唐山礦選煤廠煤泥水處理方案優化

柳建文

(開灤集團 唐山礦業分公司，河北 唐山 063000)

唐山礦選煤廠煤泥水處理方案優化

柳建文

(開灤集團 唐山礦業分公司，河北 唐山 063000)

針對唐山礦選煤廠煤泥水難沉降的問題，結合煤泥水性質進行絮凝沉降試驗，確定最佳藥劑種類和用量，并在此基礎上進行工業試驗。試驗結果表明：在試驗條件下，絮凝劑和凝聚劑分別選用PAM-2010和PAC，且噸煤泥用量分別為20、46.7 g時，濃縮機溢流濃度為8.50 g/L，渾濁面沉降速度較快，上清液濁度較低，煤泥水沉降效果最好。

煤泥水；沉降；絮凝劑；凝聚劑；溢流濃度

由于礦井開采深度的增加及煤層的變化，目前唐山礦選煤廠入選原煤煤質發生了較大變化，細粒煤含量劇增。根據生產數據統計，目前該廠原生煤泥含量在14%～27%。此外，由于泥化作用，煤炭洗選過程中產生了一定量次生煤泥。大量細煤泥的存在使煤泥水處理難度加大，添加聚丙烯酰胺后沉降效果不理想，導致細煤泥在系統中大量積聚，煤泥水處理系統管理難度增大。

根據唐山礦選煤廠的煤泥水性質進行絮凝沉降試驗，有針對性的選擇煤泥水處理藥劑并確定其最佳用量，以提高該廠煤泥水的處理效果。

1 試驗

1.1 儀器、設備及試劑

試驗儀器包括MP200型PH計、722紫外分光光度計、JS94K型電位測量儀、MLSS-330型懸浮物濃度計、500 mL量筒和燒杯、5 mL和20 mL注射器、秒表、20 mL直管吸管。

試驗絮凝劑為PAM-1010、PAM-1020、PAM-2010、PAM-2020，均為陰離子型聚丙烯酰胺，分子量分別為500萬、800萬、900萬、1200萬；凝聚劑為PAC、CaCl2、MgCl2、Al2(SO4)3。

1.2 煤泥水性質

1.2.1 水質基本特征

試樣為唐山礦選煤廠耙式濃縮機入料，濃度為156 g/L，水質基本特征如表1所示。由表1可知：試樣中的顆粒表面帶有較強的負電荷，說明該煤泥水是一種顆粒表面帶有負電荷的膠體體系；懸浮物濃度(SS濃度)較高，濁度較大；煤泥水硬度較小，不利于細顆粒的沉降。

表1 煤泥水水質基本特征

1.2.2 煤泥粒度組成

煤泥的粒度組成是影響煤泥水沉降效果的重要因素，細粒級含量對煤泥水處理的難易程度有決定性的影響，尤其是<0.045 mm粒級含量高時，煤泥水處理難度更大[1-2]。唐山礦選煤廠的煤泥粒度組成如表2所示。

表2 煤泥粒度組成

由表2可知：<0.078 mm粒級產率為76.21%，<0.036 mm粒級產率為52.38%，細粒級含量很高，煤泥水不易沉降。另外，懸浮顆粒帶有較強的負電荷，使煤泥水成膠體分散體系。帶較強負電荷的膠粒之間具有較強的靜電斥力，ζ電位較高，膠粒間的靜電斥力較大，膠粒體系較穩定。因此，處理煤泥水時，首先要降低ζ電位，破壞膠體的穩定性，然后再采取其他沉降措施，強化凝聚效果[3-6]。

1.3 試驗條件及方案

試樣濃度為156 g/L，參照GB/T 26919—2011《選煤廠煤泥水自然沉降試驗方法》進行絮凝沉降試驗[7]。將盛有試樣的量筒靜置，用注射器將所需藥劑一次性注入待測試樣；量筒加蓋后上下翻轉五次，轉速以翻轉時氣泡上升完畢為準，使藥劑與煤泥顆粒充分作用；靜置后開始計時，記錄量筒渾濁面的高度，并測定澄清液的透光率。

對八種藥劑逐一進行絮凝沉降試驗，從中選擇沉降效果較好的絮凝劑和凝聚劑；將凝聚劑與絮凝劑配合使用，通過不同藥劑的復配試驗來確定最佳絮凝劑與凝聚劑組合，并對其最佳用量進行確定。以渾濁面的沉降速度和上清液的濁度來評定煤泥水沉降效果。

2 藥劑種類及用量的確定

2.1 藥劑種類的選擇

針對唐山礦選煤廠的煤泥水性質，采用多種無機藥劑和有機藥劑進行沉降對比試驗，以選擇經濟、高效的煤泥水處理藥劑。試驗中絮凝劑和凝聚劑的用量分別按噸煤泥50、5 856 g/t添加，配制成溶液的用量分別為2、10 mL。試驗結果如表3所示。

表3 不同藥劑的沉降對比試驗結果

由表3可知：就煤泥水沉降效果來說，單獨添加PAM的明顯優于單加其他凝聚劑的；添加PAM-2010的煤泥水渾液面沉降速度較快，上清液濁度較低，沉降效果最好。

無機凝聚劑在煤泥水處理中可作為助凝劑，其對細粒煤有很好的凝聚沉降效果。試驗中添加PAC、MgCl2、Al2(SO4)3的煤泥水渾濁面沉降速度相對較快，但添加Al2(SO4)3的煤泥水上清液濁度較高，因此，選用PAM-2010、PAC、MgCl2進行后續沉降試驗[8-9]。

