加藥制度對(duì)煤泥水沉降效果的影響研究

賈文龍

（西山煤電西銘礦，山西 太原 030052）

0 引言

煤泥水處理是濕法選煤廠生產(chǎn)過程中必不可少的一道工藝流程。在當(dāng)前環(huán)保要求日益嚴(yán)格的條件下，洗水閉路循環(huán)已成為選煤廠正常生產(chǎn)的硬性要求。而由于當(dāng)前原煤的開采深度不斷加大，以及機(jī)械化開采的不斷推廣，原煤中煤泥含量不斷增多，尤其是懸浮能力較好的黏土類煤泥含量日益增多[1,2]，這類煤泥進(jìn)入洗選系統(tǒng)后，由于沉降效果較差，會(huì)逐漸在系統(tǒng)中累積起來，其達(dá)到一定濃度后，會(huì)明顯增加洗水粘度，對(duì)選煤設(shè)備的分選精度造成不利影響[3,4]。沉降是選煤廠煤泥水處理工藝中的一種重要手段，主要是通過添加絮凝劑及凝聚劑等方式，使煤泥沉降，并得到澄清循環(huán)水[5]。本文以山西西銘選煤廠濃縮機(jī)入料為試驗(yàn)樣品進(jìn)行絮凝沉降試驗(yàn)，通過改變加藥量及加藥方式等手段，研究最佳的煤泥水沉降藥劑制度，為選煤廠煤泥水處理效果的優(yōu)化提供試驗(yàn)參考。

1 選煤廠概況

西銘選煤廠屬于動(dòng)力煤選煤廠，主要入選貧煤，產(chǎn)品為灰分≤15%的電煤。該廠主選工藝為兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，輕重產(chǎn)物經(jīng)脫水脫介篩處理后，矸石直接落地，精煤由離心機(jī)進(jìn)一步脫水后進(jìn)產(chǎn)品倉。脫水脫介篩一段煤泥水進(jìn)合介桶，二段進(jìn)稀介桶由磁選機(jī)回收介質(zhì)。磁選尾礦經(jīng)水力分級(jí)旋流器和螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，輕重產(chǎn)物經(jīng)進(jìn)一步脫水后分別作為精煤和矸石。其中螺旋分選機(jī)選出的矸石經(jīng)分級(jí)旋流器分級(jí)后，細(xì)顆粒進(jìn)濃縮機(jī)，粗顆粒經(jīng)高頻篩脫水后成為矸石產(chǎn)品。

由于入選原煤煤質(zhì)的逐年惡化，煤中高灰細(xì)泥逐漸增多，沉降性能變差，洗水質(zhì)量惡化，個(gè)別嚴(yán)重時(shí)不得不降低帶煤量，對(duì)生產(chǎn)的正常進(jìn)行造成了不利影響。

2 樣品制備及藥劑準(zhǔn)備

本文采用山西西銘選煤廠某一正常生產(chǎn)班次中濃縮機(jī)入料為試驗(yàn)樣品。采用真空過濾機(jī)對(duì)該樣品過濾，并在105℃恒溫烘箱中烘干，裝入自封袋備用。

稱取烘干后的樣品200g進(jìn)行小篩分試驗(yàn)，得到其各粒級(jí)產(chǎn)率及灰分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

表1 試驗(yàn)樣品小篩分?jǐn)?shù)據(jù)表

如表1所示，該樣品中細(xì)粒級(jí)含量較多，其中-0.074mm粒級(jí)產(chǎn)率合計(jì)為51.13%，并且隨著粒級(jí)的減小，樣品灰分不斷增加，其中-0.045mm粒級(jí)灰分為74.91%，遠(yuǎn)高于樣品累計(jì)灰分74.09%。說明該樣品中存在較多的高灰細(xì)泥，這些細(xì)泥一般沉降效果較差，對(duì)煤泥水處理效果的好壞有明顯影響[6]。

