煤泥水絮凝沉降性能影響因素試驗探究

鄧越 王慧 姚明剛

摘 要：煤泥水絮凝沉降性能影響因素試驗需要從上清液濁度和沉降面兩個指標(biāo)進(jìn)行分析，期間利用正交試驗軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在明確黏土類型、煤變質(zhì)程度、pH值、水質(zhì)硬度和絮凝劑添加量的影響同時，還需要對影響原因和干擾因素深入論述，才能確保煤泥水絮凝沉降工作的開展?jié)M足可持續(xù)要求。本文基于絮凝沉降性能影響因素試驗展開分析，在明確絮凝沉降試驗流程和影響結(jié)果同時，期望能夠為后續(xù)水質(zhì)循環(huán)體系的構(gòu)建提供良好參照。

關(guān)鍵詞：煤泥水；絮凝沉降；性能影響因素；試驗分析

煤泥水澄清是煤炭濕法分選體系中較為重要的處理環(huán)節(jié)，若煤泥水沉降性能差，不但會導(dǎo)致影響澄清效果，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致分選系統(tǒng)癱瘓，對相關(guān)企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。故而，在針對煤泥水絮凝沉降性能展開試驗期間，必須針對影響因素細(xì)致分析，才能確保后續(xù)工作具備制度完善的條件。

1 試驗設(shè)計分析

本試驗采用專業(yè)的因素分析軟件，以便試驗數(shù)據(jù)內(nèi)容、曲線擬合、數(shù)模建立等信息能被有效識別。另外，在論述影響因素期間，根據(jù)上清液濁度與沉降面高度指標(biāo)，從較為常見的黏土類型、煤變質(zhì)程度、pH值、水質(zhì)硬度和絮凝劑添加量五個方面分析，在確定常規(guī)煤泥水pH值范圍同時，針對相關(guān)試驗參數(shù)進(jìn)行分析，以確保溶液狀況與絮凝試驗結(jié)果形成對比，從而更為明顯的識別出內(nèi)容偏差。

2 試驗流程分析

首先將新鮮煤樣烘干，并碾碎至粒徑3mm以下，而后再通過棒磨，將樣品內(nèi)離子水篩出，得到粒徑小于0.036mm的顆粒試驗品。之后與四氯化碳、苯與三溴甲烷組成混合溶液，經(jīng)由沉浮試驗得出不同煤樣。在分級后將樣品置于60°C烘干箱中放置3h，最后再置于真空干燥器中留作備用。期間，需通過激光粒度儀分別分析不同煤樣的平均粒徑。

試驗選用蒙脫石需進(jìn)行磨細(xì)提純，在蒸餾水分級后，確保平均粒徑小于10μm。其中，高嶺石樣品可作為化學(xué)純，平均粒徑為10μm，在利用分析純將離子水調(diào)節(jié)至特定硬度時，需要通過酸堿樣品對溶液的pH值進(jìn)行細(xì)致調(diào)試，而后再將黏土、煤樣品融入溶液內(nèi)充分?jǐn)嚢瑁ㄈ莺笤偬砑庸潭康男跄齽M(jìn)行二次攪拌，待定容沉降時間滿足10min，再分別測量清液濁度與溶液沉降面的高度參數(shù)。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 煤變質(zhì)與黏土類型對沉降性能的影響

根據(jù)試驗結(jié)果可以看出，煤變質(zhì)程度對絮凝沉降中煤泥水沉降性能沒有影響。依據(jù)相關(guān)理論研究表明：煤的變質(zhì)程度越高，表面疏水性越強(qiáng)，疏水吸引勢能越大，因此煤顆粒在水中越容易凝聚沉降，所形成煤泥水易澄清。這是在不添加絮凝劑的前提下煤顆粒之間的作用規(guī)律，本研究結(jié)果表明在絮凝沉降過程中煤變質(zhì)程度對煤泥水沉降性能沒有影響，這可能是由于高分子絮凝劑的吸附架橋等作用強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了煤顆粒之間的相互作用所造成的。

另外，從試驗中可以得知，黏土類型在沉降液面高度和清液濁度方面，影響較為明顯，其中含蒙脫石的煤泥水有較高的沉降量和較低的清液濁度數(shù)值。根據(jù)相關(guān)理論可知，水中蒙脫石比高嶺石有更強(qiáng)的負(fù)電荷，在聚丙烯酰胺水解過程中產(chǎn)生了大量負(fù)電荷基團(tuán)，根據(jù)相同電荷排斥的原理，溶液空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性自然被提升。而高嶺石因為電荷量較少，在絮凝過程中不具備明顯效果，僅有極少顆粒懸浮在上清液中。

