不同性质煤泥水的絮凝沉降试验研究

Posted 2023-01-12 泥水

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为了探讨不同性质煤泥水沉降规律，文章选用没有经过浮选的张家口盛源煤矿选煤厂煤泥及孙村煤矿选煤厂浮选尾煤作为研究对象，在实验室进行了不同浓度煤泥水在不同絮凝剂用量条件下的沉降试验研究。研究结果发现，盛源煤泥水沉降以重力沉降为主，絮凝剂用量对沉降效果影响较小；而孙村煤泥水以絮凝沉降为主，絮凝剂用量对沉降效果有较大影响。
中国图书分类号：TD946.2+1　　文献标识码：A
煤泥水处理历来是选煤厂生产技术管理的难点，为了完善煤泥水处理系统，多年来选煤科技工作者对煤泥水处理工艺和方法进行了大量研究工作。但煤泥是一种多分散的复杂体系，由不同密度、不同粒度及不同岩相组分构成，而且各地区选煤用水的水质也不同，所以，煤泥水性质差异很大，无法规范一种固定模式的煤泥水处理及澄清技术，因此，各选煤厂必须根据各自煤泥水的特点来寻求适宜的煤泥水澄清方法[1，2]。此外，随着采煤机械化程度的不断提高，入选原煤中细粒煤所占的比例越来越大，给煤泥水处理带来了许多困难，大多数选煤厂煤泥水处理系统都或多或少地存在一些问题，而煤泥水系统的运行好坏是直接影响选煤厂能否实现清水选煤的关键因素。
煤泥水絮凝的基本原理是通过向煤泥水中加入各种絮凝剂，使分散颗粒与溶解态絮凝剂间产生固-液相间的化学吸附、电中和脱稳以及粘结架桥作用，同时在流体力学作用下进行强化脱稳、颗粒间碰撞结合，从而形成大的絮团颗粒而迅速沉降，达到加速煤泥水澄清的目的。文章将以张家口盛源煤矿选煤厂煤泥和孙村煤矿选煤厂煤泥为研究对象，进行煤泥水沉降试验研究分析，以探讨不同性质煤泥水絮凝沉降规律。
1 煤泥水沉降试验研究
1.1 试验样品分析
本次试验选用了张家口盛源煤矿选煤厂浮选前煤泥(简称盛源煤泥)及新汶矿业集团孙村煤矿选煤厂浮选尾矿煤泥(简称孙村煤泥)，两种煤泥粒度组成分析见表1。从表1中可以看出，盛源煤泥灰分为16.63%，由于该煤泥没有经过浮选，煤泥中含有大量的精煤，而且煤泥粒度相对较粗，>0.2mm粒级产率为40.9%，灰分为10.5%；而孙村煤泥灰分较高，为43.39%，特别是<0.077mm粒级产率为49.96%，灰分为50.33%，这说明该煤泥中含有细泥质较多。

1.2 试验方法
用实验室自来水将煤泥配制成不同浓度的煤泥水，考察不同浓度煤泥水在相同药剂量下煤泥沉降规律，以及煤泥水浓度相同、药剂量不同情况下的煤泥沉降规律。
絮凝剂选用选煤厂常用的聚丙烯酰胺(分子量大于300万)及硫酸铝，药剂配制浓度分别为0.1%及10%，添加时按每升煤泥水用多少毫升絮凝剂溶液计算。将配制好的煤泥水搅拌均匀后，取出1L装入量筒中，加入絮凝剂溶液再混合均匀，静置计时，观察煤泥水变化情况，并用浊度仪测定沉降1min后50mm处上清液的浊度。
2 试验结果与讨论
探索试验发现孙村煤泥水只添加聚丙烯酰胺即可得到较理想的效果，而盛源煤泥水单独加入聚丙烯酰胺无明显沉降效果，必须加入硫酸铝及聚丙烯酰胺两种药剂才有明显沉降，且在加入浓度10%硫酸铝溶液3mL时沉降效果较好。因此，试验结果中盛源煤泥水是加入3mL硫酸铝溶液后的聚丙烯酰胺用量。
表2为加药1min后不同浓度煤泥水在不同药剂用量情况下的上清液高度及其浊度。图1、图2分别为不同浓度孙村煤泥水及盛源煤泥水沉降曲线，图3、图4分别为不同絮凝剂用量下盛源煤泥水和孙村煤泥水的沉降曲线。

