选煤厂煤泥水沉降试验及其影响因素分析

赵瑜

（山西省晋神能源有限公司 沙坪洗煤厂，山西 沂州 036500）

0 引 言

选煤厂煤泥水的处理是选煤生产过程中的重要环节，如果煤泥水沉降速度过慢，不仅影响直接经济效益，甚至可能导致洗选系统故障。目前多数选煤厂采用添加凝聚溶剂来实现加速煤泥水沉降的目的，但每个选煤厂洗选系统、洗选原煤不完全相同，因此进行沉降试验，并对影响因素进行分析显得尤为重要，这不仅可以提高资源利用率，还可以提高经济效益[1-3]。

1 概 况

沙坪选煤厂始建于2006年，原设计洗选能力60万t/a，因原设计的原煤处理能力已不能满足生产、销售需要，于2019年底，经技术改造后，年处理能力达到120万t，为湿式分选法选煤厂。随着技改后洗选能力的提升，煤泥水的处理量也随之变大，选煤厂洗选过程中，煤泥含有的大量无机物、煤颗粒等进入洗选系统，由于许多泥化颗粒属于微米级，在洗选过程中很难沉降，且颗粒物直径越小，其沉降速度越慢[4-6]，不仅制约了选煤厂的洗选能力，也影响了原煤的煤质提高及销售。该选煤厂入池煤泥量较大，-0.5 mm粒径含量经测定达到55%，选煤厂精煤生产等级要求为10级炼焦，经技改后，灰分浮选效果已满足要求，选煤厂采用3台斜管对煤泥水进行沉降，实际生产过程中，经常出现斜管煤泥水外溢的情况，平均浓度达到39 g/L，严重影响了选煤厂的洗选生产。

2 煤泥水沉降试验

2.1 试验材料的选取

选用该选煤厂洗选系统入料为试验对象，并将系统入料混合均匀后，进行缩分烘焙处理，选用阳离子为60～70的聚丙烯酰胺[7]。

2.2 试验方法

（1）分析煤泥水沉降。

选用200 mL该选煤厂洗选系统煤泥水、0.3 mL的浓度1.0 g/L絮凝试剂，分析煤泥水pH值、所含矿物质含量对煤泥水的沉降影响程度[8-9]。

（2）分析煤泥水含有的矿物成分。

采用X射线荧光光谱探测方法，分析粒径处理为0.115 mm的烘焙煤泥样本。

（3）分析煤泥水的水质。

采用电导法、测定pH法、测定离子色谱方法，对该选煤厂洗选系统循环水样、系统补加水样进行分析。

（3）分析煤泥水中煤泥的密度。

按照国标GB/T478—2008要求，分别对100 g、200 g烘焙煤泥进行密度分析。

（4）分析煤泥水中煤泥的粒度。

按照国标GB/T477—2008要求，分别对100 g、200 g烘焙煤泥进行粒度分析。

3 试验结果分析

3.1 煤泥水沉降

（1）pH影响分析。

通过对煤泥水中不同pH值所对应的浑浊度、沉降速度的试验测定[10]，得出了以下规律，如图1所示。

图1 不同pH值下煤泥水沉降分析Fig.1 Settlement analysis of coal slurry under different pH values

pH值在酸性范围内（pH值在7以下），煤泥水的浑浊程度、初始沉降速度，随着pH的增大而变大，在碱性范围内（pH值在7以上），煤泥水的浑浊程度、初始沉降速度，随着pH的增大减小，且浑浊程度与初始沉降速度变化速度均比酸性范围的变化速度大[1-3]，这是因为酸性条件下，煤泥中赋存有大量的H+离子，其于煤泥中负电荷结合为沉淀物，易于煤泥的沉淀，在碱性条件下，煤泥中H+离子含量减少，煤泥中的负电荷不能形成沉淀物，互相排斥严重，多成悬浮状态，沉淀较少，因此，要保证沉淀池中pH值为酸性或中性，才可以便于煤泥沉淀。