2.2 不同藥劑的復配試驗

(1)PAM-2010與PAC的復配試驗。有機絮凝劑選用PAM-2010，固定用量為2 mL；無機凝聚劑選用PAC，用量分別為0、5、10、15 mL，加藥順序為先加PAC后加PAM-2010。藥劑復配試驗結果如表4所示。

表4 PAM-2010與PAC的復配試驗結果

(2)PAM-2010與MgCl2的復配試驗。有機絮凝劑選用PAM-2010，固定用量為2 mL；無機凝聚劑選用MgCl2，用量分別為0、5、10、15 mL，加藥順序為先加MgCl2后加PAM-2010。藥劑復配試驗結果如表5所示。

表5 PAM-2010與MgCl2的復配試驗結果

由表4、表5可知：與單獨使用PAM-2010相比，無機凝聚劑與其配合使用處理煤泥水的效果更好。PAM-2010分別與PAC、MgCl2配合使用時，渾濁面沉降速度相近，但上清液濁度不同，添加PAC的上清液濁度更低。從濁度方面考慮，選用PAC與PAM-2010配合使用來處理該廠煤泥水。

2.3 藥劑用量的確定

為節約藥劑成本和提高煤泥水沉降效果，對PAC與PAM-2010配合使用時的最佳用量進行探索[10-11]。試驗時每種藥劑選擇3個用量，共進行9次試驗，試驗方案和結果如表6所示，根據試驗結果繪制的煤泥水絮凝沉降曲線如圖1所示。

表6 PAM-2010與PAC配合使用方案和試驗結果

圖1 不同條件下的煤泥水沉降效果

由圖1可知：當PAM-2010用量由1 mL增加到2 mL時，煤泥水沉降效果明顯改善；當PAM-2010用量由2 mL增加到3 mL時，渾濁面沉降速度基本不變，但上清液濁度有所增加。當PAM-2010用量為1 mL時，隨著PAC用量的增加，煤泥水沉降效果明顯轉好；當PAM-2010用量為2 mL或3 mL時，隨著PAC用量的增加，煤泥水的沉降效果變化不大。由此可見，PAM-2010用量不宜過大，而PAC用量受PAM-2010用量影響，當PAM-2010用量合理時，可有效減少PAC的用量。對于該煤泥水來說，PAM-2010和PAC最佳用量分別約為2、5 mL，即噸煤泥藥劑用量分別為20、46.7 g時，煤泥水處理效果最好，且藥劑用量沒有明顯增加。

3 工業試驗

根據試驗結果完善唐山礦選煤廠的煤泥水處理藥劑制度，并在PAM-2010和PAC的噸煤泥用量分別為20、46.7 g時進行工業試驗，以驗證上述試驗結果的可靠性。工業試驗結果如表7所示。

表7 工業試驗結果

由表7可知：PAM-2010和PAC配合使用時，濃縮機溢流濃度由46 g/L降至8.50 g/L，說明煤泥水沉降效果較好，藥機性能良好。此外，壓濾機入料時間縮短60%，濾餅水分下降4.27個百分點，原煤入選量得以提高，現場問題基本得到有效解決。

4 結論

唐山礦選煤廠的煤泥水屬于典型的難處理煤泥水，通過最佳藥劑選擇及其最佳用量確定試驗可以得到如下結論：

(1)添加PAM的煤泥水沉降效果優于添加其他無機凝聚劑的沉降效果，渾液面沉降速度較快，上清液濁度較低；無機凝聚劑在煤泥水處理中可作為助凝劑，該藥劑對細粒煤有很好的凝聚沉降效果。

(2)PAC、MgCl2作為凝聚劑分別與PAM-2010配合使用處理煤泥水的效果較好，且PAM-2010與PAC配合使用后上清液濁度更低。

(3)對唐山礦選煤廠的煤泥水來說，PAM-2010和PAC的噸煤泥用量分別為20、46.7 g時，煤泥水處理效果最好，藥劑成本較低。

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Study on optimization of coal slurry treatment process in Tangshan mining coal preparation plant

LIU Jian-wen

(Tangshan Mining Branch, Kailuan (Group) Co Ltd, Tangshan, Hebei 063000，China)

To solve the problem of difficult slurry settling in coal slurry treatment process, flocculation settling test was carried out to determine optimal reagent kinds and dosage according to properties of coal slurry, then industrial test is made on this basis. The results show that concentration of thickener overflow is up to 8.50 g/L, particles existing in turbid liquid level is faster settling as well as supernatant turbidity is lower, and that the best settling effect of coal slurry is obtained when raw coal consumption is up to 20 g/t, 46.7 g/t using PAM-2010 flocculant, PAC coagulant respectively under test condition.

coal water slurry；settling；flocculant；coagulant；concentration of overflow

1001-3571(2015)01-0024-03

TD946.2

B

2015-01-10

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.007

柳建文(1974—)，男，河北省唐山市人，高級工程師，從事選煤生產管理工作。

E-mail:tskljw@kailuan.com.cn Tel：13673154521