选煤厂高分子絮凝剂对水煤浆性能影响的研究

Posted 2023-01-13 速率

篇首语：研卷知古今；藏书教子孙。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了选煤厂高分子絮凝剂对水煤浆性能影响的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

原煤入洗是当前最为普遍的原煤精选或脱灰、除杂方法及今后的发展趋势，但原煤通常含有1/4左右的粉煤，选煤厂根据其入选原煤性质的不同和洗选工艺的不同，为实现“煤泥厂内回收、洗水闭路循环"的目的，大多数选煤厂都在煤泥的回收或洗水的处理作业添加一定数量的高分子絮凝剂，以加速煤泥的沉降和回收。目前最常用的絮凝剂为聚丙烯酰胺及其衍生物，如其阴离子型水解体等。这样，经过洗选和煤泥水处理后选煤厂会产生大量的煤泥，其数量大，成分复杂，销路不好，利用率低。但在利用煤泥制浆的过程中发现，有时采用相关水煤浆成浆性能评定方法评定成浆性能应该很好的煤泥，其实际的成浆浓度却较低，仅为62%～65%，其流变性变化也大。为此，考虑可能是煤泥水在浓缩、澄清过程中和煤泥的回收过程中添加的高分子絮凝剂被混杂或吸附所致。这些药剂的添加和存在对水煤浆的性能到底有无影响，影响有多大，是这些选煤厂、设计、研究单位和制浆用户所共同关心的问题。即便是采用选煤厂精煤和中煤制浆的单位和用户，对由于选煤厂添加高分子絮凝剂和采用洗水闭路循环的特点会对水煤浆的性能产生的影响如何也是十分关心和需要了解的。为此，对此方面的影响进行了比较全面和深入的研究。
1 实验部分
(1)实验样品采用望峰岗选煤厂浮选入料，其工业分析与粒度分析结果见表1。
(2)试验采用的添加剂为水煤浆实际生产中最常用的1号(固体)和2号(20%浓度的液体，密度1.2g/cm3)添加剂。使用望峰岗选煤厂实际使用的煤泥水絮凝剂———水解体聚丙烯酰胺(分子量大于800万)。水煤浆添加剂和煤泥水絮凝剂的添加量根据实际生产用量添加。
(3)将称量后的煤样、水、水煤浆添加剂、聚丙烯酰胺水溶液(0.1%)倒入烧杯，先手动搅拌使三者混合，润湿煤的表面；然后用JJ-1型定时电动搅拌器将其搅拌10min，制成水煤浆。

(4)搅拌后的水煤浆静置10min后，采用6、12、30、60r/min4个不同的转速测定其黏度。
(5)测量黏度后的水煤浆倒入试管，并用液体石蜡密封。
(6)3d后测定水煤浆的析水率(析水率=析水高度水煤浆原始高度%)；静置3d后的水煤浆，用长30cm、重49 1g的棒从水煤浆液面落下，用秒表记录玻璃棒落到试管底部所需的时间为落棒时间。
(7)目测流动性：A级为稀流体，流动连续，平滑不间断；B级为稠流体，流动较连续，流体表面不光滑；C级为借助于外力才能较好地流动；D级为泥状不成浆，不能流动。
2 结果与讨论
2.1 絮凝剂对水煤浆成浆性能的影响
从望峰岗选煤厂煤泥制备水煤浆的过程中发现，煤泥制备水煤浆的流动性较好，但其黏度较大，而且在测其流动性时发现水煤浆中有煤泥结团现象。由选煤厂的实际生产流程可知，煤泥在浓缩过程中通常加入絮凝剂聚丙烯酰胺，有时还加入凝聚剂明矾，为此试验着重考察了聚丙烯酰胺对煤泥成浆性能的影响。
试验采用1号(用量为0.4%)和2号(用量为0.6mL)2种添加剂与之配合制备浓度为68%的水煤浆，用望峰岗选煤厂实际使用的水解体聚丙烯酰胺(PHP，分子量大于800万)，其添加量根据实际生产用量确定。试验结果见表2。
试验结果表明，絮凝剂聚丙烯酰胺对水煤浆性能的影响是比较明显的，但对2种不同添加剂制备的水煤浆表现出不同的影响规律，这可能由于不同药剂间的相互影响所致。对于1号添加剂，随着聚丙烯酰胺用量的增加，水煤浆的黏度增大，析水率减小(表2)。这可能是由于聚丙烯酰胺是大分子，分子量在300万～1500万，而且含有大量亲固的活性其团，如酰胺基、羧基、羟基、胺基、腈基等，这些亲固的活性基团能强烈的吸附在固体颗粒的表面，把悬浮的固体颗粒通过长链状絮凝剂分子象架桥一样的连接起来，而形成大的絮团变得结构化，由于水煤浆的浓度比较高，这样的絮团不易沉下来，所以使得水煤浆的黏度上升，稳定性变好。但若继续增大聚丙烯酰胺用量，则水煤浆的稳定性会变坏，这在2号添加剂制备的煤泥水煤浆中也得到证实。对于2号添加剂来说，随着聚丙烯酰胺用量的增加，水煤浆的黏度有所下降，稳定性有所提高，流动性变好，当聚丙烯酰胺的用量达到一定的值时，水煤浆的黏度和析水率达到最小，然后随着聚丙烯酰胺用量的增加，黏度和析水率增大，且流动性变差。产生这种现象的原因可能是2号添加剂与聚丙烯酰胺有联合作用，当聚丙烯酰胺用量达一定的值后，由于聚丙烯酰胺的存在，其通过大分子的架桥等作用把煤泥颗粒变成大的絮团，即制浆试验中出现的结团现象，同时这种絮团中还会包裹本来就比较少的自由水，从而造成水煤浆流动性变差，黏度上升，而且由于絮团下沉速度快，对水煤浆的稳定性也造成了不利的影响。

