王大衛(wèi)薄春麗

（1.大同煤礦集團(tuán)大地選煤工程有限責(zé)任公司 山西大同037003；2.大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 山西大同037003）

1 前言

目前我國(guó)常用的重選、浮選、跳汰等選煤工藝絕大部分以水作為分選介質(zhì)。隨著采煤機(jī)械化程度的逐步提高，煤粉占入洗原煤的比例也不斷提高，煤粉分散在分選介質(zhì)中，就形成了煤泥水[1]。煤泥水系統(tǒng)是選煤廠工藝最復(fù)雜、最難管理的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其運(yùn)行效果的好壞決定了選煤廠能否正常生產(chǎn)，對(duì)選煤廠節(jié)約水資源、煤炭資源回收率，生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面也有直接影響。

同煤集團(tuán)同忻選煤廠位于同忻礦工業(yè)廣場(chǎng)之內(nèi)，主要處理本礦井的來(lái)煤，屬于大型礦井型選煤廠。選煤廠日生產(chǎn)能力30 303 t，小時(shí)生產(chǎn)能力1 893.94 t。

同忻礦井目前開(kāi)采的石炭二疊系煤層，可采煤層共6個(gè)，各煤層頂?shù)装宕蠖酁槟鄮r、炭質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，夾矸為砂質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖等。煤層細(xì)泥含量較高，粘土層遇水易泥化，所形成細(xì)粒煤泥較難沉淀，在系統(tǒng)中循環(huán)集聚，導(dǎo)致煤泥水系統(tǒng)出現(xiàn)一系列問(wèn)題，集中表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1、大量高灰極細(xì)顆粒無(wú)法沉降，在系統(tǒng)中不斷積聚，導(dǎo)致溢流水濃度增高，影響后續(xù)的脫水、脫介環(huán)節(jié)；

2、加壓過(guò)濾機(jī)濾餅偏薄，脫餅困難，產(chǎn)品水分高；

3、加壓過(guò)濾機(jī)運(yùn)行不正常，濾布損傷嚴(yán)重，運(yùn)行成本增加。

2 原因分析

針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)煤泥水處理技術(shù)進(jìn)行研究探討，為同忻選煤廠煤泥水的處理、回收提供技術(shù)依據(jù)，保證選煤廠生產(chǎn)正常，洗水閉路循環(huán)，避免環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

2.1 水質(zhì)分析

煤泥水中可溶性鹽的組成、PH值、硬度、總離子度、礦化度等均會(huì)對(duì)煤泥沉降產(chǎn)生不同程度的影響。同忻選煤廠煤泥水水質(zhì)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1煤泥水水質(zhì)分析

由表1可見(jiàn)，同忻選煤廠煤泥水的PH值為8.24，酸堿度偏堿性，會(huì)在一定程度上影響絮凝沉降效果；煤泥水硬度為16.3，屬中等硬度水，且礦化程度不高，會(huì)給煤泥沉降帶來(lái)了一定的困難，需在煤泥水中加入適量無(wú)機(jī)電解質(zhì)，增加煤泥水中正離子的數(shù)量，以改善煤泥沉降效果。

2.2 粒度分析

粒度的大小是決定固液分離過(guò)程中煤泥顆粒與水介質(zhì)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的重要因素之一，其粒度組成對(duì)煤泥水處理難易程度有著重要的影響[2]。通常粒度越細(xì)，煤泥水越穩(wěn)定，沉降就越困難，同忻選煤廠煤泥小篩分試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表2原煤小篩分試驗(yàn)報(bào)告表

由表2可見(jiàn)，煤泥粒度相對(duì)較粗，-0.045 mm粒級(jí)的僅占2.10%，各粒級(jí)的灰分比較均勻。但同忻礦出井原煤煤質(zhì)間歇性發(fā)生變化，尤其是遇火成巖時(shí)，煤泥中＜0.075 mm粒級(jí)含量會(huì)顯著增加，占比接近50%，導(dǎo)致煤泥沉降困難，影響選煤廠生產(chǎn)。

2.3 物相分析

對(duì)同忻選煤廠濃縮機(jī)入料煤泥進(jìn)行了X-射線衍射分析，結(jié)果如圖1和表3所示。

圖1濃縮機(jī)入料煤泥的X-射線衍射分析

表3礦物X-射線衍射分析報(bào)告

可以看出同忻選煤廠細(xì)煤泥試樣衍射峰較多，物相組成復(fù)雜，其中，粘土礦物占比高達(dá)24.2%，粘土礦物粒度極細(xì)，吸水性和分散性強(qiáng)，遇水膨脹易形成穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，使顆粒不易自然沉降。

2.4 電位分析

固體顆粒的電動(dòng)電位是影響絮凝的重要因素[3]，同忻選煤廠濃縮機(jī)入料煤泥顆粒表面的電動(dòng)電位測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2濃縮機(jī)入料煤泥表面Zeta電位與pH值的關(guān)系

可以看出，煤泥顆粒表面在水中荷負(fù)電，且隨著pH值的逐步增加，其表面Zeta電位絕對(duì)值也逐步變大，當(dāng)pH值在7～8時(shí)，表面電位達(dá)到-32 mv左右。粘土礦物和煤泥顆粒的表面均帶有大量同性負(fù)電荷，形成一種穩(wěn)定的膠體體系，導(dǎo)致煤泥難以沉降、可濾性差，最終導(dǎo)致煤泥水系統(tǒng)紊亂，影響選煤廠正常生產(chǎn)。

