介休洗煤厂煤泥沉降特性研究

柴树茂

(山西焦煤汾西矿业集团 介休洗煤厂，山西 介休 032000)

汾西矿业集团介休洗煤厂是我国最早建设的选煤厂之一，主要入洗汾西矿业集团公司所属各矿井的原煤。该厂自投产以来，经过多次技术改造，洗选工艺不断完善，形成“预先脱泥+三产品重介+TBS干扰床+浮选”的联合工艺。目前，介休洗煤厂主要入洗各资源整合矿井如正中、正旺、香源等矿井的原煤。由于不同来源的原煤性质波动较大，煤泥沉降特性存在明显差异性，导致洗煤厂煤泥水系统不稳定，制约了洗煤厂的正常生产。

煤泥沉降过程中，药剂种类、用量及其添加方式等选择均与煤泥水自身的性质密切相关[1-3].基于对介休洗煤厂入洗香源、正中、正旺3个不同来源的煤泥特性的系统分析，通过调整药剂用量及其添加方式等优化现有药剂制度，寻求适宜的煤泥水处理工艺条件，以保证系统平稳运行。

1 试样性质与试验方法

1.1 试样性质

试验样品采自香源、正中和正旺3个资源整合矿井的煤泥，经掺和、缩分后制成试验样品，分别用于煤泥性质测试和沉降规律试验研究。3种煤泥试样的工业分析、元素分析以及粒度组成分析试验结果见表1，2，3，采用XRD测试煤泥的矿物质组成，结果见图1.

表1 不同煤泥试样的工业分析表

由表1可知，3种煤泥试样中，香源煤泥的灰分较低，而正中和正旺煤泥的灰分较高，都在30%以上。由表2 可知，正中和正旺煤泥的O元素含量高于香源煤泥。由此可以判断，正中和正旺煤泥与香源煤泥相比，其表面亲水性较强，与水分子有较强的作用力，故沉降和脱水处理相对困难[4, 5].

表2 不同煤泥试样的元素分析表

由表3可知，3种煤泥试样均含有较多的-0.045 mm细泥，其中以正中煤泥的细泥含量最高，达到34.71%.分析图1可知，煤泥矿物质组成中含有高岭石、蒙脱石，这些黏土类矿物遇水极易泥化，形成微细颗粒。依据斯托克斯沉降末速公式，颗粒的粒度越细，沉降速度越慢。工业实践中往往通过添加絮凝剂/凝聚剂的方法，以增大颗粒表观粒径，提高其沉降速度[6-8].

表3 不同煤泥试样的粒度组成表

图1 不同煤泥试样的XRD谱图

1.2 试验方法

将各煤泥试样与水配制成浓度30 g/L的悬浮液，按照GB/T 18712-2002《选煤用絮凝剂性能试验方法》进行沉降试验。将煤泥水装入250 mL具塞量筒，双向翻转5个回合，充分混匀；用注射器将所需体积的药剂溶液加入量筒中煤泥水表面，双向翻转5个回合使药剂与煤泥颗粒充分作用；静置并开始计时，记录煤泥水从量筒第一刻度(240 mL)降至某一刻度所需时间，测量两刻度间距离d.颗粒自由沉降速度计算公式为：

v=d/t×3.6

式中：

v—自由沉降速度，m/h；

d—颗粒沉降距离，mm；

t—沉降时间，s.

沉降10 min后，记录量筒底部固体沉淀物的高度，同时用移液管吸取一定体积上清液，采用德国Lovibord浊度计测定其浊度。以颗粒沉降速度、上清液浊度以及固体沉淀物高度3项指标综合评定煤泥水的沉降性能。

2 结果与讨论

2.1 絮凝剂单独作用

以聚丙烯酰胺PAM为絮凝剂，对不同煤泥进行沉降试验，结果见表4.

表4 聚丙烯酰胺作用下的煤泥沉降试验结果表

由表4可知，添加聚丙烯酰胺PAM后，3种煤泥的沉降效果均得到明显改善。随PAM用量的增加，颗粒沉降速度加快，同时上清液浊度降低。需说明的是，在选择的PAM用量下，沉淀物体积随药剂用量增加呈逐渐增大趋势，但总体变化幅度不大，故表中未列出。PAM用量为40 g/t时，香源煤泥的沉降速度达到20.16 m/h，上清液浊度77 NTU；而正旺和正中煤泥的沉降速度分别为15.44 m/h和13.17 m/h，上清液浊度均超过150 NTU.提高PAM用量至80 g/t时，正旺煤泥的颗粒沉降速度达到20.96 m/h，上清液浊度降至68 NTU；而正中煤泥的沉降效果依然较差，上清液浊度大于100 NTU.

