張晉任

(山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030024)

1 煤泥水處理存在的問(wèn)題

西銘礦選煤廠作為西銘礦的配套選煤廠，設(shè)計(jì)入洗能力210萬(wàn)t/年，洗選工藝采用原煤重介旋流兩產(chǎn)品分選+粗煤泥螺旋分選+細(xì)煤泥壓濾回收的工藝流程，入選原煤主要為8#和9#層煤，主要產(chǎn)品為電精煤。隨著開(kāi)采深度的增加，井下地質(zhì)條件復(fù)雜，煤質(zhì)變化差異大，泥質(zhì)類(lèi)礦物質(zhì)多，遇水浸泡極易泥化，由于生產(chǎn)用水水質(zhì)軟，高灰分細(xì)泥的表面雙電層靜電斥力的作用顯著，使它們極其均勻、穩(wěn)定地懸浮在水體之中(可近似地看為膠體)。而只按常規(guī)添加高分子聚合物絮凝劑(聚丙烯酰胺)水溶液，對(duì)于這些帶負(fù)電的膠體粒子作用較小。正因?yàn)楦呋壹?xì)泥不能沉淀，穩(wěn)定懸浮并大量集聚，濃縮機(jī)溢流濃度不斷增高，造成惡性循環(huán)，連鎖反應(yīng)，進(jìn)而嚴(yán)重影響分選和脫介效果，增加介耗，不僅增加了生產(chǎn)成本，更為嚴(yán)重影響商品煤質(zhì)量。凝聚劑作用機(jī)理圖如圖1所示[1]。

圖1 凝聚劑作用機(jī)理圖

2 凝聚劑對(duì)比添加

2.1 凝聚劑添加的作用機(jī)理

為改善煤泥水處理過(guò)程中存在的問(wèn)題，西銘選煤廠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、技術(shù)交流，有針對(duì)性地選擇納爾科凝聚劑8103進(jìn)行了洗水的沉降實(shí)驗(yàn)，對(duì)洗水沉降效果進(jìn)行分析，以期科學(xué)合理地解決現(xiàn)階段煤泥水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題。凝聚劑8103Plus是中等分子量，高電量陽(yáng)離子液體狀有機(jī)聚合物。它可以作為凈水劑、凝聚劑、過(guò)濾助劑[2]。

其作用機(jī)理是帶有正電荷的中等分子量的有機(jī)聚合物，加入礦漿中后，帶有正電荷的凝聚劑分子鏈與帶有負(fù)電的細(xì)泥顆粒結(jié)合，一方面中和了細(xì)泥顆粒的電性，減少其之間的相互排斥造成的懸浮，另一方面，凝聚劑分子鏈形成一定的架橋作用，使若干細(xì)泥顆粒結(jié)成較大的顆粒，使沉降得以加速。電性得到中和、結(jié)團(tuán)的細(xì)泥在接下來(lái)的絮凝劑的更大的架橋作用下，隨煤顆粒一起沉降，使?jié)饪s機(jī)中的固體顆粒全部沉降，溢流水更加澄清[3]。

2.2 凝聚劑添加對(duì)比試驗(yàn)

1) 凝聚劑聚合氯化鋁定量分析：用量筒量取500 mL煤泥水，聚丙烯酰胺定量3 mL，進(jìn)行聚合氯化鋁在不同添加量條件下的絮凝沉降實(shí)驗(yàn)，選取沉降速度最佳，洗水質(zhì)量最好的藥劑投加量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)第218頁(yè)表1所示。

參考上表可知在聚丙烯酰胺3 mL，聚合氯化鋁8 mL藥劑投加量時(shí)，煤泥水有最好的沉降效果，此時(shí)計(jì)算聚合氯化鋁現(xiàn)場(chǎng)需求量約為75 kg/h，洗水澄清度有待改善[4]。

表1 不同添加量下絮凝沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2) 凝聚劑N8103定量分析：重復(fù)上述流程，用量筒量取500 mL煤泥水，進(jìn)行絮凝劑(添加量3 mL)與N8103凝聚劑配合條件下不同添加量的絮凝沉降效果實(shí)驗(yàn)，選取沉降速度最佳，洗水質(zhì)量最好的藥劑投加量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見(jiàn)表2所示。

