介休洗煤廠煤泥沉降特性研究

柴樹(shù)茂

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán) 介休洗煤廠，山西 介休 032000)

汾西礦業(yè)集團(tuán)介休洗煤廠是我國(guó)最早建設(shè)的選煤廠之一，主要入洗汾西礦業(yè)集團(tuán)公司所屬各礦井的原煤。該廠自投產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次技術(shù)改造，洗選工藝不斷完善，形成“預(yù)先脫泥+三產(chǎn)品重介+TBS干擾床+浮選”的聯(lián)合工藝。目前，介休洗煤廠主要入洗各資源整合礦井如正中、正旺、香源等礦井的原煤。由于不同來(lái)源的原煤性質(zhì)波動(dòng)較大，煤泥沉降特性存在明顯差異性，導(dǎo)致洗煤廠煤泥水系統(tǒng)不穩(wěn)定，制約了洗煤廠的正常生產(chǎn)。

煤泥沉降過(guò)程中，藥劑種類、用量及其添加方式等選擇均與煤泥水自身的性質(zhì)密切相關(guān)[1-3].基于對(duì)介休洗煤廠入洗香源、正中、正旺3個(gè)不同來(lái)源的煤泥特性的系統(tǒng)分析，通過(guò)調(diào)整藥劑用量及其添加方式等優(yōu)化現(xiàn)有藥劑制度，尋求適宜的煤泥水處理工藝條件，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 試樣性質(zhì)與試驗(yàn)方法

1.1 試樣性質(zhì)

試驗(yàn)樣品采自香源、正中和正旺3個(gè)資源整合礦井的煤泥，經(jīng)摻和、縮分后制成試驗(yàn)樣品，分別用于煤泥性質(zhì)測(cè)試和沉降規(guī)律試驗(yàn)研究。3種煤泥試樣的工業(yè)分析、元素分析以及粒度組成分析試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，2，3，采用XRD測(cè)試煤泥的礦物質(zhì)組成，結(jié)果見(jiàn)圖1.

表1 不同煤泥試樣的工業(yè)分析表

由表1可知，3種煤泥試樣中，香源煤泥的灰分較低，而正中和正旺煤泥的灰分較高，都在30%以上。由表2 可知，正中和正旺煤泥的O元素含量高于香源煤泥。由此可以判斷，正中和正旺煤泥與香源煤泥相比，其表面親水性較強(qiáng)，與水分子有較強(qiáng)的作用力，故沉降和脫水處理相對(duì)困難[4, 5].

表2 不同煤泥試樣的元素分析表

由表3可知，3種煤泥試樣均含有較多的-0.045 mm細(xì)泥，其中以正中煤泥的細(xì)泥含量最高，達(dá)到34.71%.分析圖1可知，煤泥礦物質(zhì)組成中含有高嶺石、蒙脫石，這些黏土類礦物遇水極易泥化，形成微細(xì)顆粒。依據(jù)斯托克斯沉降末速公式，顆粒的粒度越細(xì)，沉降速度越慢。工業(yè)實(shí)踐中往往通過(guò)添加絮凝劑/凝聚劑的方法，以增大顆粒表觀粒徑，提高其沉降速度[6-8].

表3 不同煤泥試樣的粒度組成表

圖1 不同煤泥試樣的XRD譜圖

1.2 試驗(yàn)方法

將各煤泥試樣與水配制成濃度30 g/L的懸浮液，按照GB/T 18712-2002《選煤用絮凝劑性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行沉降試驗(yàn)。將煤泥水裝入250 mL具塞量筒，雙向翻轉(zhuǎn)5個(gè)回合，充分混勻；用注射器將所需體積的藥劑溶液加入量筒中煤泥水表面，雙向翻轉(zhuǎn)5個(gè)回合使藥劑與煤泥顆粒充分作用；靜置并開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄煤泥水從量筒第一刻度(240 mL)降至某一刻度所需時(shí)間，測(cè)量?jī)煽潭乳g距離d.顆粒自由沉降速度計(jì)算公式為：

v=d/t×3.6

式中：

v—自由沉降速度，m/h；

d—顆粒沉降距離，mm；

t—沉降時(shí)間，s.

沉降10 min后，記錄量筒底部固體沉淀物的高度，同時(shí)用移液管吸取一定體積上清液，采用德國(guó)Lovibord濁度計(jì)測(cè)定其濁度。以顆粒沉降速度、上清液濁度以及固體沉淀物高度3項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)定煤泥水的沉降性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 絮凝劑單獨(dú)作用

以聚丙烯酰胺PAM為絮凝劑，對(duì)不同煤泥進(jìn)行沉降試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4.

表4 聚丙烯酰胺作用下的煤泥沉降試驗(yàn)結(jié)果表

由表4可知，添加聚丙烯酰胺PAM后，3種煤泥的沉降效果均得到明顯改善。隨PAM用量的增加，顆粒沉降速度加快，同時(shí)上清液濁度降低。需說(shuō)明的是，在選擇的PAM用量下，沉淀物體積隨藥劑用量增加呈逐漸增大趨勢(shì)，但總體變化幅度不大，故表中未列出。PAM用量為40 g/t時(shí)，香源煤泥的沉降速度達(dá)到20.16 m/h，上清液濁度77 NTU；而正旺和正中煤泥的沉降速度分別為15.44 m/h和13.17 m/h，上清液濁度均超過(guò)150 NTU.提高PAM用量至80 g/t時(shí)，正旺煤泥的顆粒沉降速度達(dá)到20.96 m/h，上清液濁度降至68 NTU；而正中煤泥的沉降效果依然較差，上清液濁度大于100 NTU.

