濟(jì)寧二號(hào)煤礦選煤廠煤泥水自然沉降影響因素分析

孫慶芳

(兗州煤業(yè)有限公司 濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧 273500)

濟(jì)寧二號(hào)煤礦選煤廠煤泥水自然沉降影響因素分析

孫慶芳

(兗州煤業(yè)有限公司 濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧 273500)

針對(duì)濟(jì)寧二號(hào)煤礦選煤廠入料量及性質(zhì)不穩(wěn)定、濃縮機(jī)溢流濃度過(guò)大等問(wèn)題，采用XRD表征手段和篩分試驗(yàn)對(duì)濃縮機(jī)入料煤泥水的性質(zhì)進(jìn)行了分析，同時(shí)在不加藥劑情況下，通過(guò)自然沉降試驗(yàn)探究影響煤泥水沉降效果的因素與影響程度。試驗(yàn)結(jié)果表明：該煤泥水較難沉降，自然沉降很難達(dá)到要求；煤泥濃度、水質(zhì)硬度、細(xì)泥含量等是影響其自然沉降的關(guān)鍵因素，其中對(duì)煤泥水自然沉降速度的影響程度順序?yàn)槊耗酀舛?細(xì)泥含量>水質(zhì)硬度>pH值，對(duì)煤泥水上清液濁度的影響的順序?yàn)樗|(zhì)硬度>煤泥濃度 >細(xì)泥含量>pH值。

煤泥水；自然沉降；影響因素；煤泥濃度；細(xì)泥含量

濕法分選是我國(guó)煤炭分選的主要分選方法，煤泥水是濕法分選的必然產(chǎn)物。煤泥水中的固體顆粒粒度分布較寬，且含有多種礦物懸浮顆粒[1]。煤泥水處理是我國(guó)濕法選煤工藝的主要環(huán)節(jié)，其處理效果的好壞關(guān)系著選煤廠的是否正常運(yùn)行，也直接影響選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益和礦區(qū)環(huán)境[2]。實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)工藝是我國(guó)對(duì)選煤廠的基本要求，其關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)煤泥水中顆粒的充分沉降。目前研究表明影響煤泥水沉降效果的因素很多，如煤泥性質(zhì)、煤泥水濃度、細(xì)泥含量、pH值、水質(zhì)硬度等[3-5]。這些因素都影響著煤泥水沉降過(guò)程，但對(duì)煤泥水沉降的影響程度缺乏分析，還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。本文以濟(jì)寧二號(hào)礦井選煤廠濃縮機(jī)入料的煤泥水為試驗(yàn)樣品，從煤泥水的組成及其性質(zhì)入手，探究在自然沉降條件下，影響煤泥水沉降特性的主要因素及其影響程度。

1 煤泥水性質(zhì)

1.1 礦物組成

試驗(yàn)采用濃縮機(jī)入料的煤泥水為原料，煤泥水過(guò)濾烘干并研磨，將粒徑小于0.0 450 mm物料用D8 ADVANCE 型X射線衍射儀做礦物組成分析。測(cè)試參數(shù)為：電壓40 kV；電流30 mA；陽(yáng)極靶材料Cu靶，K 輻射；測(cè)角儀半徑250 mm；狹縫系統(tǒng):DS(發(fā)散狹縫)， 0.6 mm；SS(防散射狹縫)，8 mm；Ni濾片濾除Cu-Kβ射線；檢測(cè)器開(kāi)口2.82°；入射側(cè)與衍射側(cè)索拉狹縫均為2.5°。采樣參數(shù)：掃描速度0.1sec/step；檢測(cè)器采用林克斯陣列探測(cè)器。其檢測(cè)結(jié)果如圖1所示，并對(duì)樣品中礦物成分進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 煤泥顆粒XRD衍射圖

通過(guò)圖1和表1分析可知：該煤泥水中黏土礦物主要有高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙脫石、伊蒙混層等，占到含量的35%以上。這類(lèi)黏土礦物在水中易碎散成細(xì)泥，影響煤泥顆粒的沉降速度，其中石英密度大，硬度高，不易泥化，對(duì)煤泥水的沉降性能影響較小。方解石、白云石密度和硬度較大，在水中部分溶解，產(chǎn)生Ca2+、Mg2+等離子，增加水的硬度，有利于煤泥顆粒的沉降，同時(shí)黃鐵礦與空氣接觸后會(huì)產(chǎn)生游離酸與碳酸鹽，產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽類(lèi)增加了水的硬度，也有利于煤泥顆粒的沉降[6]。

