布尔台选煤厂煤泥水特性的研究

邸传耕，乔军强

(神华神东煤炭集团洗选中心，陕西 神木 719315)

布尔台选煤厂煤泥水特性的研究

邸传耕，乔军强

(神华神东煤炭集团洗选中心，陕西 神木 719315)

针对布尔台选煤厂煤泥水沉降难、药剂消耗大的问题，采用XRD、激光粒度分析仪和微电泳仪研究分析了煤泥水的矿物组成、粒度组成以及颗粒表面电性。研究结果表明：煤泥主要矿物质为高岭土和蒙脱石，该类黏土矿物遇水易泥化成微米级颗粒，导致煤泥水沉降困难；块煤、末煤系统浓缩机入料中<0.045 mm粒级煤泥含量分别为45.8%、47.1%，细粒含量较高；块煤系统和末煤系统浓缩机入料的Zeta电位的绝对值均高于20 mV，颗粒间静电斥力较大，煤泥水体系较稳定，不易发生絮凝沉降。

煤泥水；粒度组成；Zeta电位；静电斥力

布尔台选煤厂是一座现代化群矿型选煤厂，设计处理能力为31.0 Mt/a。块煤、末煤系统的煤泥水分别进入各自浓缩机，浓缩机底流采用加压过滤机和板框压滤机联合回收。近年来布尔台选煤厂煤泥水中细颗粒含量逐渐上升，导致絮凝剂用量过高，煤泥压滤机过滤周期延长，滤饼水分在26%以上[1]，给选煤厂煤泥水处理带来了很大困难。造成煤泥水难沉降的主要因素有煤泥水水质状况、粘土矿物、颗粒粒度分布等[2-5]。刘亮[6]分析了煤泥中矿物组成、粒度组成、水质、浓度、粘度、煤泥量、浓缩沉降面积以及药剂制度等因素对煤泥水沉降的影响，并通过系统分析入洗原煤的矿物组成，泥化程度等方面预测出顶底板及夹矸的混入对煤泥水系统产生的影响，指出在煤泥水系统设计过程中，要全面考虑选煤厂煤质、水质对煤泥水系统可能造成的影响。谢俊彪[7]等详细分析了矿物悬浮颗粒粒度大小、矿物泥化性质、煤泥水的水质性质和系统特点等因素对沉降特性的影响，结果表明矿物悬浮颗粒粒度、矿物泥化率和选煤厂循环用水水质的硬度是影响其自然沉降的关键因素。肖宁伟[8]等对神东矿区某选煤厂难沉降的煤泥水性质进行了研究，指出粘土矿物含量高、颗粒表面电负性强是造成煤泥水难以沉降的直接原因。冯莉[9]，张明青[10]等研究了水质硬度对煤泥水中煤和高岭石颗粒分散行为的影响，当水质硬度为1.0 mmol/L,煤颗粒以及煤与高岭石颗粒之间的总作用势能曲线存在较大能垒，高岭石颗粒之间总作用势能恒为正值，因此所有颗粒在水中均不凝聚，处于分散态；当水质硬度提高为10.0 mmol/L，煤颗粒以及煤与高岭石颗粒之间总作用势能恒为负值，颗粒在水中凝聚，而高岭石颗粒之间总作用势能恒为正值，颗粒始终处于分散态。因此为了解决煤泥水的处理问题，需要对煤泥水性质进行研究分析。本文从布尔台选煤厂浓缩机入料、溢流和底流进行取样，分析了煤泥水的矿物组成、粒度组成以及颗粒的表面电性，为该厂及煤泥水的处理提供一定的参考。

1 试验部分

1.1 实验原料

在生产稳定运行过程中，分别采集一定量的布尔台选煤厂块煤、末煤系统浓缩机溢流和底流煤泥水作为试验原料，首先将煤泥水分别过滤、烘干并根据GB 474—2008《煤样的制备方法》制取试验样品。

1.2 试验方法

1.2.1 煤泥矿物组成

取适量煤样破碎至粒径<0.5 mm，并研磨到粒径<0.125 mm，把样品粉末制成平面试片。矿物分析仪器采用D/Max2500型X射线衍射仪，采用Cu靶，KA辐射，石墨弯晶单色器，X射线管电压为40 kV，电流为100 mA，用连续扫描进行定性分析，扫描速度为8°/min，采样间隔为0.010°，扫描角度为5°～85°。

