加藥制度對煤泥水沉降效果的影響研究

賈文龍

（西山煤電西銘礦，山西 太原 030052）

0 引言

煤泥水處理是濕法選煤廠生產過程中必不可少的一道工藝流程。在當前環保要求日益嚴格的條件下，洗水閉路循環已成為選煤廠正常生產的硬性要求。而由于當前原煤的開采深度不斷加大，以及機械化開采的不斷推廣，原煤中煤泥含量不斷增多，尤其是懸浮能力較好的黏土類煤泥含量日益增多[1,2]，這類煤泥進入洗選系統后，由于沉降效果較差，會逐漸在系統中累積起來，其達到一定濃度后，會明顯增加洗水粘度，對選煤設備的分選精度造成不利影響[3,4]。沉降是選煤廠煤泥水處理工藝中的一種重要手段，主要是通過添加絮凝劑及凝聚劑等方式，使煤泥沉降，并得到澄清循環水[5]。本文以山西西銘選煤廠濃縮機入料為試驗樣品進行絮凝沉降試驗，通過改變加藥量及加藥方式等手段，研究最佳的煤泥水沉降藥劑制度，為選煤廠煤泥水處理效果的優化提供試驗參考。

1 選煤廠概況

西銘選煤廠屬于動力煤選煤廠，主要入選貧煤，產品為灰分≤15%的電煤。該廠主選工藝為兩產品重介質旋流器分選，輕重產物經脫水脫介篩處理后，矸石直接落地，精煤由離心機進一步脫水后進產品倉。脫水脫介篩一段煤泥水進合介桶，二段進稀介桶由磁選機回收介質。磁選尾礦經水力分級旋流器和螺旋分選機進行分選，輕重產物經進一步脫水后分別作為精煤和矸石。其中螺旋分選機選出的矸石經分級旋流器分級后，細顆粒進濃縮機，粗顆粒經高頻篩脫水后成為矸石產品。

由于入選原煤煤質的逐年惡化，煤中高灰細泥逐漸增多，沉降性能變差，洗水質量惡化，個別嚴重時不得不降低帶煤量，對生產的正常進行造成了不利影響。

2 樣品制備及藥劑準備

本文采用山西西銘選煤廠某一正常生產班次中濃縮機入料為試驗樣品。采用真空過濾機對該樣品過濾，并在105℃恒溫烘箱中烘干，裝入自封袋備用。

稱取烘干后的樣品200g進行小篩分試驗，得到其各粒級產率及灰分數據見表1。

表1 試驗樣品小篩分數據表

如表1所示，該樣品中細粒級含量較多，其中-0.074mm粒級產率合計為51.13%，并且隨著粒級的減小，樣品灰分不斷增加，其中-0.045mm粒級灰分為74.91%，遠高于樣品累計灰分74.09%。說明該樣品中存在較多的高灰細泥，這些細泥一般沉降效果較差，對煤泥水處理效果的好壞有明顯影響[6]。

本文在進行沉降試驗時主要使用選煤廠常用的兩種凝聚劑和絮凝劑，其性能指標如表2所示。

表2 主要試驗藥劑

分別用去離子水將兩種藥劑配制成溶液備用，其中APAM配制濃度為0.1%，PAC配制濃度為5%。

3 試驗研究

本文使用APAM和PAC兩種選煤廠常用的絮凝沉降藥劑進行沉降試驗，試驗在250mL容積的具塞量筒中進行。各組沉降試驗的煤泥水濃度固定為120g/L。試驗過程中先向配制好的煤泥水中添加PAC，充分翻轉搖勻具塞量筒20s后，再加入適量APAM，翻轉搖勻10s后開始沉降，記錄不同時刻下沉降體系壓縮層體積，并繪制壓縮層體積隨沉降時間的變化曲線，當曲線走勢越陡峭時說明沉降速率越大。沉降完畢后，觀察最終的壓縮層體積，測定上清液的透射比。改變藥劑的添加量及加入方式，比較其沉降速率、最終壓縮層體積及上清液透射比，確定最佳沉降效果時的藥劑使用制度。

3.1 PAC用量對沉降效果的影響

試驗中固定APAM用量為100g/t，改變PAC用量分別為 100g/t，150g/t，200g/t，250g/t，300g/t，測定不同用量下的沉降速率及上清液透射比，分別繪制折線圖與柱狀圖如圖1,圖2所示。

圖1 不同PAC用量下煤泥水沉降速率變化

圖2 不同PAC用量下煤泥水沉降后上清液透射比變化

如圖1所示，PAC用量為100g/t時，沉降曲線的走勢相對平緩，最終壓縮層體積為30mL。當PAC用量大于等于150g/t時，各條速率曲線基本重合，最終壓縮層體積均為20mL。而由圖2中可知，在PAC用量達到150g/t后，繼續增加PAC用量，上清液透射比繼續上升，最終穩定在86—87范圍內。綜合圖1、圖2數據可知，PAC用量的增加可在一定程度上改善煤泥水沉降效果。由PAC的作用機理可知，其可以使微細顆粒之間發生凝聚作用而結成較大的聚團，這些聚團更容易被絮凝劑捕獲發生沉降，有利于改善沉降效果。一方面，當PAC用量達到150g/t后，由于已經使足夠多的微細顆粒發生了凝聚反應，使得剩余的微細顆粒不足以明顯影響沉降速率；此時繼續添加PAC，仍可在一定程度上對這些微細顆粒有效凝聚，從而進一步提高沉降后上清液的透射比。但由于本樣品中微細顆粒懸浮性能較好，當PAC用量達到200g/t后，繼續增加PAC用量也無法使剩余細顆粒有效沉降，上清液透射比趨于穩定。綜上所述，當PAC用量為200g/t時，可達最佳沉降效果。

