济宁二号煤矿选煤厂煤泥水自然沉降影响因素分析

孙庆芳

(兖州煤业有限公司 济宁二号煤矿，山东 济宁 273500)

济宁二号煤矿选煤厂煤泥水自然沉降影响因素分析

孙庆芳

(兖州煤业有限公司 济宁二号煤矿，山东 济宁 273500)

针对济宁二号煤矿选煤厂入料量及性质不稳定、浓缩机溢流浓度过大等问题，采用XRD表征手段和筛分试验对浓缩机入料煤泥水的性质进行了分析，同时在不加药剂情况下，通过自然沉降试验探究影响煤泥水沉降效果的因素与影响程度。试验结果表明：该煤泥水较难沉降，自然沉降很难达到要求；煤泥浓度、水质硬度、细泥含量等是影响其自然沉降的关键因素，其中对煤泥水自然沉降速度的影响程度顺序为煤泥浓度>细泥含量>水质硬度>pH值，对煤泥水上清液浊度的影响的顺序为水质硬度>煤泥浓度 >细泥含量>pH值。

煤泥水；自然沉降；影响因素；煤泥浓度；细泥含量

湿法分选是我国煤炭分选的主要分选方法，煤泥水是湿法分选的必然产物。煤泥水中的固体颗粒粒度分布较宽，且含有多种矿物悬浮颗粒[1]。煤泥水处理是我国湿法选煤工艺的主要环节，其处理效果的好坏关系着选煤厂的是否正常运行，也直接影响选煤厂的经济效益和矿区环境[2]。实现洗水闭路循环工艺是我国对选煤厂的基本要求，其关键是实现煤泥水中颗粒的充分沉降。目前研究表明影响煤泥水沉降效果的因素很多，如煤泥性质、煤泥水浓度、细泥含量、pH值、水质硬度等[3-5]。这些因素都影响着煤泥水沉降过程，但对煤泥水沉降的影响程度缺乏分析，还需要进一步的试验研究。本文以济宁二号矿井选煤厂浓缩机入料的煤泥水为试验样品，从煤泥水的组成及其性质入手，探究在自然沉降条件下，影响煤泥水沉降特性的主要因素及其影响程度。

1 煤泥水性质

1.1 矿物组成

试验采用浓缩机入料的煤泥水为原料，煤泥水过滤烘干并研磨，将粒径小于0.0 450 mm物料用D8 ADVANCE 型X射线衍射仪做矿物组成分析。测试参数为：电压40 kV；电流30 mA；阳极靶材料Cu靶，K 辐射；测角仪半径250 mm；狭缝系统:DS(发散狭缝)， 0.6 mm；SS(防散射狭缝)，8 mm；Ni滤片滤除Cu-Kβ射线；检测器开口2.82°；入射侧与衍射侧索拉狭缝均为2.5°。采样参数：扫描速度0.1sec/step；检测器采用林克斯阵列探测器。其检测结果如图1所示，并对样品中矿物成分进行定量分析，分析结果见表1。

图1 煤泥颗粒XRD衍射图

通过图1和表1分析可知：该煤泥水中黏土矿物主要有高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石、伊蒙混层等，占到含量的35%以上。这类黏土矿物在水中易碎散成细泥，影响煤泥颗粒的沉降速度，其中石英密度大，硬度高，不易泥化，对煤泥水的沉降性能影响较小。方解石、白云石密度和硬度较大，在水中部分溶解，产生Ca2+、Mg2+等离子，增加水的硬度，有利于煤泥颗粒的沉降，同时黄铁矿与空气接触后会产生游离酸与碳酸盐，产生的无机盐类增加了水的硬度，也有利于煤泥颗粒的沉降[6]。

1.2 矿物粒度组成

取200g干煤泥进行湿筛，试验按照GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》，结果见表2所示。

表2 入料煤泥水粒度组成

由表2可知：该煤泥水中小于0.045 mm粒级细泥含量为74%，根据自然沉降的原理斯托克斯公式，即颗粒的沉降速度与颗粒的粒径平方成正比，该煤泥水较难沉降。但在实际情况下，影响煤泥沉降过程的因素很多，包括煤泥性质、药剂制度、分选条件等。药剂对沉降的影响已被广泛认知，因而该沉降试验主要探究在自然沉降条件下影响煤泥沉降的因素。

2 沉降试验

根据单因素试验可知在煤泥性质确定的条件下，对煤泥水沉降效果产生影响的因素主要有煤泥浓度[7-8]、煤中细泥含量(<0.045 mm粒级含量)、水的硬度[9]、pH值[10-11]。通过统计软件spss对上述因素进行分析，同时对煤泥水自然沉降效果做定量的研究，确定各因素对煤泥水沉降效果影响的主次顺序，从而为该选煤厂煤泥水处理提供指导方向。

2.1 试验样品

采用济宁二号井煤泥水烘干后<0.045 mm粒级煤作为试验样品，根据试验需要取适量的筛上物和筛下物进行混合，采用去离子水和当地水混合的方式调节水质硬度，用分析纯的HCl和NaOH调节pH值至设定值。