1.2.2 煤泥的粒度组成

称取煤样100 g，用Microtrac S3500激光粒度分析仪对其粒度组成进行测定。

1.2.3 颗粒表面电性质

称取适量样品置于100 mL烧杯中，向烧杯中加入一定量水，并在磁力搅拌器上搅拌使试样散开，将悬浮液在超声清洗器100 W条件下分散15 min，将分散后的悬浮液静置沉降10 min后，取上清液测量Zeta电位，Zeta电位测量设备采用JS94G+微电泳仪。

2 试验结果与讨论

2.1 煤泥的矿物组成

选煤厂块煤、末煤系统浓缩机入料和底流煤样XRD扫描结果如图1所示。由图1可知，布尔台选煤厂块煤和末煤系统的煤泥水组成类似，含有的矿物质种类主要为高岭石、蒙脱石、石英、伊利石等，且高岭石和蒙脱石的峰值较高，表明煤泥中粘土颗粒含量较多。石英粒度偏粗，自身解离能力差，表面性质较稳定，对煤泥水沉降效果影响不大，高岭石、伊利石与蒙脱石等黏土矿物遇水极易泥化成微细粒颗粒，尤其是蒙脱石，由于其晶层之间主要作用力为范德华力，结合力较弱导致其遇水膨胀，产生的微米级颗粒，惯性质量较小导致其在浓缩过程中沉降困难，造成浓缩机溢流固体含量偏高。

A—有机硫化物;B—高岭土;C—石英;D—黄铁矿;E—蒙脱石;F—方解石;G—伊利石;H—长石

2.2 煤泥的粒度组成

根据GB/T477—2008 《煤炭筛分试验方法》进行煤泥筛分试验，布尔台选煤厂块煤系统和末煤系统浓缩机入料和底流粒度组成见表1-4所示。

表1 布尔台选煤厂块煤系统浓缩机入料粒度组成

表2 布尔台选煤厂末煤系统浓缩机入料粒度组成

表3 布尔台选煤厂块煤系统浓缩机底流粒度组成

表4 布尔台选煤厂末煤系统浓缩机底流粒度组成

从表1-2可以看出：各系统浓缩机入料中>0.5 mm粒级含量很低，表明主选作业分级效果良好；块煤系统浓缩机入料中<0.045 mm粒级产率高达45.8%，末煤系统浓缩机入料中<0.045 mm粒级产率达到47.1%，表明块煤、末煤系统浓缩机入料中泥化现象较严重，细粒含量较高，这是造成煤泥水难处理的主要原因。

从表3-4可以看出：布尔台选煤厂块煤系统浓缩机底流中<0.045 mm粒级产率占到了39.2%，末煤系统浓缩机底流中<0.045 mm粒级产率为30.0%，表明块煤和末煤系统产生的煤泥水经过浓缩机初步沉降后，底流中极细粒煤泥含量有所降低，煤泥水沉降取得了一定的效果；底流中粗粒级含量较高，这是由于浓缩机溢流带出了部分细粒煤泥使得粗粒级含量相对升高。

2.3 Zeta电位分析

对布尔台选煤厂的块煤系统和末煤系统的浓缩机入料、溢流和底流进行了电泳测试，测试结果如图 2-3所示。

通过图2块煤系统入料、溢流、底流颗粒在不同时刻状态图可以看出，入料颗粒移动距离较大，表明其混乱程度较大，体系稳定性较差，而溢流、底流颗粒移动距离较小，稳定性较好，稳定性排序如下：底流>溢流>入料；同理，由图3可知：末煤系统稳定性排序为：入料>溢流>底流。

从表5可以看出：块煤系统及末煤系统入料煤样的Zeta电位较高，其数值平均在20 mV以上，沉降过程中粗颗粒较为容易沉降，细颗粒由于颗粒间的静电斥力较大，不易发生颗粒凝结或凝聚现象，造成溢流水中固体含量偏高，各系统溢流水中细泥颗粒在循环水中发生积聚现象，严重影响主选作业的分选效果。

图2 块煤系统浓缩机入料、溢流和底流电泳图

图3 末煤系统浓缩机入料、溢流和底流电泳图

样品块煤系统入料块煤系统溢流块煤系统底流末煤系统入料末煤系统溢流末煤系统底流Zeta电位/mV-26.801-22.630-19.907-24.032-25.960-28.448

