余吾煤业选煤厂煤泥水沉降规律的研究

王亚健 赵 翔 徐宏祥

（1山西潞安集团余吾煤业有限责任公司 山西长治 064100 2中国矿业大学（北京） 化学与环境工程学院 北京 100083）

引言

煤泥水沉降困难与浓缩后煤泥压滤困难是影响整个选煤系统正常生产的关键[1]。煤泥水是一种多相、多分散的复杂体系，混杂有大量煤粉和泥土，且含有多种矿物的悬浮颗粒，而且煤泥水中颗粒粒度分布宽，是整个选煤生产系统中最关键、最复杂、生产成本最高、直接经济收益最小（有时甚至会是负效益）的环节[2]。煤泥水沉降不好，会导致悬浮颗粒浓度过高，影响主选的分选精度和稳定性；煤泥压滤脱水不畅会导致大量煤泥在浓缩机中堆积，耙压升高，都会影响选煤厂正常生产甚至导致系统瘫痪。因此，煤泥水高效沉降与高浓度煤泥水压滤脱水作为保障选煤厂的正常生产和实现洗水闭路循环的决定性环节，对选煤厂的正常生产与提高经济效益，提高环境生态保护有重要意义[3-5]。

1 煤泥水来源及性质

1.1 实验药品和仪器

实验仪器：X射线荧光光谱仪、激光粒度分析仪、离子色谱仪、红外快速干燥箱、磁力搅拌器、浊度计以及滴定管、吸耳球等玻璃辅助仪器。实验药品：CaCl2（氯化钙；分析纯）、MgCl2（氯化镁；分析纯）、EDTA（分析纯）、指示剂铬黑T、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺。

浮选尾矿上清液采自余吾选煤厂正常运行时水样。采用ICS-1100型离子色谱仪测定浮选尾矿自然沉降后的上清液中阴、阳离子含量；采用滴定法测定上述水样的总硬度。测试结果如表1所示。

表1 浮选尾矿上清液离子含量及总硬度

通过对余吾煤泥水的探索分析，得到其主要的水样的离子含量如表1所示。通过前面电导率的测量可知，余吾煤泥水的电导率较高，这说明其中含有的导电离子较多，但多为一价的钠离子和负离子，高价离子很少。且从水质硬度来看属于软水类型。对于颗粒沉降而言，高价离子更加有利于压缩带电颗粒表面的双电层。根据长期的煤泥水澄清处理研究表明，煤和细泥表面带有负电荷，而加入高价的阳离子可有助于降低带电颗粒表面的静电斥力，从而更有利于颗粒相互吸引增加颗粒粒度而实现沉降。对于低价离子含量较多的余吾煤泥水质，导致了其电导率高而硬度低，因此沉降效果差的现状。

1.2 煤泥水性质分析

取2000 ml浮选尾煤水样，过滤，烘干后称重，计算水样固体浓度为10.67 g/L。烘干后煤样进行灰分、粒度组成和矿物组成测定。采用粒度分析仪进行粒度分析，每个样品测试三次，取平均值作为最终结果，利用X射线荧光光谱仪进行矿物组成分析。浮选尾煤灰分为59.76%。

通过粒度分析可以看出，浮选尾煤中+11 μm占总粒级的66.36%。经过X射线煤泥水中除煤含量40.800%以外含量最多的是硅铝酸盐，其中SiO2含量30.480%，Al2O3含量为18.340%，剩余主要为一些矿物单质，包括 Sr、Mn、Ba、P、Cl、S，合计含量不超过2%，上下的矿物盐类大概在10%左右，说明在余吾煤泥水中主要还是硅酸盐类含量较多，与测试的灰分结果呈正相关。

