脱硫石膏在煤泥水处理中的应用探析

孙宏原

(山西沁新能源集团股份有限公司,山西省长治市,046502)

1 概述

沁新集团选煤厂是2002年12月30日建成并投入运行的矿井型选煤厂,经过一期、二期的改扩建,设计能力由60万t提升到现在的270万t,采用跳汰—浮选联合工艺,煤泥水系统采用浓缩机浓缩、压滤机脱水的煤泥回收工艺,主要入洗2#主焦煤和高硫配焦煤。作为优质主焦煤生产基地,如何最大限度地提高精煤产率和坚持实现清水(小于200 mg/l)闭路循环是企业的一贯宗旨。

近年来,随着采煤机械化程度的不断提高,入选原煤中细粒煤所占的比例也越来越大,开采和洗选过程中衍生出大量细泥,这些颗粒表面多数带负电荷,同性之间相互排斥,使得这些颗粒在水中保持分散状态,且同时受到重力作用和布朗运动的影响,使得煤泥水还具有很多类似胶体的性质,给本来就很棘手的煤泥水处理带来了更大的挑战。

在长期生产过程中,洗选2#主焦煤时需要在浓缩机的入料(即浮选机的尾矿)中间断添加聚合氯化铝水溶液和连续添加聚丙烯酰胺水溶液才能得到较为澄清的溢流,以满足生产需求。但长期大量的添加聚合氯化铝成本很高,为了积极响应集团提出的“双增双节”政策,选煤厂一直在寻找一种更廉价的凝聚剂替代品。根据最近相关报道,有专家提出在煤泥水处理上用无水石膏可以完美替代聚合氯化铝。在这一思路启发下,选煤厂将目光聚焦在了集团下属电厂的废弃脱硫石膏上,并进行了一系列的实验。

2 实验研究

(1)取煤泥水250 ml,分别添加1 ml、2 ml、3 ml、4 ml、5 ml、6 ml、7 ml,浓度为10%,PH值为13的脱硫石膏溶液(凝聚剂),在量筒中颠覆10次摇匀,然后记录不同时间泥面的高度。如表1所示。

表1 添加不同量的脱硫石膏对煤泥水的处理效果

由表1可以证实添加脱硫石膏作为凝聚剂,对煤泥水的处理有一定效果,并且表明了在5～7 ml的时候都能满足生产水质需求,从经济角度考虑选择5 ml是最适合的添加量,但是沉降速度太慢,如果只是单独添加来处理煤泥水无法满足正常工业生产中的水循环。

(2)取煤泥水250 ml,分别添加0.4 ml、0.5 ml、0.6 ml、0.7 ml、0.8 ml、0.9 ml浓度为1.0‰聚丙烯酰胺溶液(PAM),在量筒中颠覆10次摇匀,通过观察上清液的浑浊来判断絮凝剂的最佳用量。如表2所示。

由表2可以看出PAM对煤泥水有明显的处理效果,随着添加量的增加,效果逐渐凸显,并且到0.8 ml以后,效果基本维持不变。从经济角度考虑,选择0.8 ml完全可以满足工艺需求,但该上清液的澄清度还是无法满足正常生产循环的需求。

表2 不同量PAM单独添加5 min后对煤泥水的处理效果

(3)从以上实验结果可以看出,单独添加凝聚剂或者絮凝剂都有一定的处理效果,但都未达到企业的生产要求(不是沉降速度太慢就是澄清度不够)。脱硫石膏之所以具有凝聚剂的作用,原因是含有一部分水溶性盐和未反应的碳酸钙和氧化钙,引入的阳离子和微溶的Ca(OH)2促使煤泥表面的那些断裂的化学键和不饱和键达到新的平衡,但单纯使用脱硫石膏并不能使煤泥水达到最好的处理效果。同样,细泥物料周围所带的高负电荷,会影响和阻碍絮凝剂发挥更好的絮凝作用。

如果两者配合使用,沉降效果又如何呢?以下是对先加PAM和先加脱硫石膏分别作的对比实验。

取煤泥水250 ml,先添加浓度为1.0‰PAM溶液0.8 ml,然后再添加浓度为10%、PH值为13的脱硫石膏溶液5 ml,在量筒中颠覆10次摇匀后,静止5 min,观察上清液的浑浊度和记录泥面高度,然后再颠倒下添加顺序进行重复实验。如表3所示。

表3 不同的添加顺序对煤泥水处理效果的影响

从表3可以看出,两者配合使用对煤泥水的处理完全可行。从泥面高度可以看出添加顺序对处理效果影响不大,但根据文献报导,PH值大小对PAM的絮凝性能有较大影响,一般来说,PAM在PH值很宽的范围内效能都很高,但随着PH值的变化,PAM的作用也发生很大的变化。当PH值在4.0～6.5范围内,添加PAM后,煤泥的沉降速度最大,超过这个范围,特别是在碱性较强的介质中,煤泥在PAM作用下沉降速度急剧下降。由此,可以推断:之所以添加顺序对煤泥水处理效果未造成明显影响的原因是虽然先添加PH为13的脱硫石膏,但由于加入量很少,很快被稀释为接近中性的溶液,所以不会对PAM的絮凝性能造成太大影响。

所以,通过PAM与脱硫石膏的配合使用,来处理煤泥水就可满足正常生产循环的需要。

3 效益分析

3.1 降低了吨原煤药剂成本

原来洗选主焦煤聚合氯化铝溶液和聚丙烯酰胺溶液配合添加时,聚合氯化铝的吨原煤添加量为43 g(1230元/t),聚丙烯酰胺吨煤投入量为5g(聚丙烯酰胺14000元/t)。脱硫石膏溶液和聚丙烯酰胺溶液配合使用后,脱硫石膏溶液是企业电厂的废弃物,聚丙烯酰胺吨原煤投入量仅为3.2 g。所以聚合氯化铝和聚丙烯酰胺配合使用的成本为0.12元/t原煤,而脱硫石膏和聚丙烯酰胺联合添加的成本为0.045元/t原煤。按全年入洗250万t原煤计算,全年可为集团节约直接费用18.75万元。

3.2 提高了生产效率

(1)脱硫石膏加入后,溶液中出现的Ca(OH)2有利于改善絮凝体的脱水性能,而且可以起填充料的作用,使絮凝体不易黏附滤布,解决了尾煤脱水设备能力不足的问题。

(2)脱硫石膏溶液与聚丙烯酰胺配合使用后,循环水的质量得到彻底控制,实现了清水洗煤,为整个生产工艺提供了良好的条件,稳定了产品质量,提高了生产效益。

(3)该处理方法还可以进一步处理井下污水,对环境保护,废水再利用都有一定的积极作用。

[1] 孙宇欣,杨红卫.煤泥水的特性与絮凝剂的应用[J].煤炭技术,2001(5)

[2] 李祥春,聂白胜.煤吸附水特性的研究[J].太原理工大学学报,2006(4)

[3] 程小冬.煤泥水的处理技术研究[J].洁净煤技术,2009(5)