3 结论

对布尔台选煤厂煤泥水特性进行了研究，采用XRD分析了煤泥水的矿物组成，并对煤泥水的粒度组成以及颗粒表面电动电位进行了进一步分析，可得出以下结论：

(1)块、末煤系统产生的煤泥水中高岭石、蒙脱石等黏土矿物含量较高，而该类黏土矿物易泥化，影响了煤泥水沉降效果。

(2)该选煤厂浓缩机入料中<0.045 mm粒级含量将近50%，泥化现象严重，导致选煤厂煤泥水难以处理，药剂消耗量过高。

(3)块煤和末煤系统浓缩机入料煤样的Zeta电位数值平均高于20 mV，较高的Zeta电位数值导致颗粒之间静电斥力较高，不利于煤泥水的絮凝沉降。

(4)布尔台原煤中高岭土和蒙脱石含量较高，泥化严重导致实际生产过程中药剂消耗量大。为了有效降低Zeta电位，使细泥充分絮凝沉降，降低生产过程的药剂用量，筛选合适的絮凝剂和凝聚剂是下一步主要的研究方向。

[1] 陶亚东,赵厚增,樊玉萍,等.布尔台选煤厂煤泥水系统药剂制度优化及应用研究[J].选煤技术,2013(3):29-31.

[2] 苟 鹏,叶向德,吕永涛,等.煤泥水的水质特性及处理技术[J].工业水处理,2009,29(1):53-57.

[3] 王金生.煤泥水沉降影响因素分析[J].煤炭加工与综合利用,2015(11):56-57.

[4] 王 雷,李宏亮,彭陈亮,等.我国煤泥水沉降澄清处理技术现状及发展趋势[J].选煤技术,2013(2):82-86

[5] 林 喆,杨 超,沈正义,等.高泥化煤泥水的性质及其沉降特性[J].煤炭学报, 2010(2):312-315.

[6] 刘 亮.影响煤泥水沉降的因素分析[J].煤炭加工与综合利用,2013(S1):20-24.

[7] 谢俊彪,张明峰,祁新萍.煤泥水沉降特性的影响因素分析[J].化学工程与装备, 2015(6):196-198.

[8] 肖宁伟,张明青,曹亦俊.选煤厂难沉降煤泥水性质及特点研究[J].中国煤炭,2012,38(6):77-79.

[9] 冯 莉,刘炯天,张明青,等.煤泥水沉降特性的影响因素分析[J].中国矿业大学学报,2010, 39(5):671-675.

[10] 张明青,刘炯天,刘汉湖,等.水质硬度对煤和蒙脱石颗粒分散行为的影响[J].中国矿业大学学报, 2009,38(1):114-118.

A study on the characteristics of the slurry water at Burtai Coal Preparation Plant

DI Chuan-geng, QIAO Jun-qiang

(Coal Cleaning Center of Shenhua Shendong Coal Group, Shenmu, Shaanxi 719315, China)

Because of the difficulty for the slurry to settle down, Buertai Coal Preparation Plant is facing the problem of a high consumption of reagent. To avert the situation, analysis is made of the mineral composition, size consist and particle surface potential of coal slurry by using XRD, lazer size analyser and micro-cataphoretic apparatus. Result of study indicates that: the main mineral matters in coal slurry are kaolinite and montmorillonite which as a sort of clay substance are liable to undergo degradation in water and finally become micron size particles, making it very difficult for the slurry to settle down; the slurry water fed into the thickeners of the coarse and small coal washing system all contain a high proportion of minus 0.045mm fine materials which are 45.8% and 47.1% respectively; and the absolute values of the zeta-potential of the slurry feed to the abovementioned 2 thickeners are all over 20 mV, making the slurry system to remain in a stable state and uneasy to undergo settlement even with the aid of flocculant because of the presence of a large interparticle electrostatic expulsive force.

slurry water; size composition; Zeta-poptential; electrostatic expulsive force

1001-3517(2016)06-0021-04

TD946.2

A

2016-08-18

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.006

邸传耕(1972—)，男，汉族，黑龙江省鸡西市人，工程师，从事煤质管理工作。

E-mail:qiaoshenyou@163.com Tel:0912-8279132

邸传耕，乔军强. 布尔台选煤厂煤泥水特性的研究[J]. 选煤技术，2016(6)：21-24.