2.2 絮凝剂对水煤浆流变性的影响
同样选用望峰岗选煤厂的浮选入料作为制浆用煤，聚丙烯酰胺絮凝剂同上，采用2号添加剂(用量为0.6mL)，制备浓度为68%的水煤浆，然后在4个不同的转速(或剪切速率)下测定含不同絮凝剂浓度的水煤浆的黏度，以进一步了解絮凝剂对水煤浆流变性的影响。试验结果见表3。
水煤浆的流变性和影响十分复杂，通常水煤浆到底属于哪一种流变类型，目前的观点不一，但多数人为了简化，往往将其当作宾汉流体看待。实际上，水煤浆的流变特性不仅与煤种、制浆工艺、粒度分布、浓度、添加剂使用类型和方式有关外，和是否添加高分子絮凝剂及其浓度应该有较密切的关联。因为许多的非牛顿流体的流变特性受体系中结构变化的影响较大。高分子絮凝剂的添加最直接的效果是在水煤浆中产生结构上的变化，导致结构化絮团的产生，从而改变水煤浆的流变性能。但是其影响程度如何正是需要实验和研究的。
从表3看出，在不同的絮凝剂浓度条件下，基本上其黏度随剪切速率的增大而减小，近似于线性关系，呈宾汉流体或屈服假塑性流体的特性。其特点在于水煤浆的初始浓度较大，必须施加一定的剪切应力后才可开始流动，即剪切速率为零时也存在一定的剪切应力，这起始的剪切应力称为屈服应力。超过这个剪切应力后，剪切应力和剪切速率间呈线性关系。随剪切速率的增大，其黏度下降。这可能是由于浆体中的结构破坏和重建有关。由高分子絮凝剂形成的絮团与流体往往形成一种空间结构物，在某一个剪切速率条件下，其浆体中的颗粒、絮团、絮凝剂分子等对应于一种随浆体的运动方向的稳定的排列，因此对应于一个相应的黏度。而初始时的排列是最无序的，因而也增加了这个剪切应力，表现其具有的不同的屈服应力。剪切速率小时，浆体中的物料和其形成的结构排列对黏度的影响较大，这表明剪切速率或剪切力小时，体现不出剪切力对其中物料或结构的重新排列使黏度产生变化的影响。
当剪切速率增加时，这种随浆体运动方向的稳定排列更加有序，表现在对应的黏度降低。但絮凝剂用量在1.5g和3.5g时，当剪切速率较低时水煤浆呈现牛顿流体的形象，即在低剪切速率的范围内其黏度不随剪切速率的变化而变，随后黏度随剪切速率的增加而减少，呈现宾汉流体或屈服假塑性流体的特性。但絮凝剂用量在1.5g时，随剪切速率的增加水煤浆黏度变化很小，近乎于牛顿流体的特性。造成这种现象的原因可能是因为在低剪切速率下，水煤浆中的物料和形成的特殊的结构体与分子的无规则热运动占优势，体现不出剪切速率对其中物料重新排列使表观的黏度变化，剪切速率达一定时，剪切定向达到最佳程度，因而也使表观的黏度不随剪切速率而变。
3 结　语
絮凝剂对煤泥水煤浆性能的影响是比较明显的，主要体现在絮凝剂在一定量范围的存在对水煤浆的稳定性是有利的，但有时会增大了水煤浆的黏度，这是不利的，要通过试验摸索。
研究还表明，有些水煤浆添加剂和煤泥配合制浆，受絮凝剂的影响较小，在一定的絮凝剂浓度范围内可以使水煤浆的性能得到较大的改善，如试验中采用的2号添加剂，所以在利用煤泥制水煤浆时应考虑絮凝剂对水煤浆性能的影响，通过广泛的试验寻找一种好的煤泥制浆用添加剂，以制备性能优良的煤泥水煤浆。