1.2 礦物粒度組成

取200g干煤泥進(jìn)行濕篩，試驗(yàn)按照GB/T 477—2008《煤炭篩分試驗(yàn)方法》，結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 入料煤泥水粒度組成

由表2可知：該煤泥水中小于0.045 mm粒級(jí)細(xì)泥含量為74%，根據(jù)自然沉降的原理斯托克斯公式，即顆粒的沉降速度與顆粒的粒徑平方成正比，該煤泥水較難沉降。但在實(shí)際情況下，影響煤泥沉降過(guò)程的因素很多，包括煤泥性質(zhì)、藥劑制度、分選條件等。藥劑對(duì)沉降的影響已被廣泛認(rèn)知，因而該沉降試驗(yàn)主要探究在自然沉降條件下影響煤泥沉降的因素。

2 沉降試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)可知在煤泥性質(zhì)確定的條件下，對(duì)煤泥水沉降效果產(chǎn)生影響的因素主要有煤泥濃度[7-8]、煤中細(xì)泥含量(<0.045 mm粒級(jí)含量)、水的硬度[9]、pH值[10-11]。通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件spss對(duì)上述因素進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)煤泥水自然沉降效果做定量的研究，確定各因素對(duì)煤泥水沉降效果影響的主次順序，從而為該選煤廠煤泥水處理提供指導(dǎo)方向。

2.1 試驗(yàn)樣品

采用濟(jì)寧二號(hào)井煤泥水烘干后<0.045 mm粒級(jí)煤作為試驗(yàn)樣品，根據(jù)試驗(yàn)需要取適量的篩上物和篩下物進(jìn)行混合，采用去離子水和當(dāng)?shù)厮旌系姆绞秸{(diào)節(jié)水質(zhì)硬度，用分析純的HCl和NaOH調(diào)節(jié)pH值至設(shè)定值。

2.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)影響煤泥水沉降的因素主要有固體含量、細(xì)泥含量、水質(zhì)硬度、pH值等因素。其中選煤廠濃縮機(jī)入料的固體含量一般在40～120 g/L，細(xì)泥含量在40%～80%，煤泥水pH值范圍在5～9之間，水質(zhì)硬度在2～20德國(guó)度。在每個(gè)因素的范圍內(nèi)取5個(gè)水平，即4因素5水平，根據(jù)spss軟件設(shè)計(jì)的正交表進(jìn)行試驗(yàn)。將配好的煤泥水混合均勻并靜置，記錄煤泥從450沉降到350所用的時(shí)間，即沉速，5 min后取上層清液測(cè)量濁度。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行4因素5水平正交試驗(yàn)，煤泥沉降試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。其中沉降速度采用在相同的沉降距離中所用的時(shí)間來(lái)表示。利用spss軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，其中對(duì)沉降速度和濁度影響因素分析結(jié)果見(jiàn)表4和表5。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 沉降速度影響因素的分析

從表4分析可知：根據(jù)F值和顯著性概率的比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各因素對(duì)煤泥水自然沉降影響程度中，煤泥水濃度的影響最為顯著，其中pH值對(duì)煤泥水自然沉降效果影響的概率為0.506>0.05，基本無(wú)影響。對(duì)煤泥水自然沉降速度的影響程度由大到小的順序是：煤泥濃度>細(xì)泥含量>水質(zhì)硬度>pH值。

在煤泥水的自然沉降過(guò)程中，煤泥水濃度對(duì)煤泥沉降速率的影響最大，且隨著濃度的增大，沉速不斷下降，細(xì)泥含量的影響也較為顯著，即隨著細(xì)泥含量的增大，沉速下降；水質(zhì)硬度即Ca2+、Mg2+的含量越多，對(duì)沉降越有利；pH值主要影響煤泥和藥劑的作用，在不加藥劑時(shí)，pH值影響不大。

表5 濁度影響因素的分析

試驗(yàn)時(shí)由于所用的濁度儀測(cè)量范圍較小，測(cè)量時(shí)取上層清液3 mL然后稀釋到15 mL再進(jìn)行測(cè)量，因而濁度的測(cè)量誤差較大，顯著性概率值取0.1來(lái)進(jìn)行比較。由表5的分析可知，水質(zhì)硬度和煤泥濃度對(duì)濁度的影響較為顯著，細(xì)泥含量也有一定的影響，pH值在不加藥劑的情況下對(duì)濁度的影響不大。各因素對(duì)煤泥水上清液濁度的影響程度由大到小的順序是：水質(zhì)硬度>煤泥濃度 >細(xì)泥含量>pH值。