本文在進(jìn)行沉降試驗(yàn)時(shí)主要使用選煤廠常用的兩種凝聚劑和絮凝劑，其性能指標(biāo)如表2所示。

表2 主要試驗(yàn)藥劑

分別用去離子水將兩種藥劑配制成溶液備用，其中APAM配制濃度為0.1%，PAC配制濃度為5%。

3 試驗(yàn)研究

本文使用APAM和PAC兩種選煤廠常用的絮凝沉降藥劑進(jìn)行沉降試驗(yàn)，試驗(yàn)在250mL容積的具塞量筒中進(jìn)行。各組沉降試驗(yàn)的煤泥水濃度固定為120g/L。試驗(yàn)過程中先向配制好的煤泥水中添加PAC，充分翻轉(zhuǎn)搖勻具塞量筒20s后，再加入適量APAM，翻轉(zhuǎn)搖勻10s后開始沉降，記錄不同時(shí)刻下沉降體系壓縮層體積，并繪制壓縮層體積隨沉降時(shí)間的變化曲線，當(dāng)曲線走勢越陡峭時(shí)說明沉降速率越大。沉降完畢后，觀察最終的壓縮層體積，測定上清液的透射比。改變藥劑的添加量及加入方式，比較其沉降速率、最終壓縮層體積及上清液透射比，確定最佳沉降效果時(shí)的藥劑使用制度。

3.1 PAC用量對(duì)沉降效果的影響

試驗(yàn)中固定APAM用量為100g/t，改變PAC用量分別為 100g/t，150g/t，200g/t，250g/t，300g/t，測定不同用量下的沉降速率及上清液透射比，分別繪制折線圖與柱狀圖如圖1,圖2所示。

圖1 不同PAC用量下煤泥水沉降速率變化

圖2 不同PAC用量下煤泥水沉降后上清液透射比變化

如圖1所示，PAC用量為100g/t時(shí)，沉降曲線的走勢相對(duì)平緩，最終壓縮層體積為30mL。當(dāng)PAC用量大于等于150g/t時(shí)，各條速率曲線基本重合，最終壓縮層體積均為20mL。而由圖2中可知，在PAC用量達(dá)到150g/t后，繼續(xù)增加PAC用量，上清液透射比繼續(xù)上升，最終穩(wěn)定在86—87范圍內(nèi)。綜合圖1、圖2數(shù)據(jù)可知，PAC用量的增加可在一定程度上改善煤泥水沉降效果。由PAC的作用機(jī)理可知，其可以使微細(xì)顆粒之間發(fā)生凝聚作用而結(jié)成較大的聚團(tuán)，這些聚團(tuán)更容易被絮凝劑捕獲發(fā)生沉降，有利于改善沉降效果。一方面，當(dāng)PAC用量達(dá)到150g/t后，由于已經(jīng)使足夠多的微細(xì)顆粒發(fā)生了凝聚反應(yīng)，使得剩余的微細(xì)顆粒不足以明顯影響沉降速率；此時(shí)繼續(xù)添加PAC，仍可在一定程度上對(duì)這些微細(xì)顆粒有效凝聚，從而進(jìn)一步提高沉降后上清液的透射比。但由于本樣品中微細(xì)顆粒懸浮性能較好，當(dāng)PAC用量達(dá)到200g/t后，繼續(xù)增加PAC用量也無法使剩余細(xì)顆粒有效沉降，上清液透射比趨于穩(wěn)定。綜上所述，當(dāng)PAC用量為200g/t時(shí)，可達(dá)最佳沉降效果。

3.2 APAM用量對(duì)沉降效果的影響

由3.1節(jié)試驗(yàn)結(jié)果，選定PAC用量為200g/t并固定不變。改變 APAM用量。分別為 80g/t，100g/t，120g/t，140g/t，160g/t，測定不同用量下的沉降速率及上清液透射比，分別繪制折線圖與柱狀圖如圖3，圖4所示。

圖3 不同APAM用量下煤泥水沉降速率變化

圖4 不同APAM用量下煤泥水沉降后上清液透射比變化

如圖3所示，APAM用量的變化，對(duì)于最終壓縮層體積基本沒有影響，只是在用量為80g/t時(shí)，沉降速率略慢。APAM用量達(dá)到100g/t后，其用量的增加對(duì)沉降速率基本沒有影響。但由圖4可見，隨著APAM用量增加，上清液透射比先明顯增加，隨后趨于穩(wěn)定，并有一定的降低趨勢。這說明，當(dāng)APAM用量為120g/t時(shí)，其絮凝作用達(dá)到了一個(gè)臨界值。由于絮凝劑本身的活性基團(tuán)間也始終存在自吸附作用，此時(shí)繼續(xù)添加APAM，反倒會(huì)進(jìn)一步加劇自身活性基團(tuán)間發(fā)生自吸附作用的幾率，使得作用于煤泥顆粒的絮凝作用強(qiáng)度減弱，直接導(dǎo)致沉降的總顆粒量減少，使得上清液透射比降低，惡化上清液水質(zhì)。同時(shí)，由于此時(shí)APAM已經(jīng)處于過量狀態(tài)，自相吸附的APAM會(huì)呈透明絮團(tuán)狀留存于上清液中，經(jīng)一定時(shí)間積累到一定量后，會(huì)明顯增加上清液粘度，進(jìn)一步惡化沉降效果。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)增加APAM用量增多無法進(jìn)一步改善沉降效果時(shí)，應(yīng)先恢復(fù)至原有用量，避免藥劑過量引發(fā)更大的負(fù)面作用。綜上所述，當(dāng)PAC用量為200g/t時(shí)，APAM的最佳用量為120g/t。

