李曉強(qiáng)， 任建賓， 張東利

(1. 華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000 2.河南省東礦億電子科技有限公司，河南 安陽(yáng) 456400)

引 言

當(dāng)壓濾入料中微細(xì)煤粒含量多時(shí)，壓濾過程中常出現(xiàn)濾布堵塞、透氣性差、壓濾時(shí)間長(zhǎng)、濾餅水分高等問題。通過向壓濾機(jī)前的攪拌桶煤漿中添加助濾劑的方法可以縮短壓濾時(shí)間、降低濾餅水分、提高壓濾效果[1-3]。用于煤泥壓濾的助濾劑主要有4類：無機(jī)鹽類助濾劑、高分子絮凝劑類助濾劑、表面活性劑類助濾劑和固體顆粒型助濾劑。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，使用單一類型助濾劑時(shí)壓濾效果一般，而組合使用不同類型的助濾劑，綜合各類助濾劑的優(yōu)勢(shì)，可更好地縮短壓濾時(shí)間和降低濾餅水分[4-7]。

本文在充分研究新景礦洗煤廠煤泥水性質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了凝聚劑和絮凝劑復(fù)配制作助濾劑的試驗(yàn)研究，并應(yīng)用于煤泥的工業(yè)壓濾作業(yè)。

1 煤泥水性質(zhì)研究

壓濾機(jī)入料煤泥水中<0.045 mm粒級(jí)物料占46.55%，灰分為48.49%，這些煤泥粒度細(xì)、灰分高、黏性大，難于沉降和壓濾。煤泥水質(zhì)量濃度為380.91 g/L，處于壓濾設(shè)備要求的入料濃度范圍(350 g/L～550 g/L)內(nèi)。煤泥水的表面電位為-42.355 mV，電位較高，導(dǎo)致顆粒與顆粒之間的斥力較大，難以聚集成大顆粒。煤泥水的pH值為7.87，為弱堿性水質(zhì)，說明煤泥水帶有一定的負(fù)電荷。煤泥水中鈣離子和鎂離子的質(zhì)量濃度分別為166.79 mg/L和208.12 mg/L，含量較高。水的總硬度為1 273.47 mg/L，永久硬度為1 127.3 mg/L(以CaCO3計(jì))，說明該煤泥水的硬度高。礦化度(含鹽量)較低，為2 547 mg/L。

2 復(fù)合助濾劑的助濾試驗(yàn)研究

根據(jù)煤泥水性質(zhì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，壓濾機(jī)入料煤泥中存在一定量的微細(xì)顆粒和粗顆粒。以黏土礦物為主的微細(xì)顆粒壓濾時(shí)采用無機(jī)電解質(zhì)作為助濾劑效果好，而對(duì)于煤泥粗顆粒，壓濾時(shí)采用有機(jī)絮凝劑作為助濾劑效果較好。同時(shí)，該煤泥水中鈣離子和鎂離子濃度較高，硬度較大，但礦化度較低。煤泥水的pH值為7.87，為弱堿性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，向煤泥水中添加鈉鹽(如NaCl)而不選用鈣鹽(鎂鹽)和鋁鹽也可以取得較好的沉降效果和壓濾效果。因?yàn)殁c鹽在溶液中會(huì)電離出Na+，與礦粒表面電荷相抵消，起到壓縮礦粒表面雙電層的作用，最終使礦粒間斥力減小后凝聚成團(tuán)，容易沉降澄清和過濾。而陰離子聚丙烯酰胺(APAM)在煤泥水中電離生成陽(yáng)離子Na+和陰離子-COO-基團(tuán)。Na+可以中和煤泥水中煤泥顆粒表面所帶負(fù)電荷，而-COO-基團(tuán)的電負(fù)性既有助于分子的展開，又有利于架橋作用的產(chǎn)生。因此，本文考慮將氯化鈉與陰離子聚丙烯酰胺進(jìn)行復(fù)配生產(chǎn)復(fù)合助濾劑。

2.1 實(shí)驗(yàn)室研究

取定量煤泥水置于量筒中，用注射器量取配制成一定濃度的氯化鈉溶液和陰離子聚丙烯酰胺溶液加入煤泥水中。將煤泥水與助濾劑充分?jǐn)嚢杌旌虾蟮谷氩际下┒分羞M(jìn)行真空過濾并計(jì)時(shí)。當(dāng)漏斗下方10 s內(nèi)無濾液滴出時(shí)，終止過濾，并記錄過濾時(shí)間，測(cè)定濾餅水分。