表2 AL2(SO4)3,NPAM-7080配合投加與單投NPAM-7080對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表

由上表可知，凝聚劑N8103投加量為2 mL已經(jīng)可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。從上述兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，N8103凝聚劑配合常規(guī)絮凝劑使用，沉降速度變化不大，但是洗水水質(zhì)變化明顯，用量約為聚合氯化鋁的25%。對(duì)于較難沉降的超細(xì)粒級(jí)煤泥具有較好的沉降效果，兩種藥劑的配合使用可使洗水澄清度有明顯改善[5]。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，N8103在現(xiàn)場(chǎng)的藥劑合理需求量為15 kg/h～20 kg/h，聚合氯化鋁的價(jià)格為2.9元/kg，N8103為30元/kg，N8103的價(jià)格是聚合氯化鋁的10倍。若該用量應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，在保證循環(huán)水質(zhì)量方面能達(dá)到最高要求時(shí)會(huì)大幅度增加藥劑處理成本?；谝陨锨闆r，我們進(jìn)一步降低了陽(yáng)離子凝聚劑的投加量，如表3所示實(shí)驗(yàn)狀況。

表3 NPAM-7080取1.3 mL時(shí)投藥量與出水濁度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表(SS=74.1 g/L)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從小實(shí)驗(yàn)來(lái)看，N8103在循環(huán)水凈化方面較之聚合氯化鋁有顯著的優(yōu)勢(shì)，投加量方面也有明顯的降低。由于實(shí)驗(yàn)室條件下是以取得最佳效果定性比較為依據(jù)展開(kāi)，而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面，為了發(fā)揮藥劑的最優(yōu)效果，可能涉及加藥量、加藥點(diǎn)、藥劑配置等諸多調(diào)整。

3 使用效果對(duì)比

2017年8月份，西銘礦選煤廠受原煤變化影響，洗水質(zhì)量急劇惡化(日常循環(huán)水濁度<10)，在9月進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。通過(guò)處理后的煤泥水指標(biāo)如表4所示。

表4 處理后的煤泥水指標(biāo)

選用的加藥設(shè)備是一臺(tái)柱塞泵，通過(guò)給定的頻率確定藥劑添加范圍量，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)觀察，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藥劑投加量增加到一定程度時(shí)，循環(huán)水質(zhì)量得到了相當(dāng)?shù)母纳?，但是由于沉降速度和濃縮機(jī)壓縮層濃度發(fā)生變化，濃縮機(jī)底流泵出現(xiàn)上料困難的現(xiàn)象，可能為選煤生產(chǎn)帶來(lái)事故隱患，而加藥泵由于精度問(wèn)題，無(wú)法精確給定加藥劑量。基于上述情況，我們嘗試減少N8103投加量，與聚合氯化鋁配合使用，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)兩種藥劑配合使用在效果方面不存在沖突，而底流上料困難的問(wèn)題也得到解決，但是大量添加聚合氯化鋁對(duì)操作司機(jī)造成的勞動(dòng)強(qiáng)度問(wèn)題仍未解決。

基于第一次工業(yè)試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題，我們選用更為精確的加藥設(shè)備，并嘗試減少絮凝劑的投加量，單獨(dú)使用N8103。經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備，于9月中下旬進(jìn)行第二次工業(yè)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)選用了加藥工況更為穩(wěn)定且精確的可調(diào)速螺桿泵，并降低了絮凝劑的添加量約1/3，隨著用藥量增加，底流仍有一定程度的粘稠，但尚不至影響底流泵上料，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為穩(wěn)定，未發(fā)生濃縮機(jī)底流過(guò)高的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)原煤中泥質(zhì)類(lèi)礦物較多的情況，在煤泥水處理流程中采用凝聚劑、絮凝劑配合添加來(lái)強(qiáng)化細(xì)煤泥沉降的技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中是行之有效的。實(shí)驗(yàn)證明，就使用而言，通過(guò)合理的添加途徑，N8103對(duì)于洗水凈化具有較好的效果，并且投加量更小，投加方便，效果穩(wěn)定，可以獲得基本清凈的溢流水，能夠大幅降低現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作強(qiáng)度，從而使選煤廠在煤泥水處理指標(biāo)達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。