在煤泥水的自然沉降試驗(yàn)中，水質(zhì)硬度對(duì)濁度的影響最為顯著，主要是由于水中存在Ca2+、Mg2+離子，它們吸附在煤粒表面改變了煤粒表面的性質(zhì)，增加了細(xì)粒礦物之間的吸附作用，具有一定的凝聚效果，大大改善了上清液的濁度，通常隨著硬度的增大，濁度越來(lái)越??；煤泥濃度對(duì)煤泥水上清液濁度有一定的影響，表現(xiàn)為煤泥濃度越高，上清液越渾濁；pH值在自然沉降時(shí)對(duì)濁度的影響最小。

4 結(jié)論

濟(jì)寧二號(hào)煤礦選煤廠的煤泥水存在濃度較高、細(xì)泥含量高、自然沉降速度慢、溢流濃度達(dá)不到要求的問(wèn)題。XRD分析發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)采用的煤泥水中含有大量的黏土類(lèi)礦物，通過(guò)對(duì)煤泥水自然沉降影響因素的探究表明，煤泥水濃度和細(xì)泥含量是影響煤泥沉降速度主要因素，其次是水質(zhì)硬度，pH值基本對(duì)煤泥水的自然沉降無(wú)影響?；诿耗嗨撵o態(tài)沉降研究，沒(méi)有考慮到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中的其他影響因素，存在一定的局限性，還需要進(jìn)一步的完善。

[1] 謝俊彪，張明峰，祁新萍.煤泥水沉降特性的影響因素分析[J].化學(xué)工程與裝備，2015(6)：196-198.

[2] 王少會(huì)．選煤廠煤泥水處理的應(yīng)用分析[J].中國(guó)礦業(yè)，2004( 5) ：56-57.

[3] 林 喆，楊 超，沈正義，等.高泥化煤泥水的性質(zhì)及其沉降特性[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，35(2)：312-315.

[4] 原豐貞，劉炯天.對(duì)晉城礦區(qū)煤泥水處理系統(tǒng)原則工藝流程的探討[J].煤炭技術(shù)，2003，22(4)：66-69.

[5] 馮 莉，劉炯天，張明青，等. 煤泥水沉降特性的影響因素分析[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(9)：671-675.

[6] 亓 欣.黏土礦物對(duì)煤泥水處理的影響研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2011.

[7] 謝廣元.選礦學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[8] 王光輝，陳 雪，匡亞莉，等.基于模型體系的煤泥水絮凝沉降過(guò)程研究[J].煤炭工程，2012(2)：92-94.

[9] 張明青.煤泥水凝聚沉降機(jī)理及體系耗散結(jié)構(gòu)特征研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.

[10] QIU Y W, WANG Z D, ZHANG Z B, et al. A study on electrophoretic properties of suspended particles in Zhujiang Estuary [J]. Tropic Oceanology, 1994(4):48-54.

[11] LIU X T . Study on the Electrophoretic P roperties of Suspended Particles in Natural Waters [D]. Qingdao:Ocean University of Qingdao,1990.

Analysis of the factors affecting the free settling of slurry at Jining No.2 Mine Coal Preparation Plant

SUN Qing-fang

(Jining No.2 Coal Mine Yanzhou coal Mining Co., Ltd, Jining, Shandong 273500, China)

The trouble with Jining No.2 Mine Coal Preparation Plant is that it treats an unstable raw coal feed which varies both in rate and property and the thickener overflow is high in density. An analysis is made in the paper of the property of the thickeners feed slurry through X-ray diffraction and screen analysis. Meanwhile, test is made to determine the factors affecting the natural settling of slurry and the extent of the influence exerted by each of the factors in the absence of any coagulant aid. Test result indicates that: it is very hard for the slurry to undergo natural settling, hence, making it possible to meet expected result in this manner; slurry density, water hardness and content of fine clay are the key factors affecting the free settling of slurry; and the settling rate influencing factors are sequentially slurry density > content of fine clay > water hardness > pH value in terms of their degree of influence while those affecting the turbidity of supernatural are water hardness > slurry density > pH value in order of importance.

slurry water; free settling; influencing factor; slurry density; content of fine clay

1001-3571(2016)06-0018-03

TD946.2

A

2016-10-27

10.16447/j.cnki.cpt.2016.06.005

孫慶芳(1988—)，女，山東省濟(jì)寧市人，助理工程師，從事煤炭重介旋流器分選工作。

E-mail：sunqingfang0625@163.com Tel：15254728061

孫慶芳.濟(jì)寧二號(hào)煤礦選煤廠煤泥水自然沉降影響因素分析[J]. 選煤技術(shù)，2016(6)：18-20，29.