介休洗煤廠煤泥沉降特性研究

柴樹茂

(山西焦煤汾西礦業集團 介休洗煤廠，山西 介休 032000)

汾西礦業集團介休洗煤廠是我國最早建設的選煤廠之一，主要入洗汾西礦業集團公司所屬各礦井的原煤。該廠自投產以來，經過多次技術改造，洗選工藝不斷完善，形成“預先脫泥+三產品重介+TBS干擾床+浮選”的聯合工藝。目前，介休洗煤廠主要入洗各資源整合礦井如正中、正旺、香源等礦井的原煤。由于不同來源的原煤性質波動較大，煤泥沉降特性存在明顯差異性，導致洗煤廠煤泥水系統不穩定，制約了洗煤廠的正常生產。

煤泥沉降過程中，藥劑種類、用量及其添加方式等選擇均與煤泥水自身的性質密切相關[1-3].基于對介休洗煤廠入洗香源、正中、正旺3個不同來源的煤泥特性的系統分析，通過調整藥劑用量及其添加方式等優化現有藥劑制度，尋求適宜的煤泥水處理工藝條件，以保證系統平穩運行。

1 試樣性質與試驗方法

1.1 試樣性質

試驗樣品采自香源、正中和正旺3個資源整合礦井的煤泥，經摻和、縮分后制成試驗樣品，分別用于煤泥性質測試和沉降規律試驗研究。3種煤泥試樣的工業分析、元素分析以及粒度組成分析試驗結果見表1，2，3，采用XRD測試煤泥的礦物質組成，結果見圖1.

表1 不同煤泥試樣的工業分析表

由表1可知，3種煤泥試樣中，香源煤泥的灰分較低，而正中和正旺煤泥的灰分較高，都在30%以上。由表2 可知，正中和正旺煤泥的O元素含量高于香源煤泥。由此可以判斷，正中和正旺煤泥與香源煤泥相比，其表面親水性較強，與水分子有較強的作用力，故沉降和脫水處理相對困難[4, 5].

表2 不同煤泥試樣的元素分析表

由表3可知，3種煤泥試樣均含有較多的-0.045 mm細泥，其中以正中煤泥的細泥含量最高，達到34.71%.分析圖1可知，煤泥礦物質組成中含有高嶺石、蒙脫石，這些黏土類礦物遇水極易泥化，形成微細顆粒。依據斯托克斯沉降末速公式，顆粒的粒度越細，沉降速度越慢。工業實踐中往往通過添加絮凝劑/凝聚劑的方法，以增大顆粒表觀粒徑，提高其沉降速度[6-8].

表3 不同煤泥試樣的粒度組成表

圖1 不同煤泥試樣的XRD譜圖

1.2 試驗方法

將各煤泥試樣與水配制成濃度30 g/L的懸浮液，按照GB/T 18712-2002《選煤用絮凝劑性能試驗方法》進行沉降試驗。將煤泥水裝入250 mL具塞量筒，雙向翻轉5個回合，充分混勻；用注射器將所需體積的藥劑溶液加入量筒中煤泥水表面，雙向翻轉5個回合使藥劑與煤泥顆粒充分作用；靜置并開始計時，記錄煤泥水從量筒第一刻度(240 mL)降至某一刻度所需時間，測量兩刻度間距離d.顆粒自由沉降速度計算公式為：

v=d/t×3.6

式中：

v—自由沉降速度，m/h；

d—顆粒沉降距離，mm；

t—沉降時間，s.

沉降10 min后，記錄量筒底部固體沉淀物的高度，同時用移液管吸取一定體積上清液，采用德國Lovibord濁度計測定其濁度。以顆粒沉降速度、上清液濁度以及固體沉淀物高度3項指標綜合評定煤泥水的沉降性能。

2 結果與討論

2.1 絮凝劑單獨作用

以聚丙烯酰胺PAM為絮凝劑，對不同煤泥進行沉降試驗，結果見表4.

表4 聚丙烯酰胺作用下的煤泥沉降試驗結果表

由表4可知，添加聚丙烯酰胺PAM后，3種煤泥的沉降效果均得到明顯改善。隨PAM用量的增加，顆粒沉降速度加快，同時上清液濁度降低。需說明的是，在選擇的PAM用量下，沉淀物體積隨藥劑用量增加呈逐漸增大趨勢，但總體變化幅度不大，故表中未列出。PAM用量為40 g/t時，香源煤泥的沉降速度達到20.16 m/h，上清液濁度77 NTU；而正旺和正中煤泥的沉降速度分別為15.44 m/h和13.17 m/h，上清液濁度均超過150 NTU.提高PAM用量至80 g/t時，正旺煤泥的顆粒沉降速度達到20.96 m/h，上清液濁度降至68 NTU；而正中煤泥的沉降效果依然較差，上清液濁度大于100 NTU.

