騰慶選煤廠煤泥水絮凝沉降特性試驗研究

李 飛，師文虎，杜煥銅，鄧啟蒙

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)礦業科技有限公司，河北 唐山 063012)

騰慶選煤廠煤泥水絮凝沉降特性試驗研究

李 飛1,2，師文虎1,2，杜煥銅1,2，鄧啟蒙1,2

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.天地(唐山)礦業科技有限公司，河北 唐山 063012)

為了提高騰慶選煤廠的煤泥水沉降效果，在對其性質分析的基礎上，以不同離子類型的聚丙烯酰胺作為絮凝劑，以2109和2111作為凝聚劑，進行絮凝沉降試驗，研究煤泥水的沉降特性，探索不同藥劑的最佳組合，并確定其最佳用量與配比。試驗結果表明：該選煤廠煤泥水中含有大量的高灰細泥，自然沉降難度較大；單加分子量為800萬的陰離子聚丙烯酰胺，在其用量為8 g/m3時煤泥水絮凝沉降效果較好。

煤泥水；高灰細泥；自然沉降；絮凝沉降；藥劑配比

隨著煤礦開采機械化程度的提高，原煤中的細粒煤和超細粒煤所占比重越來越大，導致煤泥水中的細煤泥越來越多，煤泥水的有效處理成為選煤行業共同關注的焦點。在選煤廠實際生產過程中，煤泥水處理系統嚴重惡化時，將使整個洗選系統無法正常運行，甚至被迫停產，因此煤泥水必須經過合理處理才能實現循環使用或者外排。就現場生產情況來看，解決煤泥水難處理的問題成為選煤廠正常生產的前提與保障，也是企業經濟效益增長的突破點[1-5]。

對于騰慶選煤廠來說，當過濾機入料中的微細粒(<0.038 mm)含量增多時，容易發生過濾介質堵塞、濾餅致密或透氣性惡化等現象，進而引起設備脫水速度降低、濾液濃度增高、濾餅產率下降、濾餅水分增高等嚴重影響生產或產品質量的問題[6]。為此，在對該選煤廠煤泥水特性研究的基礎上，探索煤泥水處理的最佳藥劑使用方案，以提高煤泥水的沉降效果。

1 試驗

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試驗儀器

試驗儀器主要包括變速攪拌器，最大轉速為1 000 r/min；帶磨口塞的圓柱量筒，容量為500 mL，分度值為5 mL；注射器，容量分別為1、2、5、10、50 mL；計時器，量程為0.1～3 600 s；澄清度測定儀。

1.1.2 試驗試劑

凝聚劑包括兩種，一種為聚合氯化鋁，編號為2109，為無機高分子黃色固體顆粒，密度為1.12 g/cm3；另一種為石灰，編號為2011，主要成分為氧化鈣，密度為1.35 g/cm3，使用前需將其配制成濃度為1%的溶液。絮凝劑選用9種不同分子量、不同離子類型的聚丙烯酰胺，使用前需將其配制成濃度為0.1%的溶液，絮凝劑的種類與屬性見表1。

表1 聚丙烯酰胺種類與屬性

1.2 試驗方案

試驗參照GB/T 18712—2002 《選煤用絮凝劑性能試驗方法》規定進行。將裝滿煤泥水的量筒雙向翻轉5個回合，用注射器取適量的絮凝劑溶液，加入量筒中煤泥水表面，雙向翻轉量筒5回合， 靜置。靜置量筒，可以觀察到上清液和絮團清晰的界面，記錄界面通過量筒每 50 mL分度值的時間，測量50 mL分度值間距，記錄試驗數據[7]。

1.3 評價指標

以初始沉降速度、沉淀物高度兩個指標對煤泥水的沉降效果進行評價[8]，初始沉降速度計算方法是逐級對沉降速度進行平均，選擇最大的沉降速度。沉降速度計算式為：

式中：vf為自由沉降速度，m/h；d為量筒50 mL分度值的間距，mm；t為界面通過量筒每50 mL分度值的時間，s。

2 煤泥水性質

煤泥水是煤、水及其他雜質的混合物，其性質與各組分相關，受各物質相互關系的影響。具體來說，煤泥水的性質隨煤種、采煤方法、運輸方式、選煤手段、細粒含量、可溶性鹽類的種類和數量、用水性質變化而變化，這些性質直接影響煤泥水的沉降效果、絮凝性質、過濾效果及產品水分等。要想徹底解決煤泥水的沉降問題，必須了解其性質，為此就煤泥水的濃度、pH值、粒度組成進行研究[9]。

2.1 pH值與濃度

煤泥水的pH值直接影響其中所含顆粒的表面性質及凝聚劑(絮凝劑)在煤泥水中的存在形態，進而影響顆粒與各藥劑的相互作用，從而影響煤泥水的絮凝(凝聚)效果。采用pH S-10B數字酸度計對煤泥水的pH值進行測試，通過重量法測定其濃度。檢測結果見表2。

