組合助濾劑強化選煤廠微細煤泥脫水的研究

武日剛

(山西焦煤 汾西礦業(yè)集團洗煤廠，山西 介休 032000)

汾西礦業(yè)洗煤廠隸屬于山西焦煤汾西礦業(yè)集團，是我國最早建設的中央型選煤廠之一。洗煤廠目前主要入洗多個資源整合礦的原煤。由于煤源不同，入洗原煤性質特別是細煤泥含量、粒度組成等差異顯著，致使洗煤廠生產過程中煤泥水系統(tǒng)不穩(wěn)定，存在濃縮機溢流水不清或壓濾煤泥水分偏高等問題。本文以該洗煤廠入洗的正中煤礦-0.5 mm原生煤泥為對象，研究不同類型助濾劑及其組合對煤泥脫水的促進作用，以期對洗煤廠生產實踐提供一定指導。

1 試樣性質與研究方法

1.1 煤泥性質

依據國家標準GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗方法》對正中煤礦-0.5 mm煤泥試樣進行篩分試驗，結果見表1.

由表1可以看出，正中煤礦-0.5 mm原生煤泥的灰分偏高，說明其中含有較多的無機礦物質。就粒度分布而言，-0.045 mm微細粒級含量高達34.71%，灰分37.44%，高出試樣平均灰分7.23個百分點，說明煤泥中的高灰細泥含量大，存在一定矸石泥化現象。

表1 煤泥的粒度組成表

為進一步了解煤泥中的礦物質組成，對其進行了灰成分分析，結果見表2.

表2 正中煤泥的灰成分分析表

由表2可以看出，正中煤泥的灰成分中以Al2O3和SiO2占比最大。其中SiO2對應煤泥中的石英礦物和黏土類礦物，而Al2O3主要與煤泥中的黏土礦物如高嶺石、蒙脫石等相關。黏土類礦物遇水極易分散成微細的懸浮顆粒，且顆粒表面帶有較強負電荷，進入選煤廠分選系統(tǒng)將造成后續(xù)煤泥水沉降和脫水困難，嚴重時會影響整個系統(tǒng)的分選效率[1-3].

1.2 研究方法

在300 g/L濃度的煤漿中加入適量助濾劑，攪拌使之混合均勻，倒入加壓過濾實驗裝置的杯體；開啟進氣閥門，通入壓縮空氣并保持壓力在0.2 MPa，脫水5 min，然后關閉進氣閥門。

打開杯體，采用九點取樣法采集濾餅水分煤樣，放入稱量瓶(質量m0)內稱重，記作m1；打開稱量瓶蓋，將其放入恒溫鼓風干燥箱，在105 ℃條件下干燥2.5 h.取出稱量瓶并將其放入干燥器中，冷卻至室溫后再次稱重，記作m2，并按下式計算濾餅全水分Mt：

選用3種不同類型助濾劑，即絮凝劑型助濾劑聚丙烯酰胺(PAM)，凝聚劑型助濾劑聚合氯化鋁(PAC)和表面活性劑型助濾劑十二烷基硫酸鈉(SDS).

2 結果與討論

2.1 助濾劑類型對煤泥脫水效果的影響

3種不同類型助濾劑單獨作用下，正中煤泥的脫水結果見表3.

表3 不同助濾劑作用下的煤泥脫水效果表

由表3可以看出，不添加任何藥劑條件下，煤泥試樣在壓力0.2 MPa下過濾5 min，濾餅水分約為29.0%，過濾速度慢且濾餅水分高。相同條件下，添加3種類型助濾劑均能夠促進煤泥脫水，其中SDS的助濾效果最為顯著。以PAM為助濾劑，在20 g/t用量時可降低濾餅水分2.21個百分點；PAC助濾劑在750 g/t用量時助濾效果最佳，可降低濾餅水分3.12個百分點，且濾餅水分隨其用量的增加呈持續(xù)降低趨勢；以SDS為助濾劑，用量為100 g/t時的助濾效果最佳，濾餅水分較空白試驗結果降低3.35個百分點，但隨SDS藥劑用量增加，濾餅水分降低幅度減小。

3種不同類型助濾劑在選擇的用量范圍內對降低濾餅水分均有明顯的促進作用，但各具優(yōu)勢與不足。PAM用量少，但其難溶于水，需配置專門的藥劑溶解系統(tǒng)，助濾效果相對較弱。PAC可溶于水，配置和添加相對較為容易，但用量偏大。SDS是陰離子型表面活性劑，具有一定的起泡性，用量大時會對分選系統(tǒng)造成不利影響。