3.2 水質(zhì)硬度與PH值對性能的影響

從試驗結(jié)果和方差分析來看，pH值對沉降面高度影響顯著，pH值越大，沉降面越高；對上清液濁度沒有影響。

pH值對絮凝效果的影響表現(xiàn)在兩個方面：一是膠體粒子的表面電位，二是聚丙烯酰胺上的基團(tuán)水解。煤和粘土顆粒都荷負(fù)電，pH值越大，顆粒表面負(fù)電性越強(qiáng)，顆粒與陰離子型聚丙烯酰胺表面基團(tuán)的吸引力就越弱，所以從顆粒角度講，pH值越大越不利于煤泥水澄清。但從聚丙烯酰肢表面基團(tuán)來看，在酸性條件下，部分水解的-COO-基變成了-COOH，降低了水解度，使得絮凝效果降低，因此堿性條件更利于煤泥水澄清。對于含粘土的煤泥水，特別是含蒙脫石的煤泥水，其中顆粒即使被高分子架橋，顆粒之間還有較強(qiáng)的相互排斥作用，pH值越大，排斥作用越強(qiáng)，沉降面高度越大。

水質(zhì)硬度對絮凝效果的影響也表現(xiàn)在兩個方面。某項試驗研究了鈣離子對聚丙烯酰胺絮凝無機(jī)顆粒效果的影響，結(jié)果表明雖然鈣離子和聚丙烯酰胺結(jié)構(gòu)上的羥基生成難溶性物質(zhì)不利于絮凝沉降，但鈣離子濃度更有利于顆粒間凝聚，因此總體表現(xiàn)為有利于混凝效果。部分專家也認(rèn)為鈣離子是PHP和帶負(fù)電的顆粒之間的橋而有利于顆粒之間的絮凝。從研究結(jié)果看，在本試驗因素取值范圍內(nèi)，水質(zhì)硬度對兩個指標(biāo)都有影響，但不顯著。表現(xiàn)為提高水質(zhì)硬度有利于降低上清液濁度和沉降面高度。

對于富含蒙脫石的煤泥水，由于其大量的表面負(fù)電荷使聚丙烯酰胺只有架橋作用而沒有絮凝作用，由此可以推斷，如果通過提高水質(zhì)硬度來降低顆粒表面電荷至一定水平必然會發(fā)生絮凝作用，該硬度水平一定要大于本試驗硬度范圍。

3.3 絮凝劑添加量對沉降性能的影響

按照常識來說，絮凝效果與絮凝劑的用量有直接關(guān)系，但在絮凝劑用量達(dá)到一定飽和度時，便會促使絮凝物轉(zhuǎn)換回質(zhì)量穩(wěn)定的膠體。如此絮凝效果自然下降。所以，在試驗期間，導(dǎo)致了絮凝劑添加量越多，沉降面越高且上清液濁度越小的狀況，而針對絮凝劑添加量的判定，需要擬定有效的審查指標(biāo)，才能確保試驗落實有效。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)回歸分析可發(fā)現(xiàn)，以上五種因素在試驗期間均不存在因素交互狀況，因此因素之間的影響符合線性方程計算的要求，這樣也就為絮凝工作提供了可計算的前提。而從以上影響因素的嚴(yán)重性來看，首先難澄清煤泥水必須要確定其中含有的黏土類型，而后在選擇對應(yīng)澄清處理方法，才能有效提高絮凝處理速度。例如，若黏土類型為高嶺石，則可以直接添加絮凝劑，因為對此種黏土類型對絮凝影響較小，但若是蒙脫石，則應(yīng)當(dāng)降低其離子電性，才能添加絮凝劑，避免造成絮凝材料的浪費。

4 結(jié)束語

煤泥水中絮凝沉降性能影響因素的有效鑒別，不但能夠確保在后續(xù)煤炭濕法分選體系構(gòu)建中，有效降低對分選系統(tǒng)癱瘓的概率，從而保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)成本穩(wěn)定，同時更可以優(yōu)化現(xiàn)階段的煤炭濕法分選工藝，以便企業(yè)煤炭回收具備可持續(xù)的優(yōu)勢。故而，在論述煤泥水絮凝沉降性能影響因素試驗的過程中，必須針對試驗流程細(xì)致分析，才能確保煤泥水絮凝沉降性能有效提升。

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