馬明芳

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司西銘礦選煤廠，山西 太原 030053)

0 引言

煤炭洗選是煤炭清潔利用的有效途徑之一[1-3]。當(dāng)前，我國(guó)選煤廠生產(chǎn)工藝仍然是濕法洗選為主，因此在生產(chǎn)過程中必然有大量煤泥產(chǎn)生。這些生成的煤泥必須經(jīng)過過濾等手段脫水后才能出售或者廢棄。然而由于煤質(zhì)的逐年惡化，煤泥的脫水性能也在變差[4]，在過濾過程中往往需要使用適當(dāng)?shù)闹鸀V劑才能實(shí)現(xiàn)符合要求的過濾效果。以真空抽濾機(jī)為過濾設(shè)備，采用3種不同的助濾劑進(jìn)行試驗(yàn)，優(yōu)化煤泥脫水效果。

1 樣品及藥劑準(zhǔn)備

試驗(yàn)樣品為淮南某動(dòng)力煤選煤廠濃縮池入料中的-0.5 mm部分。所有樣品在75 ℃烘箱中烘干至空氣干燥狀態(tài)后裝入自封袋備用。該廠煤質(zhì)較差，屬于高泥化煤泥水。樣品粒度組成見表1。

由表1可見，該樣品中細(xì)粒級(jí)灰分較高，說明相對(duì)于煤巖組分來說，矸石組份更易泥化，是選煤廠洗水質(zhì)量惡化的主要因素。

文中以3種常見物質(zhì)作為助濾劑進(jìn)行過濾試驗(yàn)，見表2。

表1 樣品粒度組成表

表2 主要試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)前將3種藥劑分別配制成溶液狀態(tài)，其中SDS配制濃度5%，CPAM配制濃度0.2%，氯化鎂配制濃度5%。

2 試驗(yàn)分析

以MgCl2、CPAM和SDS作為助濾劑進(jìn)行真空抽濾試驗(yàn)，試驗(yàn)儀器為實(shí)驗(yàn)室小型真空抽濾裝置。其中，試驗(yàn)藥劑用量分別為200 g/t，400 g/t，600 g/t，800 g/t和1 000 g/t。在試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)記錄各條件下的過濾濾液體積和過濾時(shí)間，通過式(1)計(jì)算其平均過濾速度

v=L/(s·t)

(1)

其中：v—過濾平均速度，mL/(cm2·s)；L—濾液體積，mL;t—過濾時(shí)間，s；s—過濾面積，cm2。

試驗(yàn)結(jié)束后，分別測(cè)定各試驗(yàn)條件下的濾餅水分以及濾液的透光率。在不同藥劑條件下，抽濾裝置的過濾壓力保持在0.05 MPa不變，煤泥水配制濃度固定為250 g/L。

2.1 不同藥劑過濾效果分析

對(duì)不同條件下得到的濾餅水分及濾液透光率進(jìn)行測(cè)定，如圖1、2、3所示。

圖1 分子量600萬(wàn)的CPAM作用下煤泥過濾效果

如圖1所示為不同用量CPAM作用下煤泥水的過濾效果變化情況，可見隨著CPAM用量的增加，濾餅水分呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，但當(dāng)CPAM用量為600 g/t時(shí)濾餅水分最低。繼續(xù)增加藥劑用量，濾餅水分有所上升，但仍低于不使用助濾劑時(shí)的濾餅水分。同時(shí)，隨著CPAM用量的增加，濾液的透光率持續(xù)變大，當(dāng)CPAM用量達(dá)到600 g/t后，透光率的變大趨勢(shì)逐漸放緩。研究已知，CPAM在煤泥水處理過程中主要發(fā)揮的是絮凝作用[5-7]，通過架橋等方式將細(xì)小顆粒聚集成較大的絮團(tuán)，從而降低濾餅水分；由于細(xì)小顆粒與大顆粒結(jié)合成了絮團(tuán)，因此透過介質(zhì)的細(xì)顆粒含量必然減少，使得濾液的透光率增加。但CPAM使用過量后，會(huì)出現(xiàn)絮團(tuán)包覆水分的現(xiàn)象，不利于脫水，造成濾餅水分升高。但即便如此，細(xì)小顆粒仍然會(huì)在絮凝作用下被截流，因此濾液的透光率仍將持續(xù)變大。

