脫硫石膏在煤泥水處理中的應(yīng)用探析

孫宏原

(山西沁新能源集團股份有限公司,山西省長治市,046502)

1 概述

沁新集團選煤廠是2002年12月30日建成并投入運行的礦井型選煤廠,經(jīng)過一期、二期的改擴建,設(shè)計能力由60萬t提升到現(xiàn)在的270萬t,采用跳汰—浮選聯(lián)合工藝,煤泥水系統(tǒng)采用濃縮機濃縮、壓濾機脫水的煤泥回收工藝,主要入洗2#主焦煤和高硫配焦煤。作為優(yōu)質(zhì)主焦煤生產(chǎn)基地,如何最大限度地提高精煤產(chǎn)率和堅持實現(xiàn)清水(小于200 mg/l)閉路循環(huán)是企業(yè)的一貫宗旨。

近年來,隨著采煤機械化程度的不斷提高,入選原煤中細(xì)粒煤所占的比例也越來越大,開采和洗選過程中衍生出大量細(xì)泥,這些顆粒表面多數(shù)帶負(fù)電荷,同性之間相互排斥,使得這些顆粒在水中保持分散狀態(tài),且同時受到重力作用和布朗運動的影響,使得煤泥水還具有很多類似膠體的性質(zhì),給本來就很棘手的煤泥水處理帶來了更大的挑戰(zhàn)。

在長期生產(chǎn)過程中,洗選2#主焦煤時需要在濃縮機的入料(即浮選機的尾礦)中間斷添加聚合氯化鋁水溶液和連續(xù)添加聚丙烯酰胺水溶液才能得到較為澄清的溢流,以滿足生產(chǎn)需求。但長期大量的添加聚合氯化鋁成本很高,為了積極響應(yīng)集團提出的“雙增雙節(jié)”政策,選煤廠一直在尋找一種更廉價的凝聚劑替代品。根據(jù)最近相關(guān)報道,有專家提出在煤泥水處理上用無水石膏可以完美替代聚合氯化鋁。在這一思路啟發(fā)下,選煤廠將目光聚焦在了集團下屬電廠的廢棄脫硫石膏上,并進(jìn)行了一系列的實驗。

2 實驗研究

(1)取煤泥水250 ml,分別添加1 ml、2 ml、3 ml、4 ml、5 ml、6 ml、7 ml,濃度為10%,PH值為13的脫硫石膏溶液(凝聚劑),在量筒中顛覆10次搖勻,然后記錄不同時間泥面的高度。如表1所示。

表1 添加不同量的脫硫石膏對煤泥水的處理效果

由表1可以證實添加脫硫石膏作為凝聚劑,對煤泥水的處理有一定效果,并且表明了在5～7 ml的時候都能滿足生產(chǎn)水質(zhì)需求,從經(jīng)濟角度考慮選擇5 ml是最適合的添加量,但是沉降速度太慢,如果只是單獨添加來處理煤泥水無法滿足正常工業(yè)生產(chǎn)中的水循環(huán)。

(2)取煤泥水250 ml,分別添加0.4 ml、0.5 ml、0.6 ml、0.7 ml、0.8 ml、0.9 ml濃度為1.0‰聚丙烯酰胺溶液(PAM),在量筒中顛覆10次搖勻,通過觀察上清液的渾濁來判斷絮凝劑的最佳用量。如表2所示。

由表2可以看出PAM對煤泥水有明顯的處理效果,隨著添加量的增加,效果逐漸凸顯,并且到0.8 ml以后,效果基本維持不變。從經(jīng)濟角度考慮,選擇0.8 ml完全可以滿足工藝需求,但該上清液的澄清度還是無法滿足正常生產(chǎn)循環(huán)的需求。

