布爾臺選煤廠煤泥水特性的研究

邸傳耕，喬軍強

(神華神東煤炭集團洗選中心，陜西 神木 719315)

布爾臺選煤廠煤泥水特性的研究

邸傳耕，喬軍強

(神華神東煤炭集團洗選中心，陜西 神木 719315)

針對布爾臺選煤廠煤泥水沉降難、藥劑消耗大的問題，采用XRD、激光粒度分析儀和微電泳儀研究分析了煤泥水的礦物組成、粒度組成以及顆粒表面電性。研究結果表明：煤泥主要礦物質為高嶺土和蒙脫石，該類黏土礦物遇水易泥化成微米級顆粒，導致煤泥水沉降困難；塊煤、末煤系統濃縮機入料中<0.045 mm粒級煤泥含量分別為45.8%、47.1%，細粒含量較高；塊煤系統和末煤系統濃縮機入料的Zeta電位的絕對值均高于20 mV，顆粒間靜電斥力較大，煤泥水體系較穩定，不易發生絮凝沉降。

煤泥水；粒度組成；Zeta電位；靜電斥力

布爾臺選煤廠是一座現代化群礦型選煤廠，設計處理能力為31.0 Mt/a。塊煤、末煤系統的煤泥水分別進入各自濃縮機，濃縮機底流采用加壓過濾機和板框壓濾機聯合回收。近年來布爾臺選煤廠煤泥水中細顆粒含量逐漸上升，導致絮凝劑用量過高，煤泥壓濾機過濾周期延長，濾餅水分在26%以上[1]，給選煤廠煤泥水處理帶來了很大困難。造成煤泥水難沉降的主要因素有煤泥水水質狀況、粘土礦物、顆粒粒度分布等[2-5]。劉亮[6]分析了煤泥中礦物組成、粒度組成、水質、濃度、粘度、煤泥量、濃縮沉降面積以及藥劑制度等因素對煤泥水沉降的影響，并通過系統分析入洗原煤的礦物組成，泥化程度等方面預測出頂底板及夾矸的混入對煤泥水系統產生的影響，指出在煤泥水系統設計過程中，要全面考慮選煤廠煤質、水質對煤泥水系統可能造成的影響。謝俊彪[7]等詳細分析了礦物懸浮顆粒粒度大小、礦物泥化性質、煤泥水的水質性質和系統特點等因素對沉降特性的影響，結果表明礦物懸浮顆粒粒度、礦物泥化率和選煤廠循環用水水質的硬度是影響其自然沉降的關鍵因素。肖寧偉[8]等對神東礦區某選煤廠難沉降的煤泥水性質進行了研究，指出粘土礦物含量高、顆粒表面電負性強是造成煤泥水難以沉降的直接原因。馮莉[9]，張明青[10]等研究了水質硬度對煤泥水中煤和高嶺石顆粒分散行為的影響，當水質硬度為1.0 mmol/L,煤顆粒以及煤與高嶺石顆粒之間的總作用勢能曲線存在較大能壘，高嶺石顆粒之間總作用勢能恒為正值，因此所有顆粒在水中均不凝聚，處于分散態；當水質硬度提高為10.0 mmol/L，煤顆粒以及煤與高嶺石顆粒之間總作用勢能恒為負值，顆粒在水中凝聚，而高嶺石顆粒之間總作用勢能恒為正值，顆粒始終處于分散態。因此為了解決煤泥水的處理問題，需要對煤泥水性質進行研究分析。本文從布爾臺選煤廠濃縮機入料、溢流和底流進行取樣，分析了煤泥水的礦物組成、粒度組成以及顆粒的表面電性，為該廠及煤泥水的處理提供一定的參考。

1 試驗部分

1.1 實驗原料

在生產穩定運行過程中，分別采集一定量的布爾臺選煤廠塊煤、末煤系統濃縮機溢流和底流煤泥水作為試驗原料，首先將煤泥水分別過濾、烘干并根據GB 474—2008《煤樣的制備方法》制取試驗樣品。

1.2 試驗方法

1.2.1 煤泥礦物組成

取適量煤樣破碎至粒徑<0.5 mm，并研磨到粒徑<0.125 mm，把樣品粉末制成平面試片。礦物分析儀器采用D/Max2500型X射線衍射儀，采用Cu靶，KA輻射，石墨彎晶單色器，X射線管電壓為40 kV，電流為100 mA，用連續掃描進行定性分析，掃描速度為8°/min，采樣間隔為0.010°，掃描角度為5°～85°。