綜上所述，相同條件下，香源煤泥的沉降性能最好，正旺煤泥居中，正中煤泥最差。對香源煤泥和正旺煤泥而言，沉降過程中添加單一藥劑PAM即可，適宜用量分別為40～60 g/t和60～80 g/t；而對正中煤泥，可能需要兩種或多種藥劑協同作用，以進一步改善顆粒沉降效果。

2.2 絮凝劑與凝聚劑聯合作用

對于較難沉降的煤泥水體系，工業實踐中往往將絮凝劑與凝聚劑聯合使用。一般情況下，礦漿中的煤泥顆粒表面以負電荷為主，向煤泥水中加入無機電解質類凝聚劑，可以通過電解質在水中電離出的正電離子來中和煤泥表面的電荷，壓縮其雙電層，以降低顆粒表面ζ-電位，減小顆粒間的斥力作用，使之聚集在一起；然后，再借助高分子絮凝劑的“架橋作用”形成較大絮團，以增大顆粒的表觀粒徑，提高顆粒沉降速度并獲取澄清的循環水[9].

基于藥劑作用機理，以聚合氯化鋁PAC為凝聚劑與聚丙烯酰胺PAM 80 g/t聯合使用時，先加PAC后加PAM，對應的正中煤泥沉降試驗結果見圖2.

圖2 藥劑聯合作用對正中煤泥沉降效果的影響圖

由圖2可知，與單一藥劑PAM作用結果相比，凝聚劑PAC的加入會在一定程度上降低顆粒沉降速度，但對改善上清液濁度指標具有明顯作用[10]，隨PAC用量的增加，上清液濁度指標持續向好，顆粒沉降速度呈現先增加后減小的趨勢，說明凝聚劑PAC用量存在一個最佳值。此外，沉淀物體積亦隨PAC用量呈逐漸增大趨勢。沉淀物體積增大將可能影響后續的煤泥脫水效果。綜合來看，對于正中煤泥，絮凝劑PAM與凝聚劑PAC用量之比在1∶12～1∶15較為適宜。

絮凝劑與凝聚劑聯合使用，有助于提高難沉降煤泥的處理效果。但凝聚劑消耗量偏大，且兩種藥劑間存在交互作用，顆粒沉降速度和上清液濁度難以同時達到理想指標，此時需進一步優化藥劑制度。

2.3 加藥方式優化

藥劑添加方式通常分為集中加藥和分段加藥兩種。其中，分段加藥是將所需藥劑量分批或分點加入礦漿，能保持礦漿中藥劑濃度相對恒定，對提高難處理煤泥水的沉降分離效果有利。為進一步提高正中煤泥的絮凝沉降效果，在凝聚劑PAC與絮凝劑PAM聯合使用的基礎上，對其中的PAM添加方式進行了優化。

正中煤泥在相同藥劑用量條件下采用不同加藥方式(PAM)時的沉降曲線見圖3.其中，絮凝劑分段投加比例為1∶ 1，分別在PAC凝聚劑的前、后添加。

圖3 不同條件下的正中煤泥沉降曲線圖

由圖3可以看出，采用絮凝劑分段添加方式，有助于縮短煤泥顆粒的沉降時間，加快顆粒沉降速度。在PAC 1 000 g/t，PAM 80 g/t條件下，絮凝劑PAM分段按不同投加比例對正中煤泥絮凝沉降效果的影響試驗結果見表5.

表5 絮凝劑分段投加的絮凝沉降試驗結果表

由表5可知，采用絮凝劑分段投加制度，不論哪種比例，煤泥沉降結果均優于集中加藥方式，不僅顆粒沉降速度明顯提高，而且上清液濁度顯著降低。工業實踐中，PAM分段添加地點可以分別選擇在浮選機尾礦箱和濃縮機的入料口，而在管道中間某處添加PAC，加入的藥劑與煤泥顆粒間應有一定的作用時間。需特別指出的是，在濃縮機入料口一定要有絮凝劑加入，否則顆粒沉降速度會減慢，影響煤泥水的處理效果。

3 結 論

煤泥水處理是選煤廠生產的關鍵環節，影響因素多，處理難度大，矸石泥化嚴重時，問題將更為突出。介休洗煤廠的煤泥來源相對復雜，針對不同的煤質特性進行研究，確定了不同的藥劑制度和添加方案，確保了煤泥水系統的穩定運行。

1)相同條件下，香源煤泥的沉降性能最好，正旺煤泥居中，正中煤泥最差。

2)對香源煤泥和正旺煤泥而言，沉降過程中添加單一絮凝劑PAM即可，適宜用量分別為40～60 g/t和60～80 g/t.

3)對正中煤泥，需絮凝劑PAM與凝聚劑PAC聯合使用，PAM用量為80 g/t時，PAC的適宜用量為1 000～1 200 g/t，且對絮凝劑PAM采用分段添加方式，可有效改善正中煤泥的沉降效果。