選煤廠煤泥水沉降試驗及其影響因素分析

趙瑜

（山西省晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

0 引 言

選煤廠煤泥水的處理是選煤生產過程中的重要環節，如果煤泥水沉降速度過慢，不僅影響直接經濟效益，甚至可能導致洗選系統故障。目前多數選煤廠采用添加凝聚溶劑來實現加速煤泥水沉降的目的，但每個選煤廠洗選系統、洗選原煤不完全相同，因此進行沉降試驗，并對影響因素進行分析顯得尤為重要，這不僅可以提高資源利用率，還可以提高經濟效益[1-3]。

1 概 況

沙坪選煤廠始建于2006年，原設計洗選能力60萬t/a，因原設計的原煤處理能力已不能滿足生產、銷售需要，于2019年底，經技術改造后，年處理能力達到120萬t，為濕式分選法選煤廠。隨著技改后洗選能力的提升，煤泥水的處理量也隨之變大，選煤廠洗選過程中，煤泥含有的大量無機物、煤顆粒等進入洗選系統，由于許多泥化顆粒屬于微米級，在洗選過程中很難沉降，且顆粒物直徑越小，其沉降速度越慢[4-6]，不僅制約了選煤廠的洗選能力，也影響了原煤的煤質提高及銷售。該選煤廠入池煤泥量較大，-0.5 mm粒徑含量經測定達到55%，選煤廠精煤生產等級要求為10級煉焦，經技改后，灰分浮選效果已滿足要求，選煤廠采用3臺斜管對煤泥水進行沉降，實際生產過程中，經常出現斜管煤泥水外溢的情況，平均濃度達到39 g/L，嚴重影響了選煤廠的洗選生產。

2 煤泥水沉降試驗

2.1 試驗材料的選取

選用該選煤廠洗選系統入料為試驗對象，并將系統入料混合均勻后，進行縮分烘焙處理，選用陽離子為60～70的聚丙烯酰胺[7]。

2.2 試驗方法

（1）分析煤泥水沉降。

選用200 mL該選煤廠洗選系統煤泥水、0.3 mL的濃度1.0 g/L絮凝試劑，分析煤泥水pH值、所含礦物質含量對煤泥水的沉降影響程度[8-9]。

（2）分析煤泥水含有的礦物成分。

采用X射線熒光光譜探測方法，分析粒徑處理為0.115 mm的烘焙煤泥樣本。

（3）分析煤泥水的水質。

采用電導法、測定pH法、測定離子色譜方法，對該選煤廠洗選系統循環水樣、系統補加水樣進行分析。

（3）分析煤泥水中煤泥的密度。

按照國標GB/T478—2008要求，分別對100 g、200 g烘焙煤泥進行密度分析。

（4）分析煤泥水中煤泥的粒度。

按照國標GB/T477—2008要求，分別對100 g、200 g烘焙煤泥進行粒度分析。

3 試驗結果分析

3.1 煤泥水沉降

（1）pH影響分析。

通過對煤泥水中不同pH值所對應的渾濁度、沉降速度的試驗測定[10]，得出了以下規律，如圖1所示。

圖1 不同pH值下煤泥水沉降分析Fig.1 Settlement analysis of coal slurry under different pH values

pH值在酸性范圍內（pH值在7以下），煤泥水的渾濁程度、初始沉降速度，隨著pH的增大而變大，在堿性范圍內（pH值在7以上），煤泥水的渾濁程度、初始沉降速度，隨著pH的增大減小，且渾濁程度與初始沉降速度變化速度均比酸性范圍的變化速度大[1-3]，這是因為酸性條件下，煤泥中賦存有大量的H+離子，其于煤泥中負電荷結合為沉淀物，易于煤泥的沉淀，在堿性條件下，煤泥中H+離子含量減少，煤泥中的負電荷不能形成沉淀物，互相排斥嚴重，多成懸浮狀態，沉淀較少，因此，要保證沉淀池中pH值為酸性或中性，才可以便于煤泥沉淀。