綜上所述，相同條件下，香源煤泥的沉降性能最好，正旺煤泥居中，正中煤泥最差。對(duì)香源煤泥和正旺煤泥而言，沉降過(guò)程中添加單一藥劑PAM即可，適宜用量分別為40～60 g/t和60～80 g/t；而對(duì)正中煤泥，可能需要兩種或多種藥劑協(xié)同作用，以進(jìn)一步改善顆粒沉降效果。

2.2 絮凝劑與凝聚劑聯(lián)合作用

對(duì)于較難沉降的煤泥水體系，工業(yè)實(shí)踐中往往將絮凝劑與凝聚劑聯(lián)合使用。一般情況下，礦漿中的煤泥顆粒表面以負(fù)電荷為主，向煤泥水中加入無(wú)機(jī)電解質(zhì)類凝聚劑，可以通過(guò)電解質(zhì)在水中電離出的正電離子來(lái)中和煤泥表面的電荷，壓縮其雙電層，以降低顆粒表面ζ-電位，減小顆粒間的斥力作用，使之聚集在一起；然后，再借助高分子絮凝劑的“架橋作用”形成較大絮團(tuán)，以增大顆粒的表觀粒徑，提高顆粒沉降速度并獲取澄清的循環(huán)水[9].

基于藥劑作用機(jī)理，以聚合氯化鋁PAC為凝聚劑與聚丙烯酰胺PAM 80 g/t聯(lián)合使用時(shí)，先加PAC后加PAM，對(duì)應(yīng)的正中煤泥沉降試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖2 藥劑聯(lián)合作用對(duì)正中煤泥沉降效果的影響圖

由圖2可知，與單一藥劑PAM作用結(jié)果相比，凝聚劑PAC的加入會(huì)在一定程度上降低顆粒沉降速度，但對(duì)改善上清液濁度指標(biāo)具有明顯作用[10]，隨PAC用量的增加，上清液濁度指標(biāo)持續(xù)向好，顆粒沉降速度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，說(shuō)明凝聚劑PAC用量存在一個(gè)最佳值。此外，沉淀物體積亦隨PAC用量呈逐漸增大趨勢(shì)。沉淀物體積增大將可能影響后續(xù)的煤泥脫水效果。綜合來(lái)看，對(duì)于正中煤泥，絮凝劑PAM與凝聚劑PAC用量之比在1∶12～1∶15較為適宜。

絮凝劑與凝聚劑聯(lián)合使用，有助于提高難沉降煤泥的處理效果。但凝聚劑消耗量偏大，且兩種藥劑間存在交互作用，顆粒沉降速度和上清液濁度難以同時(shí)達(dá)到理想指標(biāo)，此時(shí)需進(jìn)一步優(yōu)化藥劑制度。

2.3 加藥方式優(yōu)化

藥劑添加方式通常分為集中加藥和分段加藥兩種。其中，分段加藥是將所需藥劑量分批或分點(diǎn)加入礦漿，能保持礦漿中藥劑濃度相對(duì)恒定，對(duì)提高難處理煤泥水的沉降分離效果有利。為進(jìn)一步提高正中煤泥的絮凝沉降效果，在凝聚劑PAC與絮凝劑PAM聯(lián)合使用的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的PAM添加方式進(jìn)行了優(yōu)化。

正中煤泥在相同藥劑用量條件下采用不同加藥方式(PAM)時(shí)的沉降曲線見(jiàn)圖3.其中，絮凝劑分段投加比例為1∶ 1，分別在PAC凝聚劑的前、后添加。

圖3 不同條件下的正中煤泥沉降曲線圖

由圖3可以看出，采用絮凝劑分段添加方式，有助于縮短煤泥顆粒的沉降時(shí)間，加快顆粒沉降速度。在PAC 1 000 g/t，PAM 80 g/t條件下，絮凝劑PAM分段按不同投加比例對(duì)正中煤泥絮凝沉降效果的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5.

表5 絮凝劑分段投加的絮凝沉降試驗(yàn)結(jié)果表

由表5可知，采用絮凝劑分段投加制度，不論哪種比例，煤泥沉降結(jié)果均優(yōu)于集中加藥方式，不僅顆粒沉降速度明顯提高，而且上清液濁度顯著降低。工業(yè)實(shí)踐中，PAM分段添加地點(diǎn)可以分別選擇在浮選機(jī)尾礦箱和濃縮機(jī)的入料口，而在管道中間某處添加PAC，加入的藥劑與煤泥顆粒間應(yīng)有一定的作用時(shí)間。需特別指出的是，在濃縮機(jī)入料口一定要有絮凝劑加入，否則顆粒沉降速度會(huì)減慢，影響煤泥水的處理效果。

3 結(jié) 論

煤泥水處理是選煤廠生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，影響因素多，處理難度大，矸石泥化嚴(yán)重時(shí)，問(wèn)題將更為突出。介休洗煤廠的煤泥來(lái)源相對(duì)復(fù)雜，針對(duì)不同的煤質(zhì)特性進(jìn)行研究，確定了不同的藥劑制度和添加方案，確保了煤泥水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1)相同條件下，香源煤泥的沉降性能最好，正旺煤泥居中，正中煤泥最差。

2)對(duì)香源煤泥和正旺煤泥而言，沉降過(guò)程中添加單一絮凝劑PAM即可，適宜用量分別為40～60 g/t和60～80 g/t.

3)對(duì)正中煤泥，需絮凝劑PAM與凝聚劑PAC聯(lián)合使用，PAM用量為80 g/t時(shí)，PAC的適宜用量為1 000～1 200 g/t，且對(duì)絮凝劑PAM采用分段添加方式，可有效改善正中煤泥的沉降效果。