FeSO4·7H2O在煤泥水沉降中的應用研究

邢 歡，何創庫

(神東煤炭集團 洗選中心，陜西 榆林 719315)

煤泥水處理是選煤生產中最重要環節，也是最困難、最復雜的環節之一[1]。因各個選煤廠的煤質不同，即使同一選煤廠，在不同時期煤質也在不斷發生變化，使得煤泥水處理成為一個動態管控的過程[2]。在煤泥水處理過程中，最重要的一步就是煤泥水的沉降，沉降效果的好壞直接關系到煤泥的回收、循環水的復用等環節，從而對整個生產系統造成很大的影響，一旦煤泥水沉降效果不佳，就會影響選煤廠生產，嚴重時還會導致停產[3]。相對于煉焦煤選煤廠，動力煤選煤廠煤泥水處理工藝較為簡單，一般僅采用濃縮機、加壓過濾機或板框壓濾機處理煤泥水，不設置浮選環節，因此動力煤選煤廠煤泥水處理系統管控的核心就是煤泥水沉降[4]。

神華神東煤炭集團洗選中心煤制油選煤廠是神東洗選中心唯一一座用戶型動力煤選煤廠，年設計能力為6.0 Mt，該廠一般采用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作為沉降藥劑，并采用多點加藥的方式，以提升沉降效果[5]。在煤泥水沉降困難時也曾采用昂貴的進口藥劑來加速煤泥水沉降[6]。即便如此，生產中也經常出現煤泥水沉降困難而束手無策的情況，因此，探索采用新型藥劑來改善煤泥水沉降效果勢在必行[7]。

為此，通過現場煤泥水試驗，研究了FeSO4·7H2O對選煤廠煤泥水沉降過程的影響，以期在選煤廠煤泥沉降困難時，通過合理添加FeSO4·7H2O來加速煤泥水沉降過程，從而保障選煤廠正常生產。

1 煤制油選煤廠工藝介紹

該廠原煤經三級破碎至30 mm以下，經脫泥篩脫泥后由兩產品重介質旋流器進行分選，細煤泥則采用水力分級旋流器+濃縮機+加壓過濾機回收[8]。煤制油選煤廠工藝原則流程如圖1所示。

圖1 煤制油選煤廠工藝原則流程

2 煤泥水沉降試驗

2.1 試驗條件

煤制油選煤廠細煤泥產量為50 t/h，煤泥水濃縮設備為30 m的WestTech中心傳動式濃縮機，采用CIBA自動加藥系統，所用藥劑為聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺。在藥劑添加上，采用多點加藥的添加方式[9]，其中：聚合氯化鋁設置一個加藥點，位于濃縮機分流箱處；聚丙烯酰胺設置兩個加藥點，分別位于穩流桶處和距穩流桶10 m 處。在煤質穩定的情況下，聚合氯化鋁加藥量為40 g/t，聚丙烯酰胺加藥量為6 g/t，即可保證煤泥水沉降效果良好，循環水水質澄清；但在煤質發生變化時，加藥量會出現翻倍式增長，且循環水發紅[10]，無法滿足正常生產需求[11]。加之聚合氯化鋁含有氯離子，對鋼結構的廠房、設備腐蝕較大，導致每年防腐費用居高不下，因此，在滿足生產需求的情況下，采用非氯離子藥劑勢在必行[12]。

2.2 試驗方案及過程

該試驗重點在于探索FeSO4·7H2O對循環水pH值的影響以及對煤泥水的沉降效果，并對選煤廠采用該藥劑后的經濟效果進行分析。

分別配制與目前系統使用的聚合氯化鋁濃度相同的FeSO4·7H2O溶液，通過沉降試驗分析添加FeSO4·7H2O后的沉降效果，并對循環水進行工業十項檢驗，檢測循環水水質變化情況。

選取三種不同的試驗方案進行沉降試驗：

(1)將FeSO4·7H2O與聚丙烯酰胺復配，進行煤泥水沉降試驗。FeSO4·7H2O濃度為18.38 kg/m3(與聚合氯化鋁濃度一致)；聚丙烯酰胺濃度為1.29 kg/m3；沉降時間為600 s；煤泥高度為量筒中煤泥沉淀層體積；澄清度為采用GXZ-0101型便攜式濁度儀測量后的數值與空白樣濁度值相比的百分數。試驗結果見表1。

