復合藥劑對煤泥水沉降效果的研究

劉 宸，丁旭光

(烏海能源有限責任公司 五虎山選煤廠，內蒙古 烏海 016040)

煤泥水的沉降過濾是選煤生產的重要環節。生產過程中如何高效處理煤泥水，是實現選煤廠洗水閉路循環的重要條件。針對如何處理好煤泥水的沉降問題，眾多學者對多個選煤廠的煤泥水沉降進行了大量深入的研究。

李敏恒等[1]通過試驗研究了煤泥水濃度、凝聚劑種類及絮凝劑用量對煤泥水沉降效果的影響，結果表明聚合氯化鋁凝聚效果最佳。田軍章[2]通過煤泥水混凝沉降試驗,探尋出最佳的煤泥水處理方案，結果表明:不同加藥方法可以提高沉降效果。肖寧偉等[3]研究得出煤泥水水質硬度低、煤泥顆粒粒度細、黏土礦物質含量高、顆粒表面電負性強是造成煤泥水難以沉降的原因。張東晨等[4]研究了煤泥水處理中絮凝劑的應用類型及特點。聶容春等[5]通過試驗研究了適合處理不同煤泥水的聚丙烯酰胺類型, 探討了不同類型聚丙烯酰胺的絮凝作用機理。此外，還有大量研究[6-8]采用不同沉降研究方法對不同性質的煤泥水進行了研究[9-12]，均得出了上述相似結論。

由上述可知，目前大部分針對煤泥水沉降的研究主要集中在高效沉降藥劑的挖掘與加藥方法的研究等方面，而針對復合沉降藥劑研究相對較少。因此，采用試驗研究的方法，針對五虎山選煤廠煤泥水濃度高不易沉降的問題，研究了藥劑種類、藥劑用量對煤泥水沉降效果的影響，以及采用復合沉降藥劑后對浮選的影響。

1 入選原煤煤質與生產工藝

取五虎山10#原煤進行篩分試驗，篩分級別分為>50、50～25、25～13、13～6、6～3、3～1、1～0.5、<0.5 mm。試驗原煤篩分試驗結果見表1。

表1 原煤篩分試驗結果

由表1可知：10#原煤中>50 mm粒級含量為6.51%，灰分為49.14%，說明10#原煤含矸量較低；在50～25 mm粒級灰分較高，其他各粒級原煤中灰分分布較均勻，<13 mm粒級產率為64.66%，表明原煤中末煤含量高。原煤的平均硫分為4.17%，為高硫原煤，高于國家標準3%，<3 mm粒級的原煤硫分略低于3%，其余粒級硫分均高于3%。<0.5 mm的煤樣產率為17.43%，表明原煤中細粒級含量較高。

小篩分試驗在實驗室的標準套篩上進行，選用的試驗篩篩孔孔徑分別為：0.5、0.25、0.125、0.075、0.045 mm。將煤泥分為>0.5、0.5～0.25、0.25～0.125、0.125～0.075、0.075～0.045、<0.045 mm 6個粒級。篩分完成后，對各個粒級的煤泥進行稱重并測定灰分。五虎山10#原煤小篩分試驗結果見表2。

表2 煤泥小篩分試驗結果Table 2 Slime coal sieve analysis %

由表2可知：煤泥中<0.045 mm粒級產率最高，0.5～0.25 mm粒級產率次之，0.25～0.045 mm粒度范圍內各粒級產率基本一致。隨粒級減小，灰分變高在0.5～0.045 mm粒級灰分增加平緩，<0.045 mm粒級灰分劇增，相比于0.074～0.045 mm粒級灰分升高1倍，這表明<0.045 mm煤泥中，富含非可燃體礦物雜質。

針對五虎山選煤廠10#原煤煤巖組分的真相對密度不同，試驗選擇4個密度的重液進行煤泥小浮沉試驗，即1.40、1.50、1.60、1.70 g/cm3，使煤樣能夠較平均地分布于各個密度級之間。重液采用四氯化碳有機溶液配置而成。10#原煤<0.5 mm粒級煤泥浮沉試驗結果見表3。

表3 <0.5 mm煤泥浮沉試驗結果Table 3 Float-and-sink data of the <0.5 mm slime %

根據表4繪制10#原煤<0.5mm粒級煤泥可選性曲線如圖1所示。

圖1 <0.5 mm粒級煤泥可選性曲線

由表3與圖1可知，10#原煤<0.5 mm粒級煤泥總灰分為19.85%，當煤泥精煤灰分為10.5%，分選密度為1.62 g/cm3，煤泥精煤理論產率為84.21%，δ±0.1含量扣除沉矸(>2.00 g/cm3)為14.8%，按照GB/T 16417—1996《中國煤炭可選性評定方法》的規定，判定原煤煤泥可選性為中等可選。

五虎山選煤廠屬于礦井型煉焦煤選煤廠，入選烏海能源五虎山礦業公司開采的10#原煤，類型為高硫肥煤，生產精煤產品灰分為10.5%。采用原煤不預先脫泥+50～0.5 mm進入無壓三產品重介質旋流器分選+<0.5 mm煤泥浮選+煤泥水一次濃縮的聯合工藝。根據煤質數據可知五虎山選煤廠的現有工藝可以滿足該煤種的生產需要，但由于入選的10#原煤煤泥含量較高，經采樣化驗得出沉降濃縮機入料濃度為21.66 g/L，灰分為65.3%，采用陰離子型聚丙烯酰胺沉降藥劑，循環水濃度高達7.5 g/L，生產過程中煤泥量大，該藥劑無法有效沉降，導致循環水濃度高，浮選效果較差，精煤產品灰分高于需求指標，影響企業經濟效益。