3.2 APAM用量對沉降效果的影響

由3.1節試驗結果，選定PAC用量為200g/t并固定不變。改變 APAM用量。分別為 80g/t，100g/t，120g/t，140g/t，160g/t，測定不同用量下的沉降速率及上清液透射比，分別繪制折線圖與柱狀圖如圖3，圖4所示。

圖3 不同APAM用量下煤泥水沉降速率變化

圖4 不同APAM用量下煤泥水沉降后上清液透射比變化

如圖3所示，APAM用量的變化，對于最終壓縮層體積基本沒有影響，只是在用量為80g/t時，沉降速率略慢。APAM用量達到100g/t后，其用量的增加對沉降速率基本沒有影響。但由圖4可見，隨著APAM用量增加，上清液透射比先明顯增加，隨后趨于穩定，并有一定的降低趨勢。這說明，當APAM用量為120g/t時，其絮凝作用達到了一個臨界值。由于絮凝劑本身的活性基團間也始終存在自吸附作用，此時繼續添加APAM，反倒會進一步加劇自身活性基團間發生自吸附作用的幾率，使得作用于煤泥顆粒的絮凝作用強度減弱，直接導致沉降的總顆粒量減少，使得上清液透射比降低，惡化上清液水質。同時，由于此時APAM已經處于過量狀態，自相吸附的APAM會呈透明絮團狀留存于上清液中，經一定時間積累到一定量后，會明顯增加上清液粘度，進一步惡化沉降效果。因此，在實際應用中，當發現增加APAM用量增多無法進一步改善沉降效果時，應先恢復至原有用量，避免藥劑過量引發更大的負面作用。綜上所述，當PAC用量為200g/t時，APAM的最佳用量為120g/t。

3.3 APAM二次加藥方式對沉降效果的影響

由3.2節試驗結論可知，當將APAM一次性加入到煤泥水中時，雖然沉降速率隨APAM用量的變化相差較小，但上清液透射比差距較大。并且在這種加藥方式下，上清液透射比最佳為87.5%，說明上清液中仍存在大量未沉降的顆粒。因此，本文在以PAC用量200g/t，APAM用量100g/t的條件下沉降完畢后，繼續向煤泥水中加入不同劑量的APAM，充分反轉搖勻10s后再次沉降，并測定上清液透射比，二次加藥的劑量分別為 20g/t，40g/t，60g/t，80g/t，各組試驗后上清液透射比如圖5所示。

圖5 不同APAM補加用量下煤泥水沉降后上清液透射比變化

如圖5所示，隨著APAM補加用量的增多，上清液透射比呈現出先升高后降低的趨勢，但APAM補加量最多時的上清液透射比仍大于單次加藥（即APAM補加量為0）時的上清液透射比。當APAM補加量為20g/t，即APAM總用量為120g/t時，上清液透射比為93.4%，這一數值遠大于圖4中APAM用量為120g/t時的透射比（87.5%）。這說明，當APAM單次加入量為120g/t時，絮凝劑本身已經發生了明顯的自吸附作用，在單次加藥模式下，已經屬于藥劑過量的狀態，但由圖5中數據可知，此時其并沒有達到最佳絮凝效果。因此，在APAM用量為120g/t時，單次加藥方式一方面造成了藥劑的浪費，另一方面也未能達到最佳的沉降效果。而二次加藥方式，是在首次加藥處于虧量狀態下的一種補充加藥，這一方面有利于避免過量絮凝劑之間的自吸附作用對絮凝效果的影響，另一方面也有利于操作人員根據首次加藥后的沉降效果，靈活控制二次加藥量，最大限度避免藥劑浪費。此外，由圖5上清液透射比的變化情況也可看出，二次加藥的劑量即便過量，也可保證最終的沉降澄清效果優于單次加藥的澄清效果，有利于循環水水質的提高。綜上所述，當PAC用量為200g/t，APAM首次用量100g/t，二次補加量40g/t時，沉降效果最佳。

4 結 論

本文以山西西銘選煤廠濃縮機入料為試驗樣品，使用PAC和APAM作為凝聚劑和絮凝劑進行沉降試驗，并得到以下結論：

1）當采用單次加藥模式時，PAC用量為200g/t，APAM用量為120g/t時，沉降效果最佳，此時上清液透射比最大值為87.5%；

2）當采用二次加藥模式時，采用APAM首次用量100g/t，二次補加量40g/t時，沉降效果最佳，此時上清液透射比最大為94.0%；

3）二次加藥方式可有效減少絮凝劑本身的自吸附作用，在改善沉降效果的同時，避免藥劑浪費，同時減少絮凝劑在水中的殘余量，最大限度避免上清液水質惡化。