1.2.2 煤泥的粒度組成

稱取煤樣100 g，用Microtrac S3500激光粒度分析儀對其粒度組成進行測定。

1.2.3 顆粒表面電性質

稱取適量樣品置于100 mL燒杯中，向燒杯中加入一定量水，并在磁力攪拌器上攪拌使試樣散開，將懸浮液在超聲清洗器100 W條件下分散15 min，將分散后的懸浮液靜置沉降10 min后，取上清液測量Zeta電位，Zeta電位測量設備采用JS94G+微電泳儀。

2 試驗結果與討論

2.1 煤泥的礦物組成

選煤廠塊煤、末煤系統濃縮機入料和底流煤樣XRD掃描結果如圖1所示。由圖1可知，布爾臺選煤廠塊煤和末煤系統的煤泥水組成類似，含有的礦物質種類主要為高嶺石、蒙脫石、石英、伊利石等，且高嶺石和蒙脫石的峰值較高，表明煤泥中粘土顆粒含量較多。石英粒度偏粗，自身解離能力差，表面性質較穩定，對煤泥水沉降效果影響不大，高嶺石、伊利石與蒙脫石等黏土礦物遇水極易泥化成微細粒顆粒，尤其是蒙脫石，由于其晶層之間主要作用力為范德華力，結合力較弱導致其遇水膨脹，產生的微米級顆粒，慣性質量較小導致其在濃縮過程中沉降困難，造成濃縮機溢流固體含量偏高。

A—有機硫化物;B—高嶺土;C—石英;D—黃鐵礦;E—蒙脫石;F—方解石;G—伊利石;H—長石

2.2 煤泥的粒度組成

根據GB/T477—2008 《煤炭篩分試驗方法》進行煤泥篩分試驗，布爾臺選煤廠塊煤系統和末煤系統濃縮機入料和底流粒度組成見表1-4所示。

表1 布爾臺選煤廠塊煤系統濃縮機入料粒度組成

表2 布爾臺選煤廠末煤系統濃縮機入料粒度組成

表3 布爾臺選煤廠塊煤系統濃縮機底流粒度組成

表4 布爾臺選煤廠末煤系統濃縮機底流粒度組成

從表1-2可以看出：各系統濃縮機入料中>0.5 mm粒級含量很低，表明主選作業分級效果良好；塊煤系統濃縮機入料中<0.045 mm粒級產率高達45.8%，末煤系統濃縮機入料中<0.045 mm粒級產率達到47.1%，表明塊煤、末煤系統濃縮機入料中泥化現象較嚴重，細粒含量較高，這是造成煤泥水難處理的主要原因。

從表3-4可以看出：布爾臺選煤廠塊煤系統濃縮機底流中<0.045 mm粒級產率占到了39.2%，末煤系統濃縮機底流中<0.045 mm粒級產率為30.0%，表明塊煤和末煤系統產生的煤泥水經過濃縮機初步沉降后，底流中極細粒煤泥含量有所降低，煤泥水沉降取得了一定的效果；底流中粗粒級含量較高，這是由于濃縮機溢流帶出了部分細粒煤泥使得粗粒級含量相對升高。

2.3 Zeta電位分析

對布爾臺選煤廠的塊煤系統和末煤系統的濃縮機入料、溢流和底流進行了電泳測試，測試結果如圖 2-3所示。

通過圖2塊煤系統入料、溢流、底流顆粒在不同時刻狀態圖可以看出，入料顆粒移動距離較大，表明其混亂程度較大，體系穩定性較差，而溢流、底流顆粒移動距離較小，穩定性較好，穩定性排序如下：底流>溢流>入料；同理，由圖3可知：末煤系統穩定性排序為：入料>溢流>底流。

從表5可以看出：塊煤系統及末煤系統入料煤樣的Zeta電位較高，其數值平均在20 mV以上，沉降過程中粗顆粒較為容易沉降，細顆粒由于顆粒間的靜電斥力較大，不易發生顆粒凝結或凝聚現象，造成溢流水中固體含量偏高，各系統溢流水中細泥顆粒在循環水中發生積聚現象，嚴重影響主選作業的分選效果。

圖2 塊煤系統濃縮機入料、溢流和底流電泳圖

圖3 末煤系統濃縮機入料、溢流和底流電泳圖

樣品塊煤系統入料塊煤系統溢流塊煤系統底流末煤系統入料末煤系統溢流末煤系統底流Zeta電位/mV-26.801-22.630-19.907-24.032-25.960-28.448