1) 氯化鈉助濾劑試驗(yàn)結(jié)果

將氯化鈉配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的溶液加入壓濾機(jī)入料煤泥水中進(jìn)行過濾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。當(dāng)不添加助濾劑時(shí)，過濾時(shí)間為1 578 s，濾餅水分為33.6%。隨著氯化鈉助濾劑用量的增加，過濾時(shí)間減少，濾餅水分降低。說明氯化鈉的助濾效果明顯。

圖1 氯化鈉助濾劑的助濾效果

2) 陰離子聚丙烯酰胺助濾劑試驗(yàn)結(jié)果

將不同相對(duì)分子質(zhì)量的陰離子聚丙烯酰胺分別加入煤泥水中進(jìn)行過濾試驗(yàn)，考察過濾時(shí)間和濾餅水分與陰離子聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系。陰離子聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量分別為800萬、1 000萬、1 200萬、1 600萬，添加量均為60 g/m3。陰離子聚丙烯酰胺配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同相對(duì)分子質(zhì)量聚丙烯酰胺的助濾效果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著陰離子聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的增加，過濾時(shí)間減少，濾餅水分增加。陰離子聚丙烯酰胺作為助濾劑能提高過濾速度，且相對(duì)分子質(zhì)量越大提高過濾速度的效果越明顯。但陰離子聚丙烯酰胺會(huì)提高濾餅的水分，相對(duì)分子質(zhì)量越大濾餅的水分也越高。因此在對(duì)煤泥水進(jìn)行助濾時(shí)要選擇相對(duì)分子質(zhì)量適中的陰離子聚丙烯酰胺。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本文選擇相對(duì)分子質(zhì)量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺作為助濾劑進(jìn)行過濾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。隨著陰離子聚丙烯酰胺用量的增加，過濾時(shí)間不斷減少，濾餅水分先減少后增加。在用量為60 g/m3時(shí)濾餅水分最低為31.4%，過濾時(shí)間為1 458 s，比空白試驗(yàn)的過濾時(shí)間和濾餅水分均有較大幅度降低。

圖3 相對(duì)分子質(zhì)量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺的助濾效果

3) 復(fù)合助濾劑的試驗(yàn)研究

將氯化鈉和相對(duì)分子質(zhì)量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺按比例混合，并制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的溶液，溶液用量為200 g/m3，研究復(fù)合助濾劑的助濾效果。試驗(yàn)結(jié)果如圖4。當(dāng)陰離子聚丙烯酰胺與氯化鈉的配合比例為35∶65時(shí)，濾餅水分最低，而過濾時(shí)間較短。所以，認(rèn)為此時(shí)的配比最佳。

圖4 復(fù)合助濾劑配比試驗(yàn)結(jié)果

2.2 工業(yè)試驗(yàn)研究

將配比w(APAM)∶w(NaCl)=35∶65的復(fù)合助濾劑以0.3%的濃度配制成溶液，進(jìn)行了助濾劑的工業(yè)壓濾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見第140頁(yè)表1。工業(yè)壓濾試驗(yàn)結(jié)果表明，該助濾劑能適應(yīng)本礦煤質(zhì)變化的實(shí)際情況，泥餅脫落正常，不粘濾布、堵濾布網(wǎng)眼現(xiàn)象出現(xiàn)，且出水較不加藥前更加純凈。壓濾時(shí)間明顯縮短，加藥后的壓濾時(shí)間比加藥前平均縮短了360 s左右。添加助濾劑前的濾餅平均水分為26.0%，添加助濾劑后的濾餅平均水分為24.0%，濾餅水分平均降低了2.0%。

表1 工業(yè)壓濾試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

1) 通過深入研究壓濾機(jī)入料煤泥水的性質(zhì)，確定了將氯化鈉與相對(duì)分子質(zhì)量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺進(jìn)行復(fù)配生產(chǎn)復(fù)合助濾劑的技術(shù)路線。當(dāng)w(APAM)∶w(NaCl)=35∶65，濾餅水分最低，過濾時(shí)間也較短，此時(shí)的配比最佳。

2) 工業(yè)壓濾助濾試驗(yàn)結(jié)果表明，該助濾劑能適應(yīng)本礦煤質(zhì)變化的實(shí)際情況，加藥后比加藥前的壓濾時(shí)間平均縮短了360 s左右，濾餅水分平均降低了2.0%。