脫硫石膏在煤泥水處理中的應用探析

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,經過一期、二期的改擴建,設計能力由60萬t提升到現在的270萬t,采用跳汰—浮選聯合工藝,煤泥水系統采用濃縮機濃縮、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。作為優質主焦煤生產基地,如何最大限度地提高精煤產率和堅持實現清水(小于200 mg/l)閉路循環是企業的一貫宗旨。

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泥,這些顆粒表面多數帶負電荷,同性之間相互排斥,使得這些顆粒在水中保持分散狀態,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,給本來就很棘手的煤泥水處理帶來了更大的挑戰。

在長期生產過程中,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,為了積極響應集團提出的“雙增雙節”政策,選煤廠一直在尋找一種更廉價的凝聚劑替代品。根據最近相關報道,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水質需求,從經濟角度考慮選擇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生產中的水循環。

(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循環的需求。

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,但都未達到企業的生產要求(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鍵和不飽和鍵達到新的平衡,但單純使用脫硫石膏并不能使煤泥水達到最好的處理效果。同樣,細泥物料周圍所帶的高負電荷,會影響和阻礙絮凝劑發揮更好的絮凝作用。

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行重復實驗。如表3所示。

表3 不同的添加順序對煤泥水處理效果的影響

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對處理效果影響不大,但根據文獻報導,PH值大小對PAM的絮凝性能有較大影響,一般來說,PAM在PH值很寬的范圍內效能都很高,但隨著PH值的變化,PAM的作用也發生很大的變化。當PH值在4.0～6.5范圍內,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:之所以添加順序對煤泥水處理效果未造成明顯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循環的需要。

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,全年可為集團節約直接費用18.75萬元。

3.2 提高了生產效率

(1)脫硫石膏加入后,溶液中出現的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,循環水的質量得到徹底控制,實現了清水洗煤,為整個生產工藝提供了良好的條件,穩定了產品質量,提高了生產效益。

(3)該處理方法還可以進一步處理井下污水,對環境保護,廢水再利用都有一定的積極作用。

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

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

[3] 程小冬.煤泥水的處理技術研究[J].潔凈煤技術,2009(5)