2.1 煤泥水浓度对沉降效果的影响
从表2可以看出，煤泥水浓度对不同性质的煤泥水沉降影响规律是不同的。
在相同加药量的情况下，高浓度的盛源煤泥水上清液浊度低。煤泥水浓度对盛源煤泥水沉降影响不大，如加药量为6mL/L时，上清液浊度分别为5.5、3、6、1.3NTU；从图2还可看出，不同浓度盛源煤泥水沉降速度也很接近。由此可说明，盛源煤泥粒度较粗，煤泥沉降以自身重力沉降为主，絮凝剂量较小时，就可发生沉降，药剂用量并不是随煤泥量变化而变化。

而孙村煤泥水由于细泥较多，煤泥水沉降需要絮凝剂形成“架桥"作用，因此需要药剂量较大，特别是浓度较高时。从表2中可以看出，浓度为20g/L的孙村煤泥水在药剂量4mL/L时上清液浊度最低为40NTU，而浓度80g/L孙村煤泥水要在药剂量16mL/L时才达到48NTU。从图1可以看出，煤泥浓度对孙村煤泥水沉降速度影响较大，浓度低沉降速度快，浓度高沉降速度慢。
2.2 絮凝剂用量对沉降效果的影响
从表2可以看出，药剂用量对煤泥水上清液浊度影响规律基本相同，絮凝剂用量有最佳点。盛源煤泥水浓度为40g/L时，絮凝剂用量为6mL/L，上清液浊度最低，为3NTU，絮凝剂用量低于或高于此值时，上清液浊度都增高；孙村煤泥水浓度为40g/L时，絮凝剂用量为10mL/L，上清液浊度最低，为22NTU。
从图3、图4可以看出，煤泥水浓度相同时，随絮凝剂用量加大，煤泥沉降速度加快，但当超过某一极限用量时，煤泥沉降速度变慢。如絮凝剂用量为8mL/L时，盛源煤泥水沉降速度最快，用量为12mL/L时，煤泥沉降速度变慢，当絮凝剂用量超过20mL/L时，煤泥水无明显沉降效果。孙村煤泥水在絮凝剂用量为10mL/L时，煤泥沉降速度最快，而用量为12mL/L时，煤泥水沉降速度变慢。由此可以说明，絮凝剂在煤泥颗粒吸附时，达到饱和吸附最好，不饱和或过饱和时都会影响煤泥沉降的速度。
3 结论
(1)在水质相同情况下，煤泥粒度组成对煤泥水絮凝沉降有较大影响。粒度粗，重力沉降起主要作用，絮凝剂用量对煤泥沉降速度影响较小；煤泥粒度细，泥质含量较大时，絮凝沉降起主要作用，絮凝剂用量对煤泥沉降速度影响较大。
(2)不同性质煤泥水沉降规律是不同的，煤泥水中高价金属离子含量少时，应加一定的高价金属盐，以形成“架桥"作用；而对于细泥含量高，且其中就有高价金属离子溶出时，则只需加入高分子絮凝剂就可使煤泥沉降。
(3)不同性质煤泥水沉降时，絮凝剂用量不是完全与干煤泥量成比例，应进行煤泥水沉降试验来确定絮凝剂用量，特别是采用絮凝剂自动添加系统的选煤厂，必须做煤泥水沉降试验，以确定絮凝剂用量与浓度或煤泥量的关系，以保证加药的及时性及合理性。