（2）矿物质含量影响分析。

通过对煤泥水中不同含量矿物质对应的浑浊度、沉降速度的试验测定[11-12]，得出以下规律，如图2所示。

图2 不同矿物含量下煤泥水沉降分析Fig.2 Settlement analysis of coal slurry under different mineral contents

随着煤泥水中矿物含量的增多，其浑浊程度增大，矿物含量在3g/L以下时，浑浊程度增量较大，在3g/L以上时，浑浊程度增量变缓；随着煤泥水中矿物含量的增多，初始沉降速度变小，矿物含量在2g/L以下时，初始沉降速度增量较大，在2g/L以上时，初始沉降速度增量变缓。整体来看，随着煤泥水种中矿物含量的增多，其浑浊程度增大，初始沉降速度降低，矿物含量越大，越浑浊、越难沉降，说明矿物含量的增多严重影响煤泥水的沉降。

3.2 煤泥水矿物成分分析

采用X射线荧光光谱对煤泥水中含有的矿物进行探测，并采用High score进行数据分析[13]，如图3所示。

图3 煤泥水矿物成分分析Fig.3 Mineral composition analysis of coal slurry

经测定，该选煤厂煤泥中所含的主要矿物有勃姆石、高岭石、硝酸锶铅、蒙脱石、石英、钛磁铁矿、磁铁矿、石膏、堇青石。以上所有矿物质中，高岭石含量最多，该矿物质在水中容易泥化，会赋存大量负电荷，再结合pH值影响因素可知，该情况将致使煤泥水沉降困难。

3.3 煤泥水水质分分析

采用电导法、测定pH法、测定离子色谱方法对煤泥水水质进行分析[14]（表1）。

表1 煤泥水的水质分析Table 1 Water quality analysis of coal slurry

煤泥水中主要含有Ca2+、Na+、K+、Mg2+等8种离子，水质硬度为补水1＞循环水＞补水2，这是因为补水1中，Ca2+、Na+、K+、Mg2+离子含量均较循环水、补水2大；电导率为补水1＞循环水＞补水2，这是因为补水1中金属离子含量最大，循环水次之，补水2相对最少；补水1、补水2、循环水的pH值，三者相差不大，这是因为在洗选过程中凝聚溶剂的加入，致使部分金属离子发生水解作用。

3.4 煤泥密度分析

按照国标GB/T478-2008要求，分别对100 g、200 g烘焙煤泥进行密度分析（表2）。

表2 煤泥水的密度分析Table 2 Density analysis of coal slurry

由表2可知，煤泥中密度小于1.3 g/cm3的，水分、灰分均较低；煤泥中密度在1.3 g/cm3～1.8 g/cm3的，随着密度等级升高，产率增大、水分变大、灰分也变大，说明煤泥中无机物含量增高；煤泥中密度大于1.8 g/cm3的，水分、灰分均较高。

3.5 煤泥粒度分析

按照国标GB/T477-2008要求，分别对100 g、200 g烘焙煤泥进行粒度进行分析（表3）。

表3 煤泥水的粒度分析Table 3 Particle size analysis of coal slurry

由表3可知，煤泥粒度大于0.5 mm时，产率为68.79%；煤泥粒度小于0.045 mm时，产率为3.83%，表明煤泥水中的颗粒物越细，越难沉降，产率越低；反之，越易沉降，产率越高[15]。

4 结 论

（1）选煤厂洗选过程中，pH值为酸性或中性时，可以使煤泥中赋存大量的H+离子，负电荷较易结合为沉淀物，有利于煤泥的快速沉淀。

（2）煤泥水中矿物含量在2 g/L以下时，初始沉降速度增量较大，在2 g/L以上时，初始沉降速度增量变缓。

（3）煤泥密度在1.3 g/cm3以下时，水分、灰分均较低，有利于煤泥的快速沉淀。

（4）煤泥粒度越大，越有利于煤泥的快速沉淀。