余吾煤業選煤廠煤泥水沉降規律的研究

王亞健 趙 翔 徐宏祥

（1山西潞安集團余吾煤業有限責任公司 山西長治 064100 2中國礦業大學（北京） 化學與環境工程學院 北京 100083）

引言

煤泥水沉降困難與濃縮后煤泥壓濾困難是影響整個選煤系統正常生產的關鍵[1]。煤泥水是一種多相、多分散的復雜體系，混雜有大量煤粉和泥土，且含有多種礦物的懸浮顆粒，而且煤泥水中顆粒粒度分布寬，是整個選煤生產系統中最關鍵、最復雜、生產成本最高、直接經濟收益最小（有時甚至會是負效益）的環節[2]。煤泥水沉降不好，會導致懸浮顆粒濃度過高，影響主選的分選精度和穩定性；煤泥壓濾脫水不暢會導致大量煤泥在濃縮機中堆積，耙壓升高，都會影響選煤廠正常生產甚至導致系統癱瘓。因此，煤泥水高效沉降與高濃度煤泥水壓濾脫水作為保障選煤廠的正常生產和實現洗水閉路循環的決定性環節，對選煤廠的正常生產與提高經濟效益，提高環境生態保護有重要意義[3-5]。

1 煤泥水來源及性質

1.1 實驗藥品和儀器

實驗儀器：X射線熒光光譜儀、激光粒度分析儀、離子色譜儀、紅外快速干燥箱、磁力攪拌器、濁度計以及滴定管、吸耳球等玻璃輔助儀器。實驗藥品：CaCl2（氯化鈣；分析純）、MgCl2（氯化鎂；分析純）、EDTA（分析純）、指示劑鉻黑T、聚合氯化鋁以及聚丙烯酰胺。

浮選尾礦上清液采自余吾選煤廠正常運行時水樣。采用ICS-1100型離子色譜儀測定浮選尾礦自然沉降后的上清液中陰、陽離子含量；采用滴定法測定上述水樣的總硬度。測試結果如表1所示。

表1 浮選尾礦上清液離子含量及總硬度

通過對余吾煤泥水的探索分析，得到其主要的水樣的離子含量如表1所示。通過前面電導率的測量可知，余吾煤泥水的電導率較高，這說明其中含有的導電離子較多，但多為一價的鈉離子和負離子，高價離子很少。且從水質硬度來看屬于軟水類型。對于顆粒沉降而言，高價離子更加有利于壓縮帶電顆粒表面的雙電層。根據長期的煤泥水澄清處理研究表明，煤和細泥表面帶有負電荷，而加入高價的陽離子可有助于降低帶電顆粒表面的靜電斥力，從而更有利于顆粒相互吸引增加顆粒粒度而實現沉降。對于低價離子含量較多的余吾煤泥水質，導致了其電導率高而硬度低，因此沉降效果差的現狀。

1.2 煤泥水性質分析

取2000 ml浮選尾煤水樣，過濾，烘干后稱重，計算水樣固體濃度為10.67 g/L。烘干后煤樣進行灰分、粒度組成和礦物組成測定。采用粒度分析儀進行粒度分析，每個樣品測試三次，取平均值作為最終結果，利用X射線熒光光譜儀進行礦物組成分析。浮選尾煤灰分為59.76%。

通過粒度分析可以看出，浮選尾煤中+11 μm占總粒級的66.36%。經過X射線煤泥水中除煤含量40.800%以外含量最多的是硅鋁酸鹽，其中SiO2含量30.480%，Al2O3含量為18.340%，剩余主要為一些礦物單質，包括 Sr、Mn、Ba、P、Cl、S，合計含量不超過2%，上下的礦物鹽類大概在10%左右，說明在余吾煤泥水中主要還是硅酸鹽類含量較多，與測試的灰分結果呈正相關。