3.3 APAM二次加藥方式對(duì)沉降效果的影響

由3.2節(jié)試驗(yàn)結(jié)論可知，當(dāng)將APAM一次性加入到煤泥水中時(shí)，雖然沉降速率隨APAM用量的變化相差較小，但上清液透射比差距較大。并且在這種加藥方式下，上清液透射比最佳為87.5%，說明上清液中仍存在大量未沉降的顆粒。因此，本文在以PAC用量200g/t，APAM用量100g/t的條件下沉降完畢后，繼續(xù)向煤泥水中加入不同劑量的APAM，充分反轉(zhuǎn)搖勻10s后再次沉降，并測定上清液透射比，二次加藥的劑量分別為 20g/t，40g/t，60g/t，80g/t，各組試驗(yàn)后上清液透射比如圖5所示。

圖5 不同APAM補(bǔ)加用量下煤泥水沉降后上清液透射比變化

如圖5所示，隨著APAM補(bǔ)加用量的增多，上清液透射比呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，但APAM補(bǔ)加量最多時(shí)的上清液透射比仍大于單次加藥（即APAM補(bǔ)加量為0）時(shí)的上清液透射比。當(dāng)APAM補(bǔ)加量為20g/t，即APAM總用量為120g/t時(shí)，上清液透射比為93.4%，這一數(shù)值遠(yuǎn)大于圖4中APAM用量為120g/t時(shí)的透射比（87.5%）。這說明，當(dāng)APAM單次加入量為120g/t時(shí)，絮凝劑本身已經(jīng)發(fā)生了明顯的自吸附作用，在單次加藥模式下，已經(jīng)屬于藥劑過量的狀態(tài)，但由圖5中數(shù)據(jù)可知，此時(shí)其并沒有達(dá)到最佳絮凝效果。因此，在APAM用量為120g/t時(shí)，單次加藥方式一方面造成了藥劑的浪費(fèi)，另一方面也未能達(dá)到最佳的沉降效果。而二次加藥方式，是在首次加藥處于虧量狀態(tài)下的一種補(bǔ)充加藥，這一方面有利于避免過量絮凝劑之間的自吸附作用對(duì)絮凝效果的影響，另一方面也有利于操作人員根據(jù)首次加藥后的沉降效果，靈活控制二次加藥量，最大限度避免藥劑浪費(fèi)。此外，由圖5上清液透射比的變化情況也可看出，二次加藥的劑量即便過量，也可保證最終的沉降澄清效果優(yōu)于單次加藥的澄清效果，有利于循環(huán)水水質(zhì)的提高。綜上所述，當(dāng)PAC用量為200g/t，APAM首次用量100g/t，二次補(bǔ)加量40g/t時(shí)，沉降效果最佳。

4 結(jié) 論

本文以山西西銘選煤廠濃縮機(jī)入料為試驗(yàn)樣品，使用PAC和APAM作為凝聚劑和絮凝劑進(jìn)行沉降試驗(yàn)，并得到以下結(jié)論：

1）當(dāng)采用單次加藥模式時(shí)，PAC用量為200g/t，APAM用量為120g/t時(shí)，沉降效果最佳，此時(shí)上清液透射比最大值為87.5%；

2）當(dāng)采用二次加藥模式時(shí)，采用APAM首次用量100g/t，二次補(bǔ)加量40g/t時(shí)，沉降效果最佳，此時(shí)上清液透射比最大為94.0%；

3）二次加藥方式可有效減少絮凝劑本身的自吸附作用，在改善沉降效果的同時(shí)，避免藥劑浪費(fèi)，同時(shí)減少絮凝劑在水中的殘余量，最大限度避免上清液水質(zhì)惡化。