煤泥水絮凝沉降影响因素试验研究

闫汾涛

(山西焦煤西山煤电集团 西曲选煤厂，山西 古交 030200)

煤炭洗选过程中形成微细颗粒组成的悬浮液，若直接排放既浪费了大量的水资源，也对环境产生了极大的危害。因此煤泥循环水的高效利用成为煤炭洗选工艺中关键的问题。本文从西山西曲矿选煤厂浓缩池入料入手，针对现场浓缩池沉降效果不好、用药量大等问题，通过改变絮凝剂的种类、用量以及加药方式进行沉降试验，结合实际生产指标制定完善的浓缩药剂制度，为煤泥水车间优化提供了参考。

1 样品制备及药剂准备

1.1 样品制备及表征

本文所使用煤样来自西山西曲矿选煤厂浓缩池入料，浓缩池入料主要来自浮选尾煤。将现场采样所得浓缩池入料经过脱水、75℃下烘干后得到煤样样品。

1.1.1 工业分析

对煤样进行工业分析，试验结果见表1。如表1所示， 该煤样灰分为61.29%，挥发分和固定碳含量分别为11.34%和8.68%，含量较少，并且煤样含有较高无机矿物成分。

表1 样品工业分析

1.1.2 粒度分析

对煤样进行激光粒度检测，试验结果见图1。如图1所示，煤样中细粒煤含量较多，其中-0.074 mm粒径的样品达到90%以上，平均粒径为35 μm。

图1 样品粒度分布

1.1.3 矿物组成分析

对煤样进行X射线衍射仪检测，试验结果见图2。如图2所示，在XRD图谱中高岭石、蒙脱石、石英、方解石的特征衍射峰强度很高，说明该样品中无机矿物含量较高，与工业分析结果相印证。

图2 样品XRD图谱

1.2 药剂准备

根据该选煤厂现场煤泥水车间药剂制度，本文所用絮凝剂聚丙烯酰胺(分子量均为1 800万)。

2 试验研究

本试验主要是在实验室模拟选煤厂实际浓缩-压滤环节，通过改变絮凝剂种类、用量以及加药方式进行絮凝沉降试验，对试验结果进行分析，并结合抽滤效果研究出最佳药剂制度。

2.1 煤泥水样品制备

根据现场采样检验结果，制备煤泥水浓度均为5 g/L。使用电子天平称取2.5 g按照上文方法所制煤样放置于500 mL烧杯中，加入500 mL自来水使用螺旋搅拌器搅拌30 min左右，使其搅拌均匀制备出5 g/L的煤泥水悬浮液样品。

2.2 絮凝剂种类、用量对絮凝沉降试验影响效果

本试验主要是探索阳离子、阴离子、非离子型絮凝剂使用量对煤泥水沉降效果的影响，三种絮凝剂浓度均为0.1%.

2.2.1 试验步骤

1) 将上文制备好的煤泥水样品倒入500 mL沉降管，使用胶头滴管加入一定量絮凝剂，盖上管塞。

2) 左手扶住管底，右手按住管塞，使沉降管上下翻转10个来回，结束后放置到平整桌面静置，开始计时。

3) 分别在1 min、5 min、10 min、20 min、30 min、50 min时对沉降管内上清液进行取样，使用可见分光光度仪进行透射比测定(与去离子水对比)。

4) 选择沉降效果最好的一组药剂沉降管中煤泥水进行抽滤试验，对滤饼进行水分测定。

2.2.2 试验结果及分析

1) 阳离子型絮凝剂。如图3所示，阳离子型聚丙烯酰胺的加入使煤泥沉降的速率增加，上清液透射比明显增大。随着时间的增加，煤泥水上清液透射比先增大，在10 min时基本趋于平缓，10 min以后煤泥水上清液透射比也有所增加，但增加幅度过小；随着药剂使用量的增加，煤泥水上清液透射比出现先增大后减小的趋势，药剂量为300 g/t时沉降效果最佳。

2) 阴离子型絮凝剂。如图4所示，阴离子型聚丙烯酰胺的加入使煤泥沉降的速率增加，上清液透射比明显增大。随着时间的增加，煤泥水上清液透射比先增大，在20 min时基本趋于平缓，20 min以后煤泥水上清液透射比也有所增加，但增加幅度过小；随着药剂使用量的增加，煤泥水上清液透射比出现先增大后减小的趋势，药剂量为300 g/t时沉降效果最佳。

