凝聚剂与絮凝剂在司马矿选煤厂煤泥水处理中的应用

Posted 2023-01-12 泥水

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从煤泥水的性质出发，探讨了煤泥水中颗粒凝聚和絮凝机理，研究出凝聚剂和絮凝剂合理的加药顺序及最佳药剂量配比，达到了加速煤泥水在浓缩机中的沉降、降低溢流浓度和实现洗水闭路循环之目的。
近年来随着采煤机械化的发展与广泛应用，选煤厂洗选原煤中粉煤含量显著增加，最大可达30%～50%，高浓度、细粒含量大的煤泥水处理是目前选煤行业面临的一大难题。此部分细煤泥能否得到高效分选已涉及到选煤行业洗水平衡及生产成本。
1 煤泥水的性质
入料煤泥水基本水质特征分析见表1。

煤泥主要由粗粒和细粒组成，入料煤泥粒级及灰分分析见表2。

据表2可知大于0.125mm和小于0.045mm的煤泥产率共占76.4%，小于0.045mm占30.9%，灰分19.2%，说明细粒级灰分最高。煤泥水的主要特点是悬浮物浓度高，其中高灰细粒级煤泥含量相对较高，煤泥水浓度高、细粒级煤泥含量越多则煤泥越不易沉淀。
2 凝聚及絮凝原理
悬浮液液中加入电解质，使悬浮液失稳的现象，叫凝聚。
选煤厂的极细颗粒煤泥在水中近似地看成胶体。可引用D.L.V.O理论来分析凝聚原理。该原理认为胶体微粒之间具有范德华引力和静电斥力。即颗粒的凝聚和分散特性，是受颗粒间双电层静电能及分子作用能的支配，其总作用能为二者的代数和。
由于凝聚改变了颗粒表面的电荷性质，而产生的凝聚体小而结实。凝聚体有时易碎，但碎后又可重新凝聚，即凝聚过程属可逆过程。大量实验表明，凝聚对胶体粒子或悬浮液中的微细离子作用明显。在悬浮液中加入高分子化合物，因其具有架桥作用而使悬浮液失稳的现象，叫絮凝。
一般高分子化合物都有很长的分子链，而且链上有很多的活性基团，能和颗粒表面进行吸附，若一个分子链能同时吸附2个或者2个以上微粒，就把微粒像架桥一样连接起来，形成絮团，此作用就称架桥作用。用高分子化合物进行架桥作用时，无论悬浮液中微粒的表面电荷状况如何，只要添加的絮凝剂的分子具有颗粒表面吸附的官能团，或吸附活性，便可实现吸附。
3 最佳絮凝剂选择
针对司马矿选煤厂煤泥水的特性选择出一种经济、高效、沉速快、出水浊度低的絮凝剂。采用多种无机、有机药剂对比实验，实验结果见表3。

由表3可以看出：煤泥水处理首选聚丙烯酰胺作为最佳絮凝剂。其中NPAM-7080、NPAM-7100、APAM-6080共3种絮凝剂处理效果最好，浑液面沉速较快、出水浊度较低。在沉速方面APAM-6080、NPAM-7080、NPAM-7100相差不大，但NPAM-7080、的出水浊度最低。其价格约为13 500元/t，在三者当中相比也较为便宜，所以选用NPAM-7080作为最佳絮凝剂。而无机混凝剂可以作为助凝剂使用，对细粒煤泥的处理可以起到好的作用[4，5]。
4 无机药剂与有机药剂的配合投加顺序
确定有机、无机药剂投加顺序和适用条件，同时与单投NPAM-7080时处理的效果进行对比。
4.1 凝聚剂PAC与NPAM-7080配合投加实验
无机凝聚剂采用聚合铝(PAC)，有机药剂采用聚丙烯酰胺(NPAM-7080)。
煤泥水样浓度：SS=74.1g/L(有机药剂投药量：54.0g/t煤，无机药剂投药量：2.2kg/t煤)。对比实验结果见表4。

4.2 Al2(SO4)3与NPAM-7080分部配合投加实验
煤泥水样浓度：SS=74.1g/L(有机药剂投加量：54.0g/t煤，无机药剂投加量：2.2kg/t煤)。对比实验结果见表5。

从表4、5可知：先投加无机药剂再投加有机药剂处理效果优于先投加有机再投加无机。从而得出有机、无机药剂配合投加顺序为：无机混凝剂→有机絮凝剂。无机混凝剂与有机絮凝剂配合投加处理司马矿煤泥水与单独投加有机絮凝剂相比，其沉速略有下降，但浊度却大幅降低，从表中还可以看出无机混凝剂PAC比Al2(SO4)3效果略好，所以从降低浊度的角度考虑选用PAC或Al2(SO4)3与有机絮凝剂配合投加处理司马矿煤泥水比较有利。
5 无机混凝剂与有机絮凝剂配合投加量确定
采用对比试验形式分析，在水样浓度一定时，首先实验PAM投加量，在上清液浊度小于200NTU的情况下，首先确定出有机药剂的投加量。然后采用配合投加方式，变化无机药剂(PAC)的量而有机投加量不变化，以上清液浊度及沉速高作为衡量标准。
煤泥水浓度SS=74.1g/L，试验结果见表6及如图1所示。

从图1可以看出，当有机絮凝剂投药量为27.0g/t煤，随着无机凝聚剂的增多，浑液面沉速随之下降，浊度下降到一定程度后基本不变，继续增加投药量意义不大。
有机絮凝剂投加量为27.0g/t煤，沉速小、浊度高，说明加药量偏小，继续加大投药量实验结果见表7及如图2所示。

从图2可以看出，加大有机药剂后，沉速提高，浊度降低。当无机投药量为1.5mL，即为0.81kg/t煤，有机投药量为1.5mL，即40.5g/t煤时浑液面沉速(0.9mm/s)和出水浊度(94NTU)都比较理想。
6 结　语
司马矿选煤厂的煤泥水属于典型的高浊度水，采用絮凝沉降，只要将PAM的投加量或无机药剂投加量与煤泥水混合保持在最佳的水力条件下，浓缩机溢流沿池周均匀出流，完全可以出清水。选煤厂的清水洗煤，洗煤闭路循环是有保障的。但絮凝的处理能力一定要与产生的煤泥量相适应，即压滤机的处理能力要随着煤泥量的增加而提高。浓缩机底流的及时排放直接影响能否实现清水洗煤、洗水闭路循环，生产中应引起重视。