综上所述，相同条件下，香源煤泥的沉降性能最好，正旺煤泥居中，正中煤泥最差。对香源煤泥和正旺煤泥而言，沉降过程中添加单一药剂PAM即可，适宜用量分别为40～60 g/t和60～80 g/t；而对正中煤泥，可能需要两种或多种药剂协同作用，以进一步改善颗粒沉降效果。

2.2 絮凝剂与凝聚剂联合作用

对于较难沉降的煤泥水体系，工业实践中往往将絮凝剂与凝聚剂联合使用。一般情况下，矿浆中的煤泥颗粒表面以负电荷为主，向煤泥水中加入无机电解质类凝聚剂，可以通过电解质在水中电离出的正电离子来中和煤泥表面的电荷，压缩其双电层，以降低颗粒表面ζ-电位，减小颗粒间的斥力作用，使之聚集在一起；然后，再借助高分子絮凝剂的“架桥作用”形成较大絮团，以增大颗粒的表观粒径，提高颗粒沉降速度并获取澄清的循环水[9].

基于药剂作用机理，以聚合氯化铝PAC为凝聚剂与聚丙烯酰胺PAM 80 g/t联合使用时，先加PAC后加PAM，对应的正中煤泥沉降试验结果见图2.

图2 药剂联合作用对正中煤泥沉降效果的影响图

由图2可知，与单一药剂PAM作用结果相比，凝聚剂PAC的加入会在一定程度上降低颗粒沉降速度，但对改善上清液浊度指标具有明显作用[10]，随PAC用量的增加，上清液浊度指标持续向好，颗粒沉降速度呈现先增加后减小的趋势，说明凝聚剂PAC用量存在一个最佳值。此外，沉淀物体积亦随PAC用量呈逐渐增大趋势。沉淀物体积增大将可能影响后续的煤泥脱水效果。综合来看，对于正中煤泥，絮凝剂PAM与凝聚剂PAC用量之比在1∶12～1∶15较为适宜。

絮凝剂与凝聚剂联合使用，有助于提高难沉降煤泥的处理效果。但凝聚剂消耗量偏大，且两种药剂间存在交互作用，颗粒沉降速度和上清液浊度难以同时达到理想指标，此时需进一步优化药剂制度。

2.3 加药方式优化

药剂添加方式通常分为集中加药和分段加药两种。其中，分段加药是将所需药剂量分批或分点加入矿浆，能保持矿浆中药剂浓度相对恒定，对提高难处理煤泥水的沉降分离效果有利。为进一步提高正中煤泥的絮凝沉降效果，在凝聚剂PAC与絮凝剂PAM联合使用的基础上，对其中的PAM添加方式进行了优化。

正中煤泥在相同药剂用量条件下采用不同加药方式(PAM)时的沉降曲线见图3.其中，絮凝剂分段投加比例为1∶ 1，分别在PAC凝聚剂的前、后添加。

图3 不同条件下的正中煤泥沉降曲线图

由图3可以看出，采用絮凝剂分段添加方式，有助于缩短煤泥颗粒的沉降时间，加快颗粒沉降速度。在PAC 1 000 g/t，PAM 80 g/t条件下，絮凝剂PAM分段按不同投加比例对正中煤泥絮凝沉降效果的影响试验结果见表5.

表5 絮凝剂分段投加的絮凝沉降试验结果表

由表5可知，采用絮凝剂分段投加制度，不论哪种比例，煤泥沉降结果均优于集中加药方式，不仅颗粒沉降速度明显提高，而且上清液浊度显著降低。工业实践中，PAM分段添加地点可以分别选择在浮选机尾矿箱和浓缩机的入料口，而在管道中间某处添加PAC，加入的药剂与煤泥颗粒间应有一定的作用时间。需特别指出的是，在浓缩机入料口一定要有絮凝剂加入，否则颗粒沉降速度会减慢，影响煤泥水的处理效果。

3 结 论

煤泥水处理是选煤厂生产的关键环节，影响因素多，处理难度大，矸石泥化严重时，问题将更为突出。介休洗煤厂的煤泥来源相对复杂，针对不同的煤质特性进行研究，确定了不同的药剂制度和添加方案，确保了煤泥水系统的稳定运行。

1)相同条件下，香源煤泥的沉降性能最好，正旺煤泥居中，正中煤泥最差。

2)对香源煤泥和正旺煤泥而言，沉降过程中添加单一絮凝剂PAM即可，适宜用量分别为40～60 g/t和60～80 g/t.

3)对正中煤泥，需絮凝剂PAM与凝聚剂PAC联合使用，PAM用量为80 g/t时，PAC的适宜用量为1 000～1 200 g/t，且对絮凝剂PAM采用分段添加方式，可有效改善正中煤泥的沉降效果。