2 復合藥劑介紹

復合型藥劑采用的凝聚劑為二烯丙基二甲基氯化銨，絮凝劑為聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物。

聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物絮凝劑是一種的水溶性線性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液體之間的摩擦阻力。聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物無法改變煤泥水中礦物顆粒與水的作用關系，主要利用壓縮雙電層的方法來降低煤粒表面電位達到凝聚的效果。絮凝劑根據自身特性將煤泥水中的煤泥顆粒等物質凝聚成絮團，以此達到處理煤泥水中煤泥顆粒的作用。絮凝劑在用于水處理時，不是通過改變顆粒的表面電性，微粒間的電荷力依然存在，因此產生的絮團比較蓬松，同時絮團中間含有較多水分，溢流水中還含有細小的顆粒，但絮凝劑消耗較低。

二烯丙基二甲基氯化銨凝聚劑主要依靠改變煤泥顆粒表面的電荷性質。當處理粒度大、荷電量大的顆粒時，消耗量大，相應成本較高；當處理荷電量小的微細顆粒時，效果較好，得到的上清液和底流物的質量較高。

聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物絮凝劑和二烯丙基二甲基氯化銨凝聚劑對煤泥沉降所起的作用不同，在煤泥水處理中各有優缺點，二者復合使用不僅可以發揮出二者的優點彌補缺點，同時還可以降低成本，進一步提高煤泥水處理過程中的澄清效果。

3 加藥點與藥劑比例試驗

復合沉降藥劑加藥點位置與原藥劑加藥點相同，為沉降濃縮機前部，與濃縮入料混合后一同打入中心入料管，在選煤廠開機生產半小時后進行給藥。

藥劑比例：正常生產兩小時后，取現場生產過程中濃縮池入料，不同時間同一地點取樣，間隔1 h取一次樣，分4次取完500 mL煤泥水。復合沉降藥劑的成分為聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物絮凝劑(分子量2 000萬以上)和二烯丙基二甲基氯化銨凝聚劑，煤泥水濃度為21.7 g/L，取復合沉降藥劑中絮凝劑與凝聚劑比例分別為1∶1、2∶1和5∶1，沉降時間為60、40、30 s，分別進行單因素試驗，最終得出最佳混合比例為絮凝劑∶凝聚劑=5∶1。

4 沉降效果評價

通過現場生產研究發現，采用聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物絮凝劑(分子量2000萬以上)和二烯丙基二甲基氯化銨凝聚劑復合沉降藥劑作為煤泥水沉降藥劑與原使用的陰離子型聚丙烯酰胺沉降藥劑相比較，可大幅改善五虎山選煤廠濃縮池煤泥水沉降效果。實際生產使用后濃縮池上清液已澄清，符合循環水要求。

經過現場生產實踐，對采用復合沉降藥劑前后進行對比，兩種藥劑沉降效果指標對比見表4。

表4 兩種沉降藥劑沉降效果對比

由表4可知，采用復合沉降藥劑作為煤泥水沉降藥劑，可大幅提高循環水澄清度，降低煤泥水固體含量，提升全廠循環水利用效率。使用復合沉降藥劑后選煤廠單位補充水量為0.085 m3/t，循環水濃度為0.5 g/L，提高兩項指標使五虎山選煤廠洗水閉路循環達一級。降低了單位補充水量，從每噸煤補充清水0.10 m3降低到噸煤補水0.085 m3，每入選一噸煤節約0.015 m3用水量，可為選煤廠年節約用水22 500 m3。

5 浮選效果影響

通過改用復合藥劑后洗水有了明顯的優化，洗水優化后對浮選產生了正面影響。通過采集日常檢查數據，并進行綜合整理，剔除部分異常數據后，可獲得該時間段內，浮選環節實際生產效果平均數據。采用復合沉降藥劑優化洗水后其他生產條件不變，浮選效果產生明顯提高，浮選效果對比見表5。

表5 復合沉降藥劑使用前后浮選效果對比Table 5 Comparison of flotation performances before and after the use of compound agent %

由表5可知，通過使用復合沉降藥劑，降低循環水濃度后，浮選精煤灰分由13.21%降低為11.00%，浮選精煤產率從71.54%變為70.36%，產率變化不大。即洗水優化后，在浮選精煤產率基本相同的情況下，浮選精煤灰分可大幅度降低，浮選效果改善明顯。

由于洗水優化前浮選精煤灰分高達13.21%，導致生產中不得不降低重介精煤灰分來保證精煤產品(10.5%)的灰分指標，降低重介精煤灰分導致精煤產率損失1.7個百分點。洗水優化后降低浮選精煤灰分為11%，且浮選精煤產率基本不變，可提高重介精煤的灰分，在保證產品質量的前提下，精煤產率可提高1.7個百分點。

6 結語

聚丙烯酸鈉-聚丙烯酰胺共聚物絮凝劑(分子量2 000萬以上)154.52 g/t與二烯丙基二甲基氯化銨凝聚劑30.16 g/t是復合沉降藥劑最佳配比濃度，可提高煤泥水沉降效果，使循環水濃度達到0.5 g/L，從而可大幅提高循環水澄清度，降低煤泥水固體含量，提升全廠循環水利用效率，選煤廠單位補充水量降為0.085 m3/t。

通過使用復合沉降藥劑，降低循環水濃度后，浮選精煤灰分由13.21%降低為11.00%，且浮選精煤產率變化不大。即優化后，浮選精煤產率大致相同的情況下，浮選精煤灰分可大幅度降低，浮選效果改善明顯，精煤產品產率可提高1.7個百分點。