2 实验部分

2.1 不同凝聚剂对于煤泥水沉降的影响

为确定最佳的凝聚剂种类，对现场采集的煤泥水进行絮凝沉降试验。由于沉降时间快，煤泥水浓度低，用拍照时间记录沉降效果的好坏。

取浮选尾煤水样于500 ml具塞量筒中，各加入4mL凝聚剂以后，上下翻转量筒，随后分别加入2mL现场PAM，上下翻转量筒。静置5 min后，测定上清液浊度。试验结果如图1所示。

图1 不同凝聚剂对于煤泥水沉降的影响

实验结果表明：当现场PAM用量均为2mL时，使用凝聚剂为现场PAC时，煤泥水沉降后上清液浊度为95.8NTU；凝聚剂为MgCl2时，上清液浊度为263NTU；凝聚剂是CaCl2时，上清液浊度为223NTU。可知在相同条件下，使用现场PAC作为凝聚剂时，煤泥水沉降后上清液浊度最低。

2.2 凝聚剂用量对于煤泥水沉降的影响

保持现场PAM浓度与用量不变，改变凝聚剂现场PAM的用量，进行煤泥水沉降试验，沉降5min后，测量上清液浊度，以确定现场PAC最佳用量。试验结果如图2所示。

图2 凝聚剂用量对于煤泥水沉降的影响

从图2可知，在絮凝剂用量为2mL时，上清液浊度随着现场PAC的用量增加呈现先降低后上升的趋势，在凝聚剂用量为3mL是浊度最低，为52NTU，效果最好。浊度的变化趋势主要是由于当现场PAC用量超过3mL时，煤泥水中Al3+数量过多，中和了悬浮固体颗粒表面的负电荷，产生了反向性吸附，颗粒表面表现出正电性所造成的。

2.3 絮凝剂种类对于煤泥水沉降的影响

取浮选尾煤水样于500 ml具塞量筒中，加入3mL浓度为1%现场PAC后，上下翻转量筒，随后加入3mL浓度为0.5‰的现场PAM和FOCUS，上下翻转量筒。静置5 min后，测定上清液浊度。为增加试验准确度，进行三组平行试验。

在相同条件下测得加入现场PAM时的上清液浊度分别为52.0、51.4和52.6NTU，而加入絮凝剂FOCUS时，上清液浊度也明显降低，分别为57.5、58.3和58.1NTU。从平行试验结果可以看出在相同条件下，使用中的两种絮凝剂都能有效的降低上清液浊度，浊度最低分别能够达到51.4NTU和57.5NTU，所以在这一类煤泥水中，采用现场PAM效果最好，上清液浊度最低。

2.4 现场PAM用量对于煤泥水沉降的影响

实验确定了最佳的药剂组合为现场药剂组合，即现场PAC与现场PAM的组合，同时已确定凝聚剂现场PAC的最佳用量为3mL，故保持实验条件和凝聚剂用量3ml不变，确定絮凝剂现场PAM用量。实验结果如图3所示：

图3 絮凝剂用量对于煤泥水沉降的影响

从图3看出，在凝聚剂用量不变的情况下，改变絮凝剂的用量，上清液的浊度呈现先降低后升高的趋势，在絮凝剂用量为2mL是达到最低，为49.0NTU。所以确定对于试验中的煤泥水，沉降效果最好的药剂组合及用量为3mL现场PAC和2mL现场PAM。

结语

（1）余吾选煤厂煤泥水具有粒度细、灰分高，泥质矿物含量高等特点，因此很难沉降。需要通过凝聚剂与絮凝剂的共同作用才能实现煤泥水的固液分离。

（2）当煤泥水浓度为5.67g/L时，进行煤泥沉降试验，针对不同的凝聚剂，现场PAC，MgCl2和CaCl2；不同的絮凝剂，现场PAM和FOCUS，其中最佳的药剂组合为现场PAC和现场PAM两种药剂的配合，现场PAC以及现场PAM最优组合为60g/m3、2g/m3，即10.58kg/t干煤泥和350g/t干煤泥。此时效果最好，能够使得上清液浊度最低。