通常認為，絮凝劑的主要作用在于煤泥成餅階段，通過改變顆粒的幾何特性，增強濾餅的滲透率，從而提高過濾速度[4]；表面活性劑則在脫水階段體現出顯著效果，通過改善顆粒界面性質，降低濾液與毛細通道的摩擦阻力，使濾餅水分降低[5,6].故研究中經常將兩種助濾劑聯合使用，通過兩種或多種藥劑之間的協(xié)同效應，使煤泥脫水效果達到明顯改善。

2.2 組合藥劑對煤泥脫水效果的影響

組合藥劑主要考查PAM與其余兩種藥劑即PAC和SDS的組合使用對煤泥脫水的助濾效果。結合前述單藥劑試驗結果，固定PAM用量為20 g/t，不同藥劑組合作用的脫水結果見表4.

表4 組合藥劑作用下的煤泥脫水效果表

由表4數據可以看出，PAM一定時，兩種二元藥劑組合的助濾效果隨藥劑用量增加呈現相同的變化規(guī)律，即PAC和SDS添加量少時，濾餅水分不降反升。PAC用量提高至500 g/t時，二元藥劑組合可降低濾餅水分至25.11%，較PAM單獨使用時降低1.68個百分點；SDS用量為300 g/t時，二元藥劑組合可降低濾餅水分至25.23%，較PAM單獨使用時降低1.56個百分點。兩種二元藥劑組合的助濾效果基本相當，但PAM+SDS組合中的SDS用量較大，其自身具有一定起泡性，用量大時可能影響系統(tǒng)生產。

為加速顆粒沉降和獲取澄清循環(huán)水，選煤廠實際生產中在尾煤濃縮機要添加絮凝劑PAM和凝聚劑PAC，換言之，進入脫水環(huán)節(jié)的煤漿中已經含有兩種藥劑。為考查此基礎上再添加SDS的三元藥劑助濾效果，固定PAM和PAC用量分別為20 g/t和500 g/t，調整SDS用量對煤泥進行助濾研究。為便于比較，其結果一并示于表4.可以看出，在PAM和PAC用量一定時，三元藥劑的助濾作用隨SDS用量的增加而降低。SDS用量為100 g/t時的助濾效果最佳，濾餅水分24.42%，較二元藥劑組合降低0.69個百分點。

一定試驗條件下，不添任何助濾劑時的空白濾餅水分為29.00%.不同助濾劑及其組合作用下的最佳脫水結果見圖1.

圖1 不同助濾劑條件下的煤泥脫水效果對比圖

由圖1可以看出，3種不同類型助濾劑單獨作用時，以SDS的作用效果最佳。基于PAM的二元和三元藥劑組合可進一步改善煤泥脫水效果，且更符合工業(yè)生產實際。三元藥劑組合PAM+PAC+SDS在其用量分別為20 g/t，500 g/t和100 g/t時，可使煤泥濾餅水分由空白水分29.00%降低至24.42%，總降水達到4.58個百分點。

綜上，由于藥劑間存在一定的協(xié)同作用，使得多元藥劑組合對煤泥的助濾效果要優(yōu)于單藥劑的作用[7-8].工業(yè)生產中，可根據需要在壓濾機入料桶添加一定量的PAC或SDS(或其他表面活性劑)以強化煤泥的脫水。需要指出的是，SDS等表面活性劑的用量不能過大，否則不僅濾餅水分增加，而且會產生大量泡沫，給整個系統(tǒng)造成不利影響。

3 結 論

煤泥的礦物質組成及粒度分布等是影響其脫水回收效果的重要因素，添加化學助濾劑特別是助濾劑組合有助于改善煤泥脫水效果，降低濾餅水分。

1)在適宜的藥劑用量下，3種不同類型助濾劑表現出一定的助濾作用，其中十二烷基硫酸鈉SDS的助濾效果最佳。

2)不同類型助濾劑組合使用，可協(xié)同強化煤泥脫水效果、降低煤泥產品水分。

3)對正中煤礦-0.5 mm煤泥，采用PAM+PAC或PAM+SDS二元藥劑組合可使煤泥濾餅水分降低近4.00個百分點；采用PAM+PAC+SDS三元藥劑組合可使煤泥濾餅水分降低4.58個百分點，助濾作用顯著。