圖2 SDS作用下煤泥過濾效果

圖2為不同用量SDS作用下的濾餅水分與濾液透光率變化趨勢(shì)圖，可見隨著SDS用量的增多，濾餅水分先降低，當(dāng)用量達(dá)到600 g/t后，濾餅水分趨于穩(wěn)定。濾液透光率先增大，在SDS用量達(dá)到400 g/t后趨于穩(wěn)定。相比于CPAM作用下的過濾效果，其所能達(dá)到的最低濾餅水分較高，但當(dāng)藥劑用量加大后，濾餅水分不會(huì)回升。同時(shí)，濾液透光率的最大值也遠(yuǎn)小于CPAM作用下所能達(dá)到的最大透光率。這主要是由于SDS在工業(yè)實(shí)踐中的主要有分散乳化劑的作用，其對(duì)細(xì)顆?？梢云鸬捷^好的分散穩(wěn)定作用，使其不易沉降，因此，其作用下的煤泥脫水效果要比CPAM作用時(shí)差[8-10]。但由于SDS作用后細(xì)顆粒分散開來，對(duì)過濾介質(zhì)的堵塞也有所減小，因此對(duì)降低濾餅水分也有一定積極作用。但由于無法產(chǎn)生絮凝效果，導(dǎo)致細(xì)顆粒不能與大顆粒結(jié)合成較大絮團(tuán)，因此仍有大量細(xì)顆粒透過介質(zhì)，導(dǎo)致最終的濾液透光率偏低。

從圖3可以看出，在不同用量的MgCl2作用下，過濾后濾餅水分先降低，當(dāng)MgCl2用量達(dá)到800 g/t后，濾餅水分趨于穩(wěn)定。同時(shí)濾液的透光率逐漸增大，在MgCl2用量達(dá)到800 g/t后趨于穩(wěn)定。與前兩種藥劑相比，MgCl2作用下得到的濾餅最低水分高于CPAM，低于SDS；而MgCl2作用下濾液所能達(dá)到的透光率也是3種藥劑中最大的。這說明MgCl2在過濾過程中發(fā)揮的凝聚作用可以很好地改善煤泥過濾效果。一方面，MgCl2將細(xì)顆粒凝聚成較大的凝聚體，減輕了過濾介質(zhì)的堵塞狀況，使得濾餅水分降低。但由于形成的凝聚體尺寸仍遠(yuǎn)小于絮團(tuán)尺寸，因此最終的濾餅水分高于CPAM作用下的濾餅水分。也正是由于細(xì)顆粒充分凝聚成了較大的凝聚體，導(dǎo)致透過介質(zhì)的細(xì)顆粒大幅減少，使得濾液的透光率增大。

2.2 不同藥劑過濾速度分析

在以濾餅水分和濾液透光率為主要指標(biāo)考察了3種助濾劑的助濾效果后，最終認(rèn)為，CPAM在用量為600 g/t時(shí)助濾效果最佳，SDS在用量為600 g/t時(shí)助濾效果最佳，MgCl2在為800 g/t時(shí)助濾效果最佳。將這3種藥劑條件下的過濾速度進(jìn)行比較，如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著過濾進(jìn)程的不斷進(jìn)行，濾液體積的不斷積累，3種助濾劑作用下的過濾平均速度均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。這主要是由于隨著過濾的進(jìn)行，濾餅在過濾介質(zhì)上逐漸沉積、壓實(shí)，介質(zhì)的過濾性能惡化導(dǎo)致的。其中，CPAM作用下的整個(gè)過濾過程中，其過濾速度一直大于SDS和MgCl2作用下的過濾速度。而對(duì)于SDS和MgCl2，在過濾初期，SDS作用下的煤泥過濾速度小于MgCl2作用下的煤泥過濾速度；隨著過濾過程的持續(xù)，SDS作用下的煤泥過濾速度基本保持穩(wěn)定，而MgCl2作用下的煤泥過濾速度降低幅度較為明顯。這主要是由于SDS的分散作用雖然未能有效提高過濾速度，但由于分散作用的存在[11-12]，使得過濾介質(zhì)被細(xì)顆粒堵塞進(jìn)程有所延緩了，從而使得過濾速度在整個(gè)過濾過程中保持了相對(duì)穩(wěn)定。

3 結(jié)論

(1)分子量600萬(wàn)的CPAM有助于提高過濾速度，降低濾餅水分，提高濾液透光率，最佳使用量為600 g/t，但用量過多時(shí)由于絮團(tuán)包覆水分現(xiàn)象的存在，會(huì)使過濾效果變差。

(2)SDS對(duì)于改善過濾效果的作用不明顯，但其分散作用可使懸浮液保持穩(wěn)定，使過濾速度保持穩(wěn)定。

(3)MgCl2發(fā)揮凝聚作用可使過濾介質(zhì)有效截流細(xì)顆粒，在3種藥劑中能達(dá)到的濾液澄清度最佳。