煤泥水絮凝沉降性能影響因素試驗(yàn)探究

鄧越 王慧 姚明剛

摘 要：煤泥水絮凝沉降性能影響因素試驗(yàn)需要從上清液濁度和沉降面兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，期間利用正交試驗(yàn)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在明確黏土類型、煤變質(zhì)程度、pH值、水質(zhì)硬度和絮凝劑添加量的影響同時(shí)，還需要對(duì)影響原因和干擾因素深入論述，才能確保煤泥水絮凝沉降工作的開(kāi)展?jié)M足可持續(xù)要求。本文基于絮凝沉降性能影響因素試驗(yàn)展開(kāi)分析，在明確絮凝沉降試驗(yàn)流程和影響結(jié)果同時(shí)，期望能夠?yàn)楹罄m(xù)水質(zhì)循環(huán)體系的構(gòu)建提供良好參照。

關(guān)鍵詞：煤泥水；絮凝沉降；性能影響因素；試驗(yàn)分析

煤泥水澄清是煤炭濕法分選體系中較為重要的處理環(huán)節(jié)，若煤泥水沉降性能差，不但會(huì)導(dǎo)致影響澄清效果，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致分選系統(tǒng)癱瘓，對(duì)相關(guān)企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。故而，在針對(duì)煤泥水絮凝沉降性能展開(kāi)試驗(yàn)期間，必須針對(duì)影響因素細(xì)致分析，才能確保后續(xù)工作具備制度完善的條件。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析

本試驗(yàn)采用專業(yè)的因素分析軟件，以便試驗(yàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容、曲線擬合、數(shù)模建立等信息能被有效識(shí)別。另外，在論述影響因素期間，根據(jù)上清液濁度與沉降面高度指標(biāo)，從較為常見(jiàn)的黏土類型、煤變質(zhì)程度、pH值、水質(zhì)硬度和絮凝劑添加量五個(gè)方面分析，在確定常規(guī)煤泥水pH值范圍同時(shí)，針對(duì)相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析，以確保溶液狀況與絮凝試驗(yàn)結(jié)果形成對(duì)比，從而更為明顯的識(shí)別出內(nèi)容偏差。

2 試驗(yàn)流程分析

首先將新鮮煤樣烘干，并碾碎至粒徑3mm以下，而后再通過(guò)棒磨，將樣品內(nèi)離子水篩出，得到粒徑小于0.036mm的顆粒試驗(yàn)品。之后與四氯化碳、苯與三溴甲烷組成混合溶液，經(jīng)由沉浮試驗(yàn)得出不同煤樣。在分級(jí)后將樣品置于60°C烘干箱中放置3h，最后再置于真空干燥器中留作備用。期間，需通過(guò)激光粒度儀分別分析不同煤樣的平均粒徑。

試驗(yàn)選用蒙脫石需進(jìn)行磨細(xì)提純，在蒸餾水分級(jí)后，確保平均粒徑小于10μm。其中，高嶺石樣品可作為化學(xué)純，平均粒徑為10μm，在利用分析純將離子水調(diào)節(jié)至特定硬度時(shí)，需要通過(guò)酸堿樣品對(duì)溶液的pH值進(jìn)行細(xì)致調(diào)試，而后再將黏土、煤樣品融入溶液內(nèi)充分?jǐn)嚢瑁ㄈ莺笤偬砑庸潭康男跄齽?，進(jìn)行二次攪拌，待定容沉降時(shí)間滿足10min，再分別測(cè)量清液濁度與溶液沉降面的高度參數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 煤變質(zhì)與黏土類型對(duì)沉降性能的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，煤變質(zhì)程度對(duì)絮凝沉降中煤泥水沉降性能沒(méi)有影響。依據(jù)相關(guān)理論研究表明：煤的變質(zhì)程度越高，表面疏水性越強(qiáng)，疏水吸引勢(shì)能越大，因此煤顆粒在水中越容易凝聚沉降，所形成煤泥水易澄清。這是在不添加絮凝劑的前提下煤顆粒之間的作用規(guī)律，本研究結(jié)果表明在絮凝沉降過(guò)程中煤變質(zhì)程度對(duì)煤泥水沉降性能沒(méi)有影響，這可能是由于高分子絮凝劑的吸附架橋等作用強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了煤顆粒之間的相互作用所造成的。

另外，從試驗(yàn)中可以得知，黏土類型在沉降液面高度和清液濁度方面，影響較為明顯，其中含蒙脫石的煤泥水有較高的沉降量和較低的清液濁度數(shù)值。根據(jù)相關(guān)理論可知，水中蒙脫石比高嶺石有更強(qiáng)的負(fù)電荷，在聚丙烯酰胺水解過(guò)程中產(chǎn)生了大量負(fù)電荷基團(tuán)，根據(jù)相同電荷排斥的原理，溶液空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性自然被提升。而高嶺石因?yàn)殡姾闪枯^少，在絮凝過(guò)程中不具備明顯效果，僅有極少顆粒懸浮在上清液中。

