FeSO4·7H2O在煤泥水沉降中的應(yīng)用研究

邢 歡，何創(chuàng)庫(kù)

(神東煤炭集團(tuán) 洗選中心，陜西 榆林 719315)

煤泥水處理是選煤生產(chǎn)中最重要環(huán)節(jié)，也是最困難、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)之一[1]。因各個(gè)選煤廠的煤質(zhì)不同，即使同一選煤廠，在不同時(shí)期煤質(zhì)也在不斷發(fā)生變化，使得煤泥水處理成為一個(gè)動(dòng)態(tài)管控的過程[2]。在煤泥水處理過程中，最重要的一步就是煤泥水的沉降，沉降效果的好壞直接關(guān)系到煤泥的回收、循環(huán)水的復(fù)用等環(huán)節(jié)，從而對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)造成很大的影響，一旦煤泥水沉降效果不佳，就會(huì)影響選煤廠生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)[3]。相對(duì)于煉焦煤選煤廠，動(dòng)力煤選煤廠煤泥水處理工藝較為簡(jiǎn)單，一般僅采用濃縮機(jī)、加壓過濾機(jī)或板框壓濾機(jī)處理煤泥水，不設(shè)置浮選環(huán)節(jié)，因此動(dòng)力煤選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)管控的核心就是煤泥水沉降[4]。

神華神東煤炭集團(tuán)洗選中心煤制油選煤廠是神東洗選中心唯一一座用戶型動(dòng)力煤選煤廠，年設(shè)計(jì)能力為6.0 Mt，該廠一般采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為沉降藥劑，并采用多點(diǎn)加藥的方式，以提升沉降效果[5]。在煤泥水沉降困難時(shí)也曾采用昂貴的進(jìn)口藥劑來加速煤泥水沉降[6]。即便如此，生產(chǎn)中也經(jīng)常出現(xiàn)煤泥水沉降困難而束手無策的情況，因此，探索采用新型藥劑來改善煤泥水沉降效果勢(shì)在必行[7]。

為此，通過現(xiàn)場(chǎng)煤泥水試驗(yàn)，研究了FeSO4·7H2O對(duì)選煤廠煤泥水沉降過程的影響，以期在選煤廠煤泥沉降困難時(shí)，通過合理添加FeSO4·7H2O來加速煤泥水沉降過程，從而保障選煤廠正常生產(chǎn)。

1 煤制油選煤廠工藝介紹

該廠原煤經(jīng)三級(jí)破碎至30 mm以下，經(jīng)脫泥篩脫泥后由兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器進(jìn)行分選，細(xì)煤泥則采用水力分級(jí)旋流器+濃縮機(jī)+加壓過濾機(jī)回收[8]。煤制油選煤廠工藝原則流程如圖1所示。

圖1 煤制油選煤廠工藝原則流程

2 煤泥水沉降試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

煤制油選煤廠細(xì)煤泥產(chǎn)量為50 t/h，煤泥水濃縮設(shè)備為30 m的WestTech中心傳動(dòng)式濃縮機(jī)，采用CIBA自動(dòng)加藥系統(tǒng)，所用藥劑為聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺。在藥劑添加上，采用多點(diǎn)加藥的添加方式[9]，其中：聚合氯化鋁設(shè)置一個(gè)加藥點(diǎn)，位于濃縮機(jī)分流箱處；聚丙烯酰胺設(shè)置兩個(gè)加藥點(diǎn)，分別位于穩(wěn)流桶處和距穩(wěn)流桶10 m 處。在煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，聚合氯化鋁加藥量為40 g/t，聚丙烯酰胺加藥量為6 g/t，即可保證煤泥水沉降效果良好，循環(huán)水水質(zhì)澄清；但在煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，加藥量會(huì)出現(xiàn)翻倍式增長(zhǎng)，且循環(huán)水發(fā)紅[10]，無法滿足正常生產(chǎn)需求[11]。加之聚合氯化鋁含有氯離子，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的廠房、設(shè)備腐蝕較大，導(dǎo)致每年防腐費(fèi)用居高不下，因此，在滿足生產(chǎn)需求的情況下，采用非氯離子藥劑勢(shì)在必行[12]。

2.2 試驗(yàn)方案及過程

該試驗(yàn)重點(diǎn)在于探索FeSO4·7H2O對(duì)循環(huán)水pH值的影響以及對(duì)煤泥水的沉降效果，并對(duì)選煤廠采用該藥劑后的經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行分析。

分別配制與目前系統(tǒng)使用的聚合氯化鋁濃度相同的FeSO4·7H2O溶液，通過沉降試驗(yàn)分析添加FeSO4·7H2O后的沉降效果，并對(duì)循環(huán)水進(jìn)行工業(yè)十項(xiàng)檢驗(yàn)，檢測(cè)循環(huán)水水質(zhì)變化情況。

選取三種不同的試驗(yàn)方案進(jìn)行沉降試驗(yàn)：

(1)將FeSO4·7H2O與聚丙烯酰胺復(fù)配，進(jìn)行煤泥水沉降試驗(yàn)。FeSO4·7H2O濃度為18.38 kg/m3(與聚合氯化鋁濃度一致)；聚丙烯酰胺濃度為1.29 kg/m3；沉降時(shí)間為600 s；煤泥高度為量筒中煤泥沉淀層體積；澄清度為采用GXZ-0101型便攜式濁度儀測(cè)量后的數(shù)值與空白樣濁度值相比的百分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 FeSO4·7H2O與聚丙烯酰胺復(fù)配時(shí)的沉降效果

