選煤廠煤泥壓濾脫水研究

黃文輝 武 彥 劉利波 汪競(jìng)爭(zhēng) 崔家畫(huà) 徐宏祥

(1.神華準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，010300；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083)

選煤廠壓濾脫水作業(yè)是實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，煤泥壓濾脫水效果的好壞直接影響煤炭的分選效率以及輔助工藝環(huán)節(jié)作用的發(fā)揮[1-4]。當(dāng)煤泥沉降——壓濾脫水效果變差時(shí)，循環(huán)水的濃度和粘度都會(huì)增加，會(huì)對(duì)選煤廠重選和浮選作業(yè)產(chǎn)生不利影響；煤泥水分的增加導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量和熱值下降[5]。所以，煤泥水的壓濾脫水是選煤廠至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

影響煤泥水壓濾脫水效果的因素有很多，包括煤泥水特性(入料組成、礦物組成)、煤漿特性(入料濃度)、壓濾設(shè)備操作參數(shù)(壓濾壓力、壓濾時(shí)間、濾室厚度、壓濾介質(zhì))，其中煤泥水特性是影響煤泥水壓濾效果的關(guān)鍵因素[2, 8-11]。煤泥粒度越細(xì)、灰分越大，脫水越困難，主要是因?yàn)槊耗嘀泻写罅恳啄嗷恼惩恋V物，易產(chǎn)生極細(xì)顆粒，對(duì)脫水產(chǎn)生不利影響[1, 3, 4, 6, 7]。

本文結(jié)合神華準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)有限責(zé)任公司準(zhǔn)能選煤廠(以下簡(jiǎn)稱“準(zhǔn)能選煤廠”)現(xiàn)場(chǎng)情況研究了壓濾壓力、壓濾時(shí)間和入料濃度對(duì)煤泥水壓濾脫水效果的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣品

煤泥水取自準(zhǔn)能選煤廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一系統(tǒng)加壓過(guò)濾機(jī)入料，將烘干煤泥縮分稱取200 g，根據(jù)煤炭篩分實(shí)驗(yàn)辦法(GB/T 477-2008)對(duì)煤泥進(jìn)行粒度分析。

1.2 壓濾脫水試驗(yàn)裝置

壓濾試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的煤泥水壓濾裝置，壓濾裝置示意圖與實(shí)物圖如圖1所示。

由圖1可以看出，煤泥水壓濾裝置由3部分組成，主要包括過(guò)濾機(jī)主體、煤泥水給料裝置和空氣壓縮機(jī)。過(guò)濾機(jī)主體包括頭板、加壓倉(cāng)、濾室，其中濾室由濾框和濾板組成。煤泥水給料裝置主要包括煤泥水桶、氣動(dòng)隔膜泵等。空氣壓縮機(jī)最大風(fēng)壓為0.7 MPa，工作時(shí)將濾布平鋪在濾板上。

圖1 煤泥水壓濾裝置示意圖與實(shí)物圖

1.3 煤泥水壓濾脫水試驗(yàn)

取5個(gè)1000 mL的燒杯，取選煤廠現(xiàn)場(chǎng)加壓過(guò)濾機(jī)入料，混合均勻后，每份試樣取500 mL，分別進(jìn)行壓濾壓力、壓濾時(shí)間和入料濃度條件試驗(yàn)，壓濾結(jié)束后取出濾餅，測(cè)定濾餅水分。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤泥粒度組成分析

加壓過(guò)濾機(jī)入料小篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 加壓過(guò)濾機(jī)入料粒度組成

由表1可以看出，加壓過(guò)濾機(jī)的入料礦漿總灰分為26.85%；-0.074 mm粒級(jí)含量為70.42%，加權(quán)灰分為28.45%；各粒級(jí)含量最高的是-0.045 mm，所占比例為59.36%；其次是0.045～0.074 mm，所占比例為11.06%；煤泥水中細(xì)顆粒含量越高越不容易脫水。主要原因是濾餅中的水與煤呈物理態(tài)結(jié)合，它吸附在煤顆粒的外表面、內(nèi)部孔隙中和濾餅的孔隙中，由于液體表面張力的作用，濾餅孔隙中的水存在毛細(xì)管壓力，且濾餅孔隙越小，毛細(xì)管壓力越大。煤泥水中-0.074 mm粒級(jí)的含量越高，煤泥顆粒的比表面積越大，壓濾脫水后形成的濾餅中小孔隙的數(shù)量越多，相同操作條件下濾餅脫水越難。