2.2 试验方法

根据单因素试验结果发现影响煤泥水沉降的因素主要有固体含量、细泥含量、水质硬度、pH值等因素。其中选煤厂浓缩机入料的固体含量一般在40～120 g/L，细泥含量在40%～80%，煤泥水pH值范围在5～9之间，水质硬度在2～20德国度。在每个因素的范围内取5个水平，即4因素5水平，根据spss软件设计的正交表进行试验。将配好的煤泥水混合均匀并静置，记录煤泥从450沉降到350所用的时间，即沉速，5 min后取上层清液测量浊度。

3 试验结果与分析

对试验样品进行4因素5水平正交试验，煤泥沉降试验结果见表3。其中沉降速度采用在相同的沉降距离中所用的时间来表示。利用spss软件对试验结果进行分析，其中对沉降速度和浊度影响因素分析结果见表4和表5。

表3 正交试验结果

表4 沉降速度影响因素的分析

从表4分析可知：根据F值和显著性概率的比较结果发现，各因素对煤泥水自然沉降影响程度中，煤泥水浓度的影响最为显著，其中pH值对煤泥水自然沉降效果影响的概率为0.506>0.05，基本无影响。对煤泥水自然沉降速度的影响程度由大到小的顺序是：煤泥浓度>细泥含量>水质硬度>pH值。

在煤泥水的自然沉降过程中，煤泥水浓度对煤泥沉降速率的影响最大，且随着浓度的增大，沉速不断下降，细泥含量的影响也较为显著，即随着细泥含量的增大，沉速下降；水质硬度即Ca2+、Mg2+的含量越多，对沉降越有利；pH值主要影响煤泥和药剂的作用，在不加药剂时，pH值影响不大。

表5 浊度影响因素的分析

试验时由于所用的浊度仪测量范围较小，测量时取上层清液3 mL然后稀释到15 mL再进行测量，因而浊度的测量误差较大，显著性概率值取0.1来进行比较。由表5的分析可知，水质硬度和煤泥浓度对浊度的影响较为显著，细泥含量也有一定的影响，pH值在不加药剂的情况下对浊度的影响不大。各因素对煤泥水上清液浊度的影响程度由大到小的顺序是：水质硬度>煤泥浓度 >细泥含量>pH值。

在煤泥水的自然沉降试验中，水质硬度对浊度的影响最为显著，主要是由于水中存在Ca2+、Mg2+离子，它们吸附在煤粒表面改变了煤粒表面的性质，增加了细粒矿物之间的吸附作用，具有一定的凝聚效果，大大改善了上清液的浊度，通常随着硬度的增大，浊度越来越小；煤泥浓度对煤泥水上清液浊度有一定的影响，表现为煤泥浓度越高，上清液越浑浊；pH值在自然沉降时对浊度的影响最小。

4 结论

济宁二号煤矿选煤厂的煤泥水存在浓度较高、细泥含量高、自然沉降速度慢、溢流浓度达不到要求的问题。XRD分析发现试验采用的煤泥水中含有大量的黏土类矿物，通过对煤泥水自然沉降影响因素的探究表明，煤泥水浓度和细泥含量是影响煤泥沉降速度主要因素，其次是水质硬度，pH值基本对煤泥水的自然沉降无影响。基于煤泥水的静态沉降研究，没有考虑到实际的工业生产中的其他影响因素，存在一定的局限性，还需要进一步的完善。

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Analysis of the factors affecting the free settling of slurry at Jining No.2 Mine Coal Preparation Plant

SUN Qing-fang

(Jining No.2 Coal Mine Yanzhou coal Mining Co., Ltd, Jining, Shandong 273500, China)

The trouble with Jining No.2 Mine Coal Preparation Plant is that it treats an unstable raw coal feed which varies both in rate and property and the thickener overflow is high in density. An analysis is made in the paper of the property of the thickeners feed slurry through X-ray diffraction and screen analysis. Meanwhile, test is made to determine the factors affecting the natural settling of slurry and the extent of the influence exerted by each of the factors in the absence of any coagulant aid. Test result indicates that: it is very hard for the slurry to undergo natural settling, hence, making it possible to meet expected result in this manner; slurry density, water hardness and content of fine clay are the key factors affecting the free settling of slurry; and the settling rate influencing factors are sequentially slurry density > content of fine clay > water hardness > pH value in terms of their degree of influence while those affecting the turbidity of supernatural are water hardness > slurry density > pH value in order of importance.

slurry water; free settling; influencing factor; slurry density; content of fine clay

1001-3571(2016)06-0018-03

TD946.2

A

2016-10-27

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.005

孙庆芳(1988—)，女，山东省济宁市人，助理工程师，从事煤炭重介旋流器分选工作。

E-mail：sunqingfang0625@163.com Tel：15254728061

孙庆芳.济宁二号煤矿选煤厂煤泥水自然沉降影响因素分析[J]. 选煤技术，2016(6)：18-20，29.