3 結論

對布爾臺選煤廠煤泥水特性進行了研究，采用XRD分析了煤泥水的礦物組成，并對煤泥水的粒度組成以及顆粒表面電動電位進行了進一步分析，可得出以下結論：

(1)塊、末煤系統產生的煤泥水中高嶺石、蒙脫石等黏土礦物含量較高，而該類黏土礦物易泥化，影響了煤泥水沉降效果。

(2)該選煤廠濃縮機入料中<0.045 mm粒級含量將近50%，泥化現象嚴重，導致選煤廠煤泥水難以處理，藥劑消耗量過高。

(3)塊煤和末煤系統濃縮機入料煤樣的Zeta電位數值平均高于20 mV，較高的Zeta電位數值導致顆粒之間靜電斥力較高，不利于煤泥水的絮凝沉降。

(4)布爾臺原煤中高嶺土和蒙脫石含量較高，泥化嚴重導致實際生產過程中藥劑消耗量大。為了有效降低Zeta電位，使細泥充分絮凝沉降，降低生產過程的藥劑用量，篩選合適的絮凝劑和凝聚劑是下一步主要的研究方向。

[1] 陶亞東,趙厚增,樊玉萍,等.布爾臺選煤廠煤泥水系統藥劑制度優化及應用研究[J].選煤技術,2013(3):29-31.

[2] 茍 鵬,葉向德,呂永濤,等.煤泥水的水質特性及處理技術[J].工業水處理,2009,29(1):53-57.

[3] 王金生.煤泥水沉降影響因素分析[J].煤炭加工與綜合利用,2015(11):56-57.

[4] 王 雷,李宏亮,彭陳亮,等.我國煤泥水沉降澄清處理技術現狀及發展趨勢[J].選煤技術,2013(2):82-86

[5] 林 喆,楊 超,沈正義,等.高泥化煤泥水的性質及其沉降特性[J].煤炭學報, 2010(2):312-315.

[6] 劉 亮.影響煤泥水沉降的因素分析[J].煤炭加工與綜合利用,2013(S1):20-24.

[7] 謝俊彪,張明峰,祁新萍.煤泥水沉降特性的影響因素分析[J].化學工程與裝備, 2015(6):196-198.

[8] 肖寧偉,張明青,曹亦俊.選煤廠難沉降煤泥水性質及特點研究[J].中國煤炭,2012,38(6):77-79.

[9] 馮 莉,劉炯天,張明青,等.煤泥水沉降特性的影響因素分析[J].中國礦業大學學報,2010, 39(5):671-675.

[10] 張明青,劉炯天,劉漢湖,等.水質硬度對煤和蒙脫石顆粒分散行為的影響[J].中國礦業大學學報, 2009,38(1):114-118.

A study on the characteristics of the slurry water at Burtai Coal Preparation Plant

DI Chuan-geng, QIAO Jun-qiang

(Coal Cleaning Center of Shenhua Shendong Coal Group, Shenmu, Shaanxi 719315, China)

Because of the difficulty for the slurry to settle down, Buertai Coal Preparation Plant is facing the problem of a high consumption of reagent. To avert the situation, analysis is made of the mineral composition, size consist and particle surface potential of coal slurry by using XRD, lazer size analyser and micro-cataphoretic apparatus. Result of study indicates that: the main mineral matters in coal slurry are kaolinite and montmorillonite which as a sort of clay substance are liable to undergo degradation in water and finally become micron size particles, making it very difficult for the slurry to settle down; the slurry water fed into the thickeners of the coarse and small coal washing system all contain a high proportion of minus 0.045mm fine materials which are 45.8% and 47.1% respectively; and the absolute values of the zeta-potential of the slurry feed to the abovementioned 2 thickeners are all over 20 mV, making the slurry system to remain in a stable state and uneasy to undergo settlement even with the aid of flocculant because of the presence of a large interparticle electrostatic expulsive force.

slurry water; size composition; Zeta-poptential; electrostatic expulsive force

1001-3517(2016)06-0021-04

TD946.2

A

2016-08-18

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.006

邸傳耕(1972—)，男，漢族，黑龍江省雞西市人，工程師，從事煤質管理工作。

E-mail:qiaoshenyou@163.com Tel:0912-8279132

邸傳耕，喬軍強. 布爾臺選煤廠煤泥水特性的研究[J]. 選煤技術，2016(6)：21-24.