絮凝沉降特性试验研究[J]. 选煤技术，2016(5)：15-18.