凝聚剂与絮凝剂在选煤厂煤泥水处理中应用研究

张晋任

(山西西山煤电股份有限公司西铭矿，山西 太原 030024)

1 煤泥水处理存在的问题

西铭矿选煤厂作为西铭矿的配套选煤厂，设计入洗能力210万t/年，洗选工艺采用原煤重介旋流两产品分选+粗煤泥螺旋分选+细煤泥压滤回收的工艺流程，入选原煤主要为8#和9#层煤，主要产品为电精煤。随着开采深度的增加，井下地质条件复杂，煤质变化差异大，泥质类矿物质多，遇水浸泡极易泥化，由于生产用水水质软，高灰分细泥的表面双电层静电斥力的作用显著，使它们极其均匀、稳定地悬浮在水体之中(可近似地看为胶体)。而只按常规添加高分子聚合物絮凝剂(聚丙烯酰胺)水溶液，对于这些带负电的胶体粒子作用较小。正因为高灰细泥不能沉淀，稳定悬浮并大量集聚，浓缩机溢流浓度不断增高，造成恶性循环，连锁反应，进而严重影响分选和脱介效果，增加介耗，不仅增加了生产成本，更为严重影响商品煤质量。凝聚剂作用机理图如图1所示[1]。

图1 凝聚剂作用机理图

2 凝聚剂对比添加

2.1 凝聚剂添加的作用机理

为改善煤泥水处理过程中存在的问题，西铭选煤厂通过现场调研、技术交流，有针对性地选择纳尔科凝聚剂8103进行了洗水的沉降实验，对洗水沉降效果进行分析，以期科学合理地解决现阶段煤泥水处理系统存在的问题。凝聚剂8103Plus是中等分子量，高电量阳离子液体状有机聚合物。它可以作为净水剂、凝聚剂、过滤助剂[2]。

其作用机理是带有正电荷的中等分子量的有机聚合物，加入矿浆中后，带有正电荷的凝聚剂分子链与带有负电的细泥颗粒结合，一方面中和了细泥颗粒的电性，减少其之间的相互排斥造成的悬浮，另一方面，凝聚剂分子链形成一定的架桥作用，使若干细泥颗粒结成较大的颗粒，使沉降得以加速。电性得到中和、结团的细泥在接下来的絮凝剂的更大的架桥作用下，随煤颗粒一起沉降，使浓缩机中的固体颗粒全部沉降，溢流水更加澄清[3]。

2.2 凝聚剂添加对比试验

1) 凝聚剂聚合氯化铝定量分析：用量筒量取500 mL煤泥水，聚丙烯酰胺定量3 mL，进行聚合氯化铝在不同添加量条件下的絮凝沉降实验，选取沉降速度最佳，洗水质量最好的药剂投加量，实验结果参见第218页表1所示。

参考上表可知在聚丙烯酰胺3 mL，聚合氯化铝8 mL药剂投加量时，煤泥水有最好的沉降效果，此时计算聚合氯化铝现场需求量约为75 kg/h，洗水澄清度有待改善[4]。

表1 不同添加量下絮凝沉降实验结果

2) 凝聚剂N8103定量分析：重复上述流程，用量筒量取500 mL煤泥水，进行絮凝剂(添加量3 mL)与N8103凝聚剂配合条件下不同添加量的絮凝沉降效果实验，选取沉降速度最佳，洗水质量最好的药剂投加量，实验结果参见表2所示。

表2 AL2(SO4)3,NPAM-7080配合投加与单投NPAM-7080对比实验数据一览表

由上表可知，凝聚剂N8103投加量为2 mL已经可以满足实验要求。从上述两组实验数据可知，N8103凝聚剂配合常规絮凝剂使用，沉降速度变化不大，但是洗水水质变化明显，用量约为聚合氯化铝的25%。对于较难沉降的超细粒级煤泥具有较好的沉降效果，两种药剂的配合使用可使洗水澄清度有明显改善[5]。

根据以上实验数据进行计算，N8103在现场的药剂合理需求量为15 kg/h～20 kg/h，聚合氯化铝的价格为2.9元/kg，N8103为30元/kg，N8103的价格是聚合氯化铝的10倍。若该用量应用于实际生产，在保证循环水质量方面能达到最高要求时会大幅度增加药剂处理成本。基于以上情况，我们进一步降低了阳离子凝聚剂的投加量，如表3所示实验状况。

表3 NPAM-7080取1.3 mL时投药量与出水浊度实验数据一览表(SS=74.1 g/L)

实验结论：从小实验来看，N8103在循环水净化方面较之聚合氯化铝有显著的优势，投加量方面也有明显的降低。由于实验室条件下是以取得最佳效果定性比较为依据展开，而现场应用方面，为了发挥药剂的最优效果，可能涉及加药量、加药点、药剂配置等诸多调整。

3 使用效果对比

2017年8月份，西铭矿选煤厂受原煤变化影响，洗水质量急剧恶化(日常循环水浊度<10)，在9月进行工业性试验。通过处理后的煤泥水指标如表4所示。

表4 处理后的煤泥水指标

选用的加药设备是一台柱塞泵，通过给定的频率确定药剂添加范围量，经过试验观察，我们发现，当药剂投加量增加到一定程度时，循环水质量得到了相当的改善，但是由于沉降速度和浓缩机压缩层浓度发生变化，浓缩机底流泵出现上料困难的现象，可能为选煤生产带来事故隐患，而加药泵由于精度问题，无法精确给定加药剂量。基于上述情况，我们尝试减少N8103投加量，与聚合氯化铝配合使用，观测实验数据。

经过验证，我们发现两种药剂配合使用在效果方面不存在冲突，而底流上料困难的问题也得到解决，但是大量添加聚合氯化铝对操作司机造成的劳动强度问题仍未解决。

基于第一次工业试验的经验和存在的问题，我们选用更为精确的加药设备，并尝试减少絮凝剂的投加量，单独使用N8103。经过准备，于9月中下旬进行第二次工业试验，实验选用了加药工况更为稳定且精确的可调速螺杆泵，并降低了絮凝剂的添加量约1/3，随着用药量增加，底流仍有一定程度的粘稠，但尚不至影响底流泵上料，整个实验过程较为稳定，未发生浓缩机底流过高的情况。

4 结语

针对原煤中泥质类矿物较多的情况，在煤泥水处理流程中采用凝聚剂、絮凝剂配合添加来强化细煤泥沉降的技术，在工业生产中是行之有效的。实验证明，就使用而言，通过合理的添加途径，N8103对于洗水净化具有较好的效果，并且投加量更小，投加方便，效果稳定，可以获得基本清净的溢流水，能够大幅降低现场操作人员的工作强度，从而使选煤厂在煤泥水处理指标达到技术标准。