凝聚劑與絮凝劑在選煤廠煤泥水處理中應用研究

張晉任

(山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030024)

1 煤泥水處理存在的問題

西銘礦選煤廠作為西銘礦的配套選煤廠，設計入洗能力210萬t/年，洗選工藝采用原煤重介旋流兩產品分選+粗煤泥螺旋分選+細煤泥壓濾回收的工藝流程，入選原煤主要為8#和9#層煤，主要產品為電精煤。隨著開采深度的增加，井下地質條件復雜，煤質變化差異大，泥質類礦物質多，遇水浸泡極易泥化，由于生產用水水質軟，高灰分細泥的表面雙電層靜電斥力的作用顯著，使它們極其均勻、穩定地懸浮在水體之中(可近似地看為膠體)。而只按常規添加高分子聚合物絮凝劑(聚丙烯酰胺)水溶液，對于這些帶負電的膠體粒子作用較小。正因為高灰細泥不能沉淀，穩定懸浮并大量集聚，濃縮機溢流濃度不斷增高，造成惡性循環，連鎖反應，進而嚴重影響分選和脫介效果，增加介耗，不僅增加了生產成本，更為嚴重影響商品煤質量。凝聚劑作用機理圖如圖1所示[1]。

圖1 凝聚劑作用機理圖

2 凝聚劑對比添加

2.1 凝聚劑添加的作用機理

為改善煤泥水處理過程中存在的問題，西銘選煤廠通過現場調研、技術交流，有針對性地選擇納爾科凝聚劑8103進行了洗水的沉降實驗，對洗水沉降效果進行分析，以期科學合理地解決現階段煤泥水處理系統存在的問題。凝聚劑8103Plus是中等分子量，高電量陽離子液體狀有機聚合物。它可以作為凈水劑、凝聚劑、過濾助劑[2]。

其作用機理是帶有正電荷的中等分子量的有機聚合物，加入礦漿中后，帶有正電荷的凝聚劑分子鏈與帶有負電的細泥顆粒結合，一方面中和了細泥顆粒的電性，減少其之間的相互排斥造成的懸浮，另一方面，凝聚劑分子鏈形成一定的架橋作用，使若干細泥顆粒結成較大的顆粒，使沉降得以加速。電性得到中和、結團的細泥在接下來的絮凝劑的更大的架橋作用下，隨煤顆粒一起沉降，使濃縮機中的固體顆粒全部沉降，溢流水更加澄清[3]。

2.2 凝聚劑添加對比試驗

1) 凝聚劑聚合氯化鋁定量分析：用量筒量取500 mL煤泥水，聚丙烯酰胺定量3 mL，進行聚合氯化鋁在不同添加量條件下的絮凝沉降實驗，選取沉降速度最佳，洗水質量最好的藥劑投加量，實驗結果參見第218頁表1所示。

參考上表可知在聚丙烯酰胺3 mL，聚合氯化鋁8 mL藥劑投加量時，煤泥水有最好的沉降效果，此時計算聚合氯化鋁現場需求量約為75 kg/h，洗水澄清度有待改善[4]。

表1 不同添加量下絮凝沉降實驗結果

2) 凝聚劑N8103定量分析：重復上述流程，用量筒量取500 mL煤泥水，進行絮凝劑(添加量3 mL)與N8103凝聚劑配合條件下不同添加量的絮凝沉降效果實驗，選取沉降速度最佳，洗水質量最好的藥劑投加量，實驗結果參見表2所示。

表2 AL2(SO4)3,NPAM-7080配合投加與單投NPAM-7080對比實驗數據一覽表

由上表可知，凝聚劑N8103投加量為2 mL已經可以滿足實驗要求。從上述兩組實驗數據可知，N8103凝聚劑配合常規絮凝劑使用，沉降速度變化不大，但是洗水水質變化明顯，用量約為聚合氯化鋁的25%。對于較難沉降的超細粒級煤泥具有較好的沉降效果，兩種藥劑的配合使用可使洗水澄清度有明顯改善[5]。

根據以上實驗數據進行計算，N8103在現場的藥劑合理需求量為15 kg/h～20 kg/h，聚合氯化鋁的價格為2.9元/kg，N8103為30元/kg，N8103的價格是聚合氯化鋁的10倍。若該用量應用于實際生產，在保證循環水質量方面能達到最高要求時會大幅度增加藥劑處理成本。基于以上情況，我們進一步降低了陽離子凝聚劑的投加量，如表3所示實驗狀況。

表3 NPAM-7080取1.3 mL時投藥量與出水濁度實驗數據一覽表(SS=74.1 g/L)

實驗結論：從小實驗來看，N8103在循環水凈化方面較之聚合氯化鋁有顯著的優勢，投加量方面也有明顯的降低。由于實驗室條件下是以取得最佳效果定性比較為依據展開，而現場應用方面，為了發揮藥劑的最優效果，可能涉及加藥量、加藥點、藥劑配置等諸多調整。

3 使用效果對比

2017年8月份，西銘礦選煤廠受原煤變化影響，洗水質量急劇惡化(日常循環水濁度<10)，在9月進行工業性試驗。通過處理后的煤泥水指標如表4所示。

表4 處理后的煤泥水指標

選用的加藥設備是一臺柱塞泵，通過給定的頻率確定藥劑添加范圍量，經過試驗觀察，我們發現，當藥劑投加量增加到一定程度時，循環水質量得到了相當的改善，但是由于沉降速度和濃縮機壓縮層濃度發生變化，濃縮機底流泵出現上料困難的現象，可能為選煤生產帶來事故隱患，而加藥泵由于精度問題，無法精確給定加藥劑量。基于上述情況，我們嘗試減少N8103投加量，與聚合氯化鋁配合使用，觀測實驗數據。

經過驗證，我們發現兩種藥劑配合使用在效果方面不存在沖突，而底流上料困難的問題也得到解決，但是大量添加聚合氯化鋁對操作司機造成的勞動強度問題仍未解決。

基于第一次工業試驗的經驗和存在的問題，我們選用更為精確的加藥設備，并嘗試減少絮凝劑的投加量，單獨使用N8103。經過準備，于9月中下旬進行第二次工業試驗，實驗選用了加藥工況更為穩定且精確的可調速螺桿泵，并降低了絮凝劑的添加量約1/3，隨著用藥量增加，底流仍有一定程度的粘稠，但尚不至影響底流泵上料，整個實驗過程較為穩定，未發生濃縮機底流過高的情況。

4 結語

針對原煤中泥質類礦物較多的情況，在煤泥水處理流程中采用凝聚劑、絮凝劑配合添加來強化細煤泥沉降的技術，在工業生產中是行之有效的。實驗證明，就使用而言，通過合理的添加途徑，N8103對于洗水凈化具有較好的效果，并且投加量更小，投加方便，效果穩定，可以獲得基本清凈的溢流水，能夠大幅降低現場操作人員的工作強度，從而使選煤廠在煤泥水處理指標達到技術標準。