表1 FeSO4·7H2O與聚丙烯酰胺復配時的沉降效果

(2)將FeSO4·7H2O溶液與聚合氯化鋁溶液分別按照一定比例復配，配合聚丙烯酰胺進行煤泥水沉降試驗。FeSO4·7H2O濃度為18.38 kg/m3(與聚合氯化鋁濃度一致);聚丙烯酰胺濃度為1.29 kg/m3；沉降時間為600 s；煤泥高度為量筒中煤層沉淀層體積；澄清度為采用GXZ-0101型便攜式濁度儀測量后的數值與空白樣濁度值相比的百分數。試驗結果見表2。

表2 FeSO4·7H2O、聚合氯化鋁復配與聚丙烯酰胺配合時的沉降效果

(3)將相同比例的聚合氯化鋁溶液和FeSO4·7H2O溶液分別配合聚丙烯酰胺進行沉降試驗，對比相同時間的煤泥高度與清水層濁度及pH值。沉降時間為600 s；煤泥高度為量筒中煤層沉淀層體積；澄清度為采用GXZ-0101型便攜式濁度儀測量后的數值與空白樣濁度值相比的百分數。試驗結果見表3。

表3 FeSO4·7H2O、聚合氯化鋁分別與聚丙烯酰胺復配時的沉降效果

由表1—表3可以看出：聚合氯化鋁與FeSO4·7H2O混合試驗，清水層濁度與聚合氯化鋁單獨使用時基本一致；相同量的FeSO4·7H2O與聚合氯化鋁分別配合聚丙烯酰胺試驗，加入FeSO4·7H2O時的煤泥水清水層濁度明顯優于加入聚合氯化鋁，沉降速度則基本一致。

根據煤泥水沉降試驗結果可知，將FeSO4·7H2O與聚丙烯酰胺按最佳配比加入取代濃縮機在用的聚合氯化鋁，進行濃縮機工業試驗[13]，觀察沉降效果以及煤泥系統排料情況，并定期在循環水池、清掃水管取樣，進行工業成分檢測分析。煤泥水使用FeSO4·7H2O前后試驗結果分別見表4、表5。

表4 煤泥水使用FeSO4·7H2O前試驗結果

表5 煤泥水使用FeSO4·7H2O后試驗結果

由表4、表5可知，使用FeSO4·7H2O時的沉降效果要明顯好于聚合氯化鋁。對比使用聚合氯化鋁與FeSO4·7H2O處理后的工業復用水可知，除了總硬度平均升高32.35 mg/L，硫酸鹽平均升高670 mg/L外，其余指標均有所降低：渾濁度平均降低12.01 NTU，pH值平均降低0.21，總堿度平均降低85.8 mg/L，氯化物平均降低157.7 mg/L，溶解性總固體平均降低269.78 mg/L，硫酸鹽含量達到1 197 mg/L(飲用水硫酸鹽含量不超過250 mg/L，工業復用水對硫酸鹽含量未做要求)。可見，使用FeSO4·7H2O處理后的復用水質明顯優于使用聚合氯化鋁。

3 經濟效益分析

通過試用新藥劑，煤制油選煤廠循環水、清掃水水質得到提升，有效保障了現場標準化工作的開展，并大大降低了藥劑使用量[14]，降低了清掃水中氯化物含量，循環水的pH值趨于中性，同時取得了非常可觀的經濟效益[15]。

目前煤制油選煤廠使用聚合氯化鋁價格是1 521.37元/t(不含管理費)，如果將聚合氯化鋁換成FeSO4·7H2O用于煤泥水沉降，FeSO4·7H2O價格是760元/t(含稅、含運費)，每噸費用將下降761.37元，使用量將在現有聚合氯化鋁基礎上降低30%(10 g/t)以上。按照全年入選原煤2 696 030 t計算，每年將節省經濟成本10.28萬元，且可將目前循環水中的氯化物含量降低157.7 mg/L以上，循環水pH值降低0.21以上，使循環水由弱堿性趨于中性。循環水中氯化物含量降低及pH值趨于中性，極大地減輕了循環水對鋼結構設備及各類管道、護欄的腐蝕作用，預計年節約標準化及亮化費用50萬元以上。

4 結論

(1)通過試驗分析了FeSO4·7H2O在煤泥水沉降過程中的作用，煤制油選煤廠采用FeSO4·7H2O替代聚合氯化鋁后取得了良好的沉降效果，并有效降低了循環水中的氯離子含量，提高了循環水澄清度。

(2)在試驗過程中發現FeSO4·7H2O在煤質變化時效果有波動，并不能適合所有選煤廠的煤質情況，需要針對具體問題進行具體分析。

(3)煤制油選煤廠的試驗結果表明，使用FeSO4·7H2O可節約生產成本，是一種效果良好的藥劑，有利于提高選煤廠煤泥水沉降效果，同時可為其他選煤廠煤泥水處理實踐提供參考。