2 實驗部分

2.1 不同凝聚劑對于煤泥水沉降的影響

為確定最佳的凝聚劑種類，對現場采集的煤泥水進行絮凝沉降試驗。由于沉降時間快，煤泥水濃度低，用拍照時間記錄沉降效果的好壞。

取浮選尾煤水樣于500 ml具塞量筒中，各加入4mL凝聚劑以后，上下翻轉量筒，隨后分別加入2mL現場PAM，上下翻轉量筒。靜置5 min后，測定上清液濁度。試驗結果如圖1所示。

圖1 不同凝聚劑對于煤泥水沉降的影響

實驗結果表明：當現場PAM用量均為2mL時，使用凝聚劑為現場PAC時，煤泥水沉降后上清液濁度為95.8NTU；凝聚劑為MgCl2時，上清液濁度為263NTU；凝聚劑是CaCl2時，上清液濁度為223NTU。可知在相同條件下，使用現場PAC作為凝聚劑時，煤泥水沉降后上清液濁度最低。

2.2 凝聚劑用量對于煤泥水沉降的影響

保持現場PAM濃度與用量不變，改變凝聚劑現場PAM的用量，進行煤泥水沉降試驗，沉降5min后，測量上清液濁度，以確定現場PAC最佳用量。試驗結果如圖2所示。

圖2 凝聚劑用量對于煤泥水沉降的影響

從圖2可知，在絮凝劑用量為2mL時，上清液濁度隨著現場PAC的用量增加呈現先降低后上升的趨勢，在凝聚劑用量為3mL是濁度最低，為52NTU，效果最好。濁度的變化趨勢主要是由于當現場PAC用量超過3mL時，煤泥水中Al3+數量過多，中和了懸浮固體顆粒表面的負電荷，產生了反向性吸附，顆粒表面表現出正電性所造成的。

2.3 絮凝劑種類對于煤泥水沉降的影響

取浮選尾煤水樣于500 ml具塞量筒中，加入3mL濃度為1%現場PAC后，上下翻轉量筒，隨后加入3mL濃度為0.5‰的現場PAM和FOCUS，上下翻轉量筒。靜置5 min后，測定上清液濁度。為增加試驗準確度，進行三組平行試驗。

在相同條件下測得加入現場PAM時的上清液濁度分別為52.0、51.4和52.6NTU，而加入絮凝劑FOCUS時，上清液濁度也明顯降低，分別為57.5、58.3和58.1NTU。從平行試驗結果可以看出在相同條件下，使用中的兩種絮凝劑都能有效的降低上清液濁度，濁度最低分別能夠達到51.4NTU和57.5NTU，所以在這一類煤泥水中，采用現場PAM效果最好，上清液濁度最低。

2.4 現場PAM用量對于煤泥水沉降的影響

實驗確定了最佳的藥劑組合為現場藥劑組合，即現場PAC與現場PAM的組合，同時已確定凝聚劑現場PAC的最佳用量為3mL，故保持實驗條件和凝聚劑用量3ml不變，確定絮凝劑現場PAM用量。實驗結果如圖3所示：

圖3 絮凝劑用量對于煤泥水沉降的影響

從圖3看出，在凝聚劑用量不變的情況下，改變絮凝劑的用量，上清液的濁度呈現先降低后升高的趨勢，在絮凝劑用量為2mL是達到最低，為49.0NTU。所以確定對于試驗中的煤泥水，沉降效果最好的藥劑組合及用量為3mL現場PAC和2mL現場PAM。

結語

（1）余吾選煤廠煤泥水具有粒度細、灰分高，泥質礦物含量高等特點，因此很難沉降。需要通過凝聚劑與絮凝劑的共同作用才能實現煤泥水的固液分離。

（2）當煤泥水濃度為5.67g/L時，進行煤泥沉降試驗，針對不同的凝聚劑，現場PAC，MgCl2和CaCl2；不同的絮凝劑，現場PAM和FOCUS，其中最佳的藥劑組合為現場PAC和現場PAM兩種藥劑的配合，現場PAC以及現場PAM最優組合為60g/m3、2g/m3，即10.58kg/t干煤泥和350g/t干煤泥。此時效果最好，能夠使得上清液濁度最低。