（2）礦物質含量影響分析。

通過對煤泥水中不同含量礦物質對應的渾濁度、沉降速度的試驗測定[11-12]，得出以下規律，如圖2所示。

圖2 不同礦物含量下煤泥水沉降分析Fig.2 Settlement analysis of coal slurry under different mineral contents

隨著煤泥水中礦物含量的增多，其渾濁程度增大，礦物含量在3g/L以下時，渾濁程度增量較大，在3g/L以上時，渾濁程度增量變緩；隨著煤泥水中礦物含量的增多，初始沉降速度變小，礦物含量在2g/L以下時，初始沉降速度增量較大，在2g/L以上時，初始沉降速度增量變緩。整體來看，隨著煤泥水種中礦物含量的增多，其渾濁程度增大，初始沉降速度降低，礦物含量越大，越渾濁、越難沉降，說明礦物含量的增多嚴重影響煤泥水的沉降。

3.2 煤泥水礦物成分分析

采用X射線熒光光譜對煤泥水中含有的礦物進行探測，并采用High score進行數據分析[13]，如圖3所示。

圖3 煤泥水礦物成分分析Fig.3 Mineral composition analysis of coal slurry

經測定，該選煤廠煤泥中所含的主要礦物有勃姆石、高嶺石、硝酸鍶鉛、蒙脫石、石英、鈦磁鐵礦、磁鐵礦、石膏、堇青石。以上所有礦物質中，高嶺石含量最多，該礦物質在水中容易泥化，會賦存大量負電荷，再結合pH值影響因素可知，該情況將致使煤泥水沉降困難。

3.3 煤泥水水質分分析

采用電導法、測定pH法、測定離子色譜方法對煤泥水水質進行分析[14]（表1）。

表1 煤泥水的水質分析Table 1 Water quality analysis of coal slurry

煤泥水中主要含有Ca2+、Na+、K+、Mg2+等8種離子，水質硬度為補水1＞循環水＞補水2，這是因為補水1中，Ca2+、Na+、K+、Mg2+離子含量均較循環水、補水2大；電導率為補水1＞循環水＞補水2，這是因為補水1中金屬離子含量最大，循環水次之，補水2相對最少；補水1、補水2、循環水的pH值，三者相差不大，這是因為在洗選過程中凝聚溶劑的加入，致使部分金屬離子發生水解作用。

3.4 煤泥密度分析

按照國標GB/T478-2008要求，分別對100 g、200 g烘焙煤泥進行密度分析（表2）。

表2 煤泥水的密度分析Table 2 Density analysis of coal slurry

由表2可知，煤泥中密度小于1.3 g/cm3的，水分、灰分均較低；煤泥中密度在1.3 g/cm3～1.8 g/cm3的，隨著密度等級升高，產率增大、水分變大、灰分也變大，說明煤泥中無機物含量增高；煤泥中密度大于1.8 g/cm3的，水分、灰分均較高。

3.5 煤泥粒度分析

按照國標GB/T477-2008要求，分別對100 g、200 g烘焙煤泥進行粒度進行分析（表3）。

表3 煤泥水的粒度分析Table 3 Particle size analysis of coal slurry

由表3可知，煤泥粒度大于0.5 mm時，產率為68.79%；煤泥粒度小于0.045 mm時，產率為3.83%，表明煤泥水中的顆粒物越細，越難沉降，產率越低；反之，越易沉降，產率越高[15]。

4 結 論

（1）選煤廠洗選過程中，pH值為酸性或中性時，可以使煤泥中賦存大量的H+離子，負電荷較易結合為沉淀物，有利于煤泥的快速沉淀。

（2）煤泥水中礦物含量在2 g/L以下時，初始沉降速度增量較大，在2 g/L以上時，初始沉降速度增量變緩。

（3）煤泥密度在1.3 g/cm3以下時，水分、灰分均較低，有利于煤泥的快速沉淀。

（4）煤泥粒度越大，越有利于煤泥的快速沉淀。