3 試驗(yàn)研究

3.1 絮凝劑配方優(yōu)化

為確定最佳的沉降過(guò)濾效果，我們對(duì)石炭二疊系煤泥水進(jìn)行了絮凝劑配方優(yōu)化試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示：在單獨(dú)使用絮凝劑時(shí)，石炭二疊系煤泥水上清液可得到一定程度的改善，但沉降速度、壓實(shí)層密實(shí)程度等都達(dá)不到理想要求。這是因?yàn)槊耗嘀写罅康恼惩恋V物和顆粒表面荷有較高的負(fù)電荷，這些電荷在固液界面上產(chǎn)生一定的電位差，吸引與固體表面電性相反、電荷相等的離子，進(jìn)而在煤泥周圍形成影響沉降的雙電層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。所以我們考慮向煤泥水中加入凝聚劑，以消除煤泥微粒固體表面的負(fù)電荷，減小顆粒之間排斥力，使煤泥中的微細(xì)顆粒凝聚成較大顆粒，強(qiáng)化煤泥沉降效果。

圖3雙電層的結(jié)構(gòu)示意圖

分別選用CaCl2、MgCl2及聚合氯化鋁(PAC)3種凝聚劑進(jìn)行試驗(yàn)，研究其對(duì)煤泥顆粒表面電位的影響情況，以便選擇最佳凝聚效果的藥劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4煤泥表面電動(dòng)電位隨凝聚劑加入量的變化關(guān)系

由圖4可見(jiàn)，在三種凝聚劑的作用下，煤泥表面的Zeta電位均隨藥劑量的增加不斷向零電點(diǎn)靠近。其中，添加聚合氯化鋁時(shí)電位變化最明顯，增大趨勢(shì)最大，當(dāng)藥劑用量為14 g/m3時(shí)點(diǎn)位接近零電點(diǎn)，添加CaCl2和MgCl2電位變化趨勢(shì)相對(duì)緩慢，藥劑用量高達(dá)30 g/m3時(shí)仍未到達(dá)零電點(diǎn)?？梢源_認(rèn)，添加聚合氯化鋁能夠更好的中和石炭系煤泥表面的電性，壓縮顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善細(xì)粒煤泥凝聚效果。

多次的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示：?jiǎn)为?dú)加入無(wú)機(jī)凝聚劑聚合氯化鋁(PAC)時(shí)，絮團(tuán)體積小、數(shù)量少，且處于分散狀態(tài)；單獨(dú)加入有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺時(shí)，煤泥絮團(tuán)較大，但各絮團(tuán)之間空隙很大，所形成絮團(tuán)的壓實(shí)程度較差；而凝聚劑和絮凝劑聯(lián)合作用時(shí)，產(chǎn)生的煤泥絮團(tuán)體積大、數(shù)量多，壓實(shí)程度也最好。

3.2 壓濾工藝參數(shù)優(yōu)化

在煤質(zhì)和設(shè)備工況一定的前提下，過(guò)濾壓力的大小對(duì)過(guò)濾效果的好壞有直接影響，理論上增大過(guò)濾壓力，可以加快過(guò)濾速度，但壓力增大的同時(shí)，濾餅的壓實(shí)阻力逐步增大，進(jìn)而阻礙過(guò)濾的順利進(jìn)行[4]。因此并非壓力越大，過(guò)濾過(guò)程越能順利進(jìn)行。對(duì)同忻選煤廠煤泥水進(jìn)行了不同壓力條件下的過(guò)濾試驗(yàn)，見(jiàn)表4。

表4不同壓力下的過(guò)濾試驗(yàn)

可見(jiàn)：當(dāng)過(guò)濾壓力為0.6 MPa時(shí)，濾餅水分最低為21.05%，壓力繼續(xù)增高，濾餅水分反而升高。

3.3 濾布材料優(yōu)選

濾布的選擇對(duì)煤泥水過(guò)濾效果的好壞影響很大，在壓濾機(jī)使用過(guò)程中，濾布起著極其關(guān)鍵的作用。為了取得好的截留效果和過(guò)濾速度，需要根據(jù)煤泥粒度大小、密度、化學(xué)成分和過(guò)濾的工藝條件來(lái)合理選擇濾布。目前選煤廠使用最廣泛的是無(wú)紡氈布和尼龍濾布，因此，我們進(jìn)行了不同壓力條件下相同網(wǎng)目的無(wú)紡氈布和尼龍濾布的過(guò)濾對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

試驗(yàn)結(jié)果表明，尼龍濾布對(duì)同忻選煤廠煤泥的脫水效果更好，濾餅水分更低，但濾液不如使用無(wú)紡濾布清澈，考慮經(jīng)濟(jì)效益，選擇使用尼龍濾布。

表5無(wú)紡氈布與尼龍濾布在不同壓力下的試驗(yàn)

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大同煤礦集團(tuán)公司同忻選煤廠煤泥水特性及其處理工藝進(jìn)行研究探討，確定了合理的藥劑配比方法、合適的壓濾工藝參數(shù)和理想的過(guò)濾介質(zhì)材料。為同忻選煤廠煤泥水處理提供了理論依據(jù)，具有極強(qiáng)的指導(dǎo)價(jià)值，優(yōu)化了選煤廠煤泥水系統(tǒng)處理工藝，保證了選煤廠正常生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。