表2 不同量PAM單獨添加5 min后對煤泥水的處理效果

(3)從以上實驗結(jié)果可以看出,單獨添加凝聚劑或者絮凝劑都有一定的處理效果,但都未達(dá)到企業(yè)的生產(chǎn)要求(不是沉降速度太慢就是澄清度不夠)。脫硫石膏之所以具有凝聚劑的作用,原因是含有一部分水溶性鹽和未反應(yīng)的碳酸鈣和氧化鈣,引入的陽離子和微溶的Ca(OH)2促使煤泥表面的那些斷裂的化學(xué)鍵和不飽和鍵達(dá)到新的平衡,但單純使用脫硫石膏并不能使煤泥水達(dá)到最好的處理效果。同樣,細(xì)泥物料周圍所帶的高負(fù)電荷,會影響和阻礙絮凝劑發(fā)揮更好的絮凝作用。

如果兩者配合使用,沉降效果又如何呢?以下是對先加PAM和先加脫硫石膏分別作的對比實驗。

取煤泥水250 ml,先添加濃度為1.0‰PAM溶液0.8 ml,然后再添加濃度為10%、PH值為13的脫硫石膏溶液5 ml,在量筒中顛覆10次搖勻后,靜止5 min,觀察上清液的渾濁度和記錄泥面高度,然后再顛倒下添加順序進(jìn)行重復(fù)實驗。如表3所示。

表3 不同的添加順序?qū)γ耗嗨幚硇Ч挠绊?/p>

從表3可以看出,兩者配合使用對煤泥水的處理完全可行。從泥面高度可以看出添加順序?qū)μ幚硇Ч绊懖淮?但根據(jù)文獻(xiàn)報導(dǎo),PH值大小對PAM的絮凝性能有較大影響,一般來說,PAM在PH值很寬的范圍內(nèi)效能都很高,但隨著PH值的變化,PAM的作用也發(fā)生很大的變化。當(dāng)PH值在4.0～6.5范圍內(nèi),添加PAM后,煤泥的沉降速度最大,超過這個范圍,特別是在堿性較強的介質(zhì)中,煤泥在PAM作用下沉降速度急劇下降。由此,可以推斷:之所以添加順序?qū)γ耗嗨幚硇Ч丛斐擅黠@影響的原因是雖然先添加PH為13的脫硫石膏,但由于加入量很少,很快被稀釋為接近中性的溶液,所以不會對PAM的絮凝性能造成太大影響。

所以,通過PAM與脫硫石膏的配合使用,來處理煤泥水就可滿足正常生產(chǎn)循環(huán)的需要。

3 效益分析

3.1 降低了噸原煤藥劑成本

原來洗選主焦煤聚合氯化鋁溶液和聚丙烯酰胺溶液配合添加時,聚合氯化鋁的噸原煤添加量為43 g(1230元/t),聚丙烯酰胺噸煤投入量為5g(聚丙烯酰胺14000元/t)。脫硫石膏溶液和聚丙烯酰胺溶液配合使用后,脫硫石膏溶液是企業(yè)電廠的廢棄物,聚丙烯酰胺噸原煤投入量僅為3.2 g。所以聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺配合使用的成本為0.12元/t原煤,而脫硫石膏和聚丙烯酰胺聯(lián)合添加的成本為0.045元/t原煤。按全年入洗250萬t原煤計算,全年可為集團節(jié)約直接費用18.75萬元。

3.2 提高了生產(chǎn)效率

(1)脫硫石膏加入后,溶液中出現(xiàn)的Ca(OH)2有利于改善絮凝體的脫水性能,而且可以起填充料的作用,使絮凝體不易黏附濾布,解決了尾煤脫水設(shè)備能力不足的問題。

(2)脫硫石膏溶液與聚丙烯酰胺配合使用后,循環(huán)水的質(zhì)量得到徹底控制,實現(xiàn)了清水洗煤,為整個生產(chǎn)工藝提供了良好的條件,穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了生產(chǎn)效益。

(3)該處理方法還可以進(jìn)一步處理井下污水,對環(huán)境保護(hù),廢水再利用都有一定的積極作用。

[1] 孫宇欣,楊紅衛(wèi).煤泥水的特性與絮凝劑的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2001(5)

[2] 李祥春,聶白勝.煤吸附水特性的研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報,2006(4)

[3] 程小冬.煤泥水的處理技術(shù)研究[J].潔凈煤技術(shù),2009(5)