表2 煤泥水的pH值與濃度測定結果

2.2 粒度組成

一般而言，顆粒粒度越大，沉降速度越快，煤泥水的澄清效果越好；反之，煤泥水不易處理。試驗采用小篩分(濕法)分析法和激光粒度法測定煤泥水中的顆粒粒度組成，結果見表3。

表3 顆粒粒度組成

由表3可知：<0.45 mm粒級煤泥含量為74.97%，灰分為43.55%，說明煤泥水中不但含有大量細泥，而且灰分較高，存在泥化現象。

根據斯托克斯公式，顆粒粒度越細，沉降速度越慢；同時，顆粒粒度越細，重力作用越小，布朗運動越顯著，顆粒越易保持懸浮狀態。因此，該煤泥水中的顆粒在較短時間內單純依靠自身重力很難沉降，必需采用其他方法迫使其沉降[10]。

3 試驗結果與分析

3.1 單加絮凝劑的煤泥水沉降試驗

為了考察不同藥劑對該選煤廠煤泥水沉降效果的影響，基于探索性試驗的研究，以絮凝劑作為研究對象，在相同的煤泥水濃度(60 g/L)條件下，分別采用相同的藥劑用量進行對比試驗，結果見表4。

由表4可知：綜合比較初始沉降速度、壓縮層厚度及藥劑用量發現，添加分子量800萬的陰離子聚丙烯酰胺的煤泥水沉降效果最好；在藥劑用量為8 g/m3時，初始沉降速度為108.36 cm/min，壓縮層厚度為21.50 mm。

3.2 添加絮凝劑與凝聚劑的煤泥水沉降試驗

在相同的試驗條件下，以2109和2111作為凝聚劑，分別與不同的聚丙烯酰胺聯合使用，觀察煤泥水的沉降效果，結果見表5、表6。

表4 絮凝劑單加沉降試驗結果

表5 凝聚劑與絮凝劑用量均為8 g/m3的煤泥水沉降試驗結果

表6 凝聚劑與絮凝劑用量均為16 g/m3的煤泥水沉降試驗結果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：綜合比較初始沉降速度、壓縮層厚度及藥劑用量發現，試驗編號為8的試驗結果最好，即分子量為800萬的陰離子聚丙烯酰胺與2111聯合使用，絮凝沉降效果較好；在藥劑用量為16 g/m3時，初始沉降速度為107.40 cm/min，壓縮層厚度為34 mm。

3.3 藥劑使用方案的確定

通過表4、表5、表6數據，依據初始沉降速度、壓縮層厚度兩項指標，可得出單加藥劑和聯合使用藥劑時煤泥水沉降效果最佳的四組方案，結果見表7。

表7 煤泥水沉降效果最佳的四組藥劑方案

為了更直觀地比較煤泥水沉降結果，依據表7數據繪制沉降時間-界面沉降距離關系曲線，結果如圖1所示。

圖1 沉降時間-界面沉降距離關系曲線

由表7、圖1可知：聯合使用凝聚劑和絮凝劑時，界面沉降距離更大，煤泥水沉降效果更好，但藥劑用量大幅增加，生產成本增加；此外，顆粒沉降速度降低，壓縮層厚度增加，顆粒沉降形成的絮團松散，不利于后續脫水作業。

因此，對于該選煤廠煤泥水，建議單加分子量為800萬的聚丙烯酰胺，其最佳用量為8 g/m3，此時，煤泥水絮凝沉降效果最好，且生產成本較低。

4 結論

基于對該選煤廠煤泥水性質的分析，選用凝聚劑和不同類型的聚丙烯酰胺進行沉降試驗，依據試驗結果可得出以下結論：

(1)原煤存在泥化現象，煤泥水中細顆粒含量很高，且灰分較高，導致細顆粒自由沉降困難。

(2)在煤泥水中加入高分子絮凝劑聚丙烯酰胺，其分子鏈上活性基團的“架橋”作用，能夠提高顆粒的沉降速度。

(3)單加聚丙烯酰胺和聯合使用藥劑都能提高煤泥水的沉降效果，但所提高的程度不同；綜合考慮，單加分子量為800萬的陰離子聚丙烯酰胺，在其用量為8 g/m3時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

中國煤炭科工集團有限公司科技創新青年基金項目(2014QN045)

李 飛(1985—)，男，江蘇省淮安市人，碩士，主要從事重介選煤工藝研究和選煤工程設計工作。

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

李 飛，師文虎，杜煥銅，等.騰慶選煤廠煤泥水絮凝沉降特性試驗研究[J]. 選煤技術，2016(5)：15-18.