2.2 壓濾脫水壓力對(duì)濾餅水分的影響

壓濾壓力對(duì)濾餅水分的影響試驗(yàn)如圖2所示。

圖2 壓濾脫水壓力對(duì)煤泥水脫水的影響

由圖2可以看出，隨著壓濾壓力的增大，濾餅水分逐漸降低，這是因?yàn)閴簽V壓力是煤泥水壓濾脫水的動(dòng)力，且壓濾壓力越大，高壓空氣能置換的濾餅孔隙越小，導(dǎo)致煤泥水壓濾的濾餅水分降低。綜合成本和脫水效果分析，最佳壓濾脫水壓力是0.3 MPa，濾餅水分為23.73%。

2.3 壓濾時(shí)間對(duì)濾餅水分的影響

壓濾時(shí)間對(duì)濾餅水分的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，濾餅水分含量隨壓濾時(shí)間的增大逐漸降低后趨于平緩，在壓濾初期，濾餅水分先迅速下降，但隨著壓濾時(shí)間繼續(xù)增大，濾餅水分含量慢慢趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵趬簽V前期，濾餅尚未形成，此時(shí)水分主要為礦漿中流動(dòng)的水，通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)很快脫除；到過(guò)濾后期，濾餅基本形成，水分主要是濾餅孔道中的毛細(xì)水，較難脫除。綜合成本分析，最佳壓濾時(shí)間是120 s，濾餅水分為23.74%。

圖3 壓濾時(shí)間對(duì)煤泥水脫水的影響

2.4 入料濃度對(duì)煤泥水分的影響

入料濃度對(duì)濾餅水分的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 入料濃度對(duì)煤泥水脫水的影響

由圖4可以看出，隨著入料濃度的增加，濾餅水分逐漸降低，當(dāng)入料濃度低時(shí)，濾餅形成速度較慢，壓濾介質(zhì)的孔眼很快會(huì)被堵住；隨著料漿濃度的提高，由于煤泥水中顆粒的互相干擾，細(xì)顆粒直接進(jìn)入壓濾介質(zhì)孔眼的概率降低，而是在其上形成拱架橋。使壓濾介質(zhì)的孔眼不會(huì)立即被嚴(yán)重堵塞，所以入料濃度越低，其濾餅水分越高，當(dāng)?shù)V漿濃度較高，濾餅形成的速度較快，其濾餅水分相比礦漿濃度較低時(shí)低，可見(jiàn)礦漿濃度對(duì)濾餅水分的影響明顯。當(dāng)入料濃度較高時(shí)，在管道中流動(dòng)困難，容易造成管道堵塞，綜合現(xiàn)場(chǎng)條件分析，最佳入料濃度是400 g/L，濾餅水分為22.60%。

2.5 壓濾動(dòng)力學(xué)分析

選擇壓濾時(shí)間為120 s、煤泥水濃度為400 g/L，研究壓濾壓力對(duì)煤泥水壓濾脫水速率的影響規(guī)律。定義單位時(shí)間濾餅水分的變化率為壓濾脫水速率，用其表示煤泥水壓濾脫水的快慢。不同壓濾壓力下煤泥水壓濾脫水速率如圖5所示。

圖5 不同壓濾壓力下煤泥水壓濾脫水速率

由圖5可以看出，不同壓濾壓力下濾餅水分含量與壓濾時(shí)間呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系。隨著壓濾壓力的增加，煤泥水壓濾脫水速率逐漸增大，當(dāng)壓力為0.3 MPa時(shí)，煤泥水脫水速率最大。這是由于壓濾壓力是煤泥水壓濾脫水的動(dòng)力，濾餅孔道中的水存在毛細(xì)管壓力，只有壓濾脫水壓力大于濾餅孔道中水的毛細(xì)管壓力，濾餅孔道中的水才會(huì)被氣體置換。保持其他條件一致時(shí)，濾餅的孔道大小基本相同，隨著壓濾壓力的增大，其能置換的孔道水越多，濾餅水分越低。

3 結(jié)論

準(zhǔn)能選煤廠煤泥水中-0.074 mm粒級(jí)含量為70.42%，所占比例高，不利于煤泥水脫水；隨著壓濾壓力的增大，濾餅水分逐漸降低，最佳壓濾脫水壓力是0.3 MPa；隨著壓濾時(shí)間的增加，濾餅水分先顯著減少后趨于平緩，最佳壓濾脫水時(shí)間是120 s；隨著入料濃度的增加，濾餅水分逐漸降低，最佳入料濃度是400 g/L，濾餅水分為22.60%；壓濾壓力對(duì)煤泥水壓濾脫水速率影響顯著，隨著壓濾壓力的增加，煤泥水壓濾脫水速率逐漸增大。