(2)將FeSO4·7H2O溶液與聚合氯化鋁溶液分別按照一定比例復(fù)配，配合聚丙烯酰胺進(jìn)行煤泥水沉降試驗(yàn)。FeSO4·7H2O濃度為18.38 kg/m3(與聚合氯化鋁濃度一致);聚丙烯酰胺濃度為1.29 kg/m3；沉降時(shí)間為600 s；煤泥高度為量筒中煤層沉淀層體積；澄清度為采用GXZ-0101型便攜式濁度儀測(cè)量后的數(shù)值與空白樣濁度值相比的百分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 FeSO4·7H2O、聚合氯化鋁復(fù)配與聚丙烯酰胺配合時(shí)的沉降效果

(3)將相同比例的聚合氯化鋁溶液和FeSO4·7H2O溶液分別配合聚丙烯酰胺進(jìn)行沉降試驗(yàn)，對(duì)比相同時(shí)間的煤泥高度與清水層濁度及pH值。沉降時(shí)間為600 s；煤泥高度為量筒中煤層沉淀層體積；澄清度為采用GXZ-0101型便攜式濁度儀測(cè)量后的數(shù)值與空白樣濁度值相比的百分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 FeSO4·7H2O、聚合氯化鋁分別與聚丙烯酰胺復(fù)配時(shí)的沉降效果

由表1—表3可以看出：聚合氯化鋁與FeSO4·7H2O混合試驗(yàn)，清水層濁度與聚合氯化鋁單獨(dú)使用時(shí)基本一致；相同量的FeSO4·7H2O與聚合氯化鋁分別配合聚丙烯酰胺試驗(yàn)，加入FeSO4·7H2O時(shí)的煤泥水清水層濁度明顯優(yōu)于加入聚合氯化鋁，沉降速度則基本一致。

根據(jù)煤泥水沉降試驗(yàn)結(jié)果可知，將FeSO4·7H2O與聚丙烯酰胺按最佳配比加入取代濃縮機(jī)在用的聚合氯化鋁，進(jìn)行濃縮機(jī)工業(yè)試驗(yàn)[13]，觀察沉降效果以及煤泥系統(tǒng)排料情況，并定期在循環(huán)水池、清掃水管取樣，進(jìn)行工業(yè)成分檢測(cè)分析。煤泥水使用FeSO4·7H2O前后試驗(yàn)結(jié)果分別見表4、表5。

表4 煤泥水使用FeSO4·7H2O前試驗(yàn)結(jié)果

表5 煤泥水使用FeSO4·7H2O后試驗(yàn)結(jié)果

由表4、表5可知，使用FeSO4·7H2O時(shí)的沉降效果要明顯好于聚合氯化鋁。對(duì)比使用聚合氯化鋁與FeSO4·7H2O處理后的工業(yè)復(fù)用水可知，除了總硬度平均升高32.35 mg/L，硫酸鹽平均升高670 mg/L外，其余指標(biāo)均有所降低：渾濁度平均降低12.01 NTU，pH值平均降低0.21，總堿度平均降低85.8 mg/L，氯化物平均降低157.7 mg/L，溶解性總固體平均降低269.78 mg/L，硫酸鹽含量達(dá)到1 197 mg/L(飲用水硫酸鹽含量不超過250 mg/L，工業(yè)復(fù)用水對(duì)硫酸鹽含量未做要求)。可見，使用FeSO4·7H2O處理后的復(fù)用水質(zhì)明顯優(yōu)于使用聚合氯化鋁。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過試用新藥劑，煤制油選煤廠循環(huán)水、清掃水水質(zhì)得到提升，有效保障了現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展，并大大降低了藥劑使用量[14]，降低了清掃水中氯化物含量，循環(huán)水的pH值趨于中性，同時(shí)取得了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益[15]。

目前煤制油選煤廠使用聚合氯化鋁價(jià)格是1 521.37元/t(不含管理費(fèi))，如果將聚合氯化鋁換成FeSO4·7H2O用于煤泥水沉降，F(xiàn)eSO4·7H2O價(jià)格是760元/t(含稅、含運(yùn)費(fèi))，每噸費(fèi)用將下降761.37元，使用量將在現(xiàn)有聚合氯化鋁基礎(chǔ)上降低30%(10 g/t)以上。按照全年入選原煤2 696 030 t計(jì)算，每年將節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本10.28萬元，且可將目前循環(huán)水中的氯化物含量降低157.7 mg/L以上，循環(huán)水pH值降低0.21以上，使循環(huán)水由弱堿性趨于中性。循環(huán)水中氯化物含量降低及pH值趨于中性，極大地減輕了循環(huán)水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備及各類管道、護(hù)欄的腐蝕作用，預(yù)計(jì)年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)化及亮化費(fèi)用50萬元以上。

4 結(jié)論

(1)通過試驗(yàn)分析了FeSO4·7H2O在煤泥水沉降過程中的作用，煤制油選煤廠采用FeSO4·7H2O替代聚合氯化鋁后取得了良好的沉降效果，并有效降低了循環(huán)水中的氯離子含量，提高了循環(huán)水澄清度。

(2)在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)FeSO4·7H2O在煤質(zhì)變化時(shí)效果有波動(dòng)，并不能適合所有選煤廠的煤質(zhì)情況，需要針對(duì)具體問題進(jìn)行具體分析。

(3)煤制油選煤廠的試驗(yàn)結(jié)果表明，使用FeSO4·7H2O可節(jié)約生產(chǎn)成本，是一種效果良好的藥劑，有利于提高選煤廠煤泥水沉降效果，同時(shí)可為其他選煤廠煤泥水處理實(shí)踐提供參考。