3.2 水質(zhì)硬度與PH值對(duì)性能的影響

從試驗(yàn)結(jié)果和方差分析來(lái)看，pH值對(duì)沉降面高度影響顯著，pH值越大，沉降面越高；對(duì)上清液濁度沒(méi)有影響。

pH值對(duì)絮凝效果的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是膠體粒子的表面電位，二是聚丙烯酰胺上的基團(tuán)水解。煤和粘土顆粒都荷負(fù)電，pH值越大，顆粒表面負(fù)電性越強(qiáng)，顆粒與陰離子型聚丙烯酰胺表面基團(tuán)的吸引力就越弱，所以從顆粒角度講，pH值越大越不利于煤泥水澄清。但從聚丙烯酰肢表面基團(tuán)來(lái)看，在酸性條件下，部分水解的-COO-基變成了-COOH，降低了水解度，使得絮凝效果降低，因此堿性條件更利于煤泥水澄清。對(duì)于含粘土的煤泥水，特別是含蒙脫石的煤泥水，其中顆粒即使被高分子架橋，顆粒之間還有較強(qiáng)的相互排斥作用，pH值越大，排斥作用越強(qiáng)，沉降面高度越大。

水質(zhì)硬度對(duì)絮凝效果的影響也表現(xiàn)在兩個(gè)方面。某項(xiàng)試驗(yàn)研究了鈣離子對(duì)聚丙烯酰胺絮凝無(wú)機(jī)顆粒效果的影響，結(jié)果表明雖然鈣離子和聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)上的羥基生成難溶性物質(zhì)不利于絮凝沉降，但鈣離子濃度更有利于顆粒間凝聚，因此總體表現(xiàn)為有利于混凝效果。部分專家也認(rèn)為鈣離子是PHP和帶負(fù)電的顆粒之間的橋而有利于顆粒之間的絮凝。從研究結(jié)果看，在本試驗(yàn)因素取值范圍內(nèi)，水質(zhì)硬度對(duì)兩個(gè)指標(biāo)都有影響，但不顯著。表現(xiàn)為提高水質(zhì)硬度有利于降低上清液濁度和沉降面高度。

對(duì)于富含蒙脫石的煤泥水，由于其大量的表面負(fù)電荷使聚丙烯酰胺只有架橋作用而沒(méi)有絮凝作用，由此可以推斷，如果通過(guò)提高水質(zhì)硬度來(lái)降低顆粒表面電荷至一定水平必然會(huì)發(fā)生絮凝作用，該硬度水平一定要大于本試驗(yàn)硬度范圍。

3.3 絮凝劑添加量對(duì)沉降性能的影響

按照常識(shí)來(lái)說(shuō)，絮凝效果與絮凝劑的用量有直接關(guān)系，但在絮凝劑用量達(dá)到一定飽和度時(shí)，便會(huì)促使絮凝物轉(zhuǎn)換回質(zhì)量穩(wěn)定的膠體。如此絮凝效果自然下降。所以，在試驗(yàn)期間，導(dǎo)致了絮凝劑添加量越多，沉降面越高且上清液濁度越小的狀況，而針對(duì)絮凝劑添加量的判定，需要擬定有效的審查指標(biāo)，才能確保試驗(yàn)落實(shí)有效。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析可發(fā)現(xiàn)，以上五種因素在試驗(yàn)期間均不存在因素交互狀況，因此因素之間的影響符合線性方程計(jì)算的要求，這樣也就為絮凝工作提供了可計(jì)算的前提。而從以上影響因素的嚴(yán)重性來(lái)看，首先難澄清煤泥水必須要確定其中含有的黏土類型，而后在選擇對(duì)應(yīng)澄清處理方法，才能有效提高絮凝處理速度。例如，若黏土類型為高嶺石，則可以直接添加絮凝劑，因?yàn)閷?duì)此種黏土類型對(duì)絮凝影響較小，但若是蒙脫石，則應(yīng)當(dāng)降低其離子電性，才能添加絮凝劑，避免造成絮凝材料的浪費(fèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤泥水中絮凝沉降性能影響因素的有效鑒別，不但能夠確保在后續(xù)煤炭濕法分選體系構(gòu)建中，有效降低對(duì)分選系統(tǒng)癱瘓的概率，從而保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)成本穩(wěn)定，同時(shí)更可以優(yōu)化現(xiàn)階段的煤炭濕法分選工藝，以便企業(yè)煤炭回收具備可持續(xù)的優(yōu)勢(shì)。故而，在論述煤泥水絮凝沉降性能影響因素試驗(yàn)的過(guò)程中，必須針對(duì)試驗(yàn)流程細(xì)致分析，才能確保煤泥水絮凝沉降性能有效提升。

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