图3 阳离子型聚丙烯酰胺沉降试验结果

图4 阴离子型聚丙烯酰胺沉降试验结果

3) 非离子型絮凝剂。如图5所示，非离子型聚丙烯酰胺的加入使煤泥水沉降效果并没有其他两种药剂明显，药剂量为500 g/t时沉降效果最佳。

综合比较三种药剂的试验结果，其中阳离子型和阴离子型聚丙烯酰胺的使用能够明显地改善煤泥水沉降效果，使得煤泥水上清液透射比最佳分别为88%、83%，而非离子型聚丙烯酰胺的使用并没有明显的效果。聚丙烯酰胺具有较长的线性长度，能够使煤泥水悬浮液中较远的胶粒进行吸附、架桥、相互搭接，形成颗粒较大的絮团，从而加快沉降效果；随着聚丙烯酰胺的用量增大，煤泥水中胶体之间“架桥网捕”作用越大，从而沉降效果越好；但聚丙烯酰胺达到一定用量时，上清液透射比不再发生明显变化，过多的药剂量会导致形成的絮团个体过大，从而降低药剂分子链上的活性集团，影响沉降效果[1-3]。三种离子型聚丙烯酰胺药剂的使用对沉降效果影响排序：阳离子型>阴离子型>非离子型。

图5 非离子型聚丙烯酰胺沉降试验结果

4) 抽滤试验结果及分析。根据上述沉降试验结果，选择加入阳离子型聚丙烯酰胺的沉降试验煤泥水进行抽滤试验，试验结果见表2。如表2所示，随着阳离子型聚丙烯酰胺使用量的增大，沉降后抽滤时间有所减少，因为药剂使用量的增加导致抽滤过后滤饼水分也有所增大。抽滤试验中，阳离子型聚丙烯酰胺的加入量为200 g/t和300 g/t时，抽滤时间差别不大，但滤饼水分存在较大差别。根据厂区实际生产情况对煤泥滤饼水分的要求，结合经济因素综合考虑，选用阳离子型聚丙烯酰胺药剂，使用量为200 g/t。

表2 抽滤试验结果

2.3 加药方式对絮凝沉降试验影响效果

2.3.1 试验步骤

1) 将上文制备好的煤泥水样品倒入500 mL沉降管，使用胶头滴管加入一定量阳离子型聚丙烯酰胺，盖上管塞。

2) 左手扶住管底，右手按住管塞，使沉降管上下翻转3个来回，结束后放置到平整桌面静置，打开管塞加入一定量阳离子型聚丙烯酰胺，盖上管塞，使用上述方法翻转10个来回，开始计时。

3) 在10 min时对沉降管内上清液进行取样，使用可见分光光度仪进行透射比测定(与去离子水对比)。

2.3.2 试验结果及分析

不同加药方式试验结果见表3。二次加药方式能够加强沉降效果，使上清液透射比明显增加，其中以第一次加入80 g/t，第二次加入120 g/t效果最好。

表3 二次加药试验结果

絮凝剂的添加方式对沉降效果有着显著影响，厂区实际加药方式是在浓缩池上方直接加入药剂，药剂与煤泥混合并不均匀，导致沉降效果不好，大多数情况下现场会通过药剂加入量而达到理想效果，造成药剂的大量损失，从而降低经济效益。通过现场观察与测量，选择在浓缩池前的缓冲桶和浓缩池走桥处进行二次加药，保证煤泥与药剂能够充分混匀，发挥更好的絮凝效果。

3 结 语

1) 三种絮凝剂对沉降效果影响为：阳离子型>阴离子型>非离子型。沉降试验中沉降效果最佳药剂用量为300 g/t。结合厂区实际生产情况对煤泥滤饼水分的要求以及经济因素综合考虑，选用阳离子型聚丙烯酰胺药剂，使用量为200 g/t。

2) 二次加药能够明显优化沉降效果，最佳药剂制度为：添加阳离子絮凝剂，使用80 g/t+120 g/t二次加药方法，能够使煤泥水上清液透射比达到88%，洗水浓度保持在10 g/L以下。