復合助濾劑在煤泥壓濾中的研究與應用

李曉強， 任建賓， 張東利

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

引 言

當壓濾入料中微細煤粒含量多時，壓濾過程中常出現濾布堵塞、透氣性差、壓濾時間長、濾餅水分高等問題。通過向壓濾機前的攪拌桶煤漿中添加助濾劑的方法可以縮短壓濾時間、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。在生產實踐中發現，使用單一類型助濾劑時壓濾效果一般，而組合使用不同類型的助濾劑，綜合各類助濾劑的優勢，可更好地縮短壓濾時間和降低濾餅水分[4-7]。

本文在充分研究新景礦洗煤廠煤泥水性質的基礎上，進行了凝聚劑和絮凝劑復配制作助濾劑的試驗研究，并應用于煤泥的工業壓濾作業。

1 煤泥水性質研究

壓濾機入料煤泥水中<0.045 mm粒級物料占46.55%，灰分為48.49%，這些煤泥粒度細、灰分高、黏性大，難于沉降和壓濾。煤泥水質量濃度為380.91 g/L，處于壓濾設備要求的入料濃度范圍(350 g/L～550 g/L)內。煤泥水的表面電位為-42.355 mV，電位較高，導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，說明煤泥水帶有一定的負電荷。煤泥水中鈣離子和鎂離子的質量濃度分別為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)，說明該煤泥水的硬度高。礦化度(含鹽量)較低，為2 547 mg/L。

2 復合助濾劑的助濾試驗研究

根據煤泥水性質的試驗數據可知，壓濾機入料煤泥中存在一定量的微細顆粒和粗顆粒。以黏土礦物為主的微細顆粒壓濾時采用無機電解質作為助濾劑效果好，而對于煤泥粗顆粒，壓濾時采用有機絮凝劑作為助濾劑效果較好。同時，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。根據經驗，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。因為鈉鹽在溶液中會電離出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，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離子Na+和陰離子-COO-基團。Na+可以中和煤泥水中煤泥顆粒表面所帶負電荷，而-COO-基團的電負性既有助于分子的展開，又有利于架橋作用的產生。因此，本文考慮將氯化鈉與陰離子聚丙烯酰胺進行復配生產復合助濾劑。

2.1 實驗室研究

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攪拌混合后倒入布氏漏斗中進行真空過濾并計時。當漏斗下方10 s內無濾液滴出時，終止過濾，并記錄過濾時間，測定濾餅水分。

1) 氯化鈉助濾劑試驗結果

將氯化鈉配制成質量分數為5%的溶液加入壓濾機入料煤泥水中進行過濾試驗，試驗結果如圖1所示。當不添加助濾劑時，過濾時間為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結果

將不同相對分子質量的陰離子聚丙烯酰胺分別加入煤泥水中進行過濾試驗，考察過濾時間和濾餅水分與陰離子聚丙烯酰胺相對分子質量的關系。陰離子聚丙烯酰胺的相對分子質量分別為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量分數為0.1%的溶液。試驗結果見圖2。

圖2 不同相對分子質量聚丙烯酰胺的助濾效果

實驗結果表明，隨著陰離子聚丙烯酰胺相對分子質量的增加，過濾時間減少，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，且相對分子質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提高濾餅的水分，相對分子質量越大濾餅的水分也越高。因此在對煤泥水進行助濾時要選擇相對分子質量適中的陰離子聚丙烯酰胺。

根據試驗結果，本文選擇相對分子質量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺作為助濾劑進行過濾試驗。試驗結果見圖3。隨著陰離子聚丙烯酰胺用量的增加，過濾時間不斷減少，濾餅水分先減少后增加。在用量為60 g/m3時濾餅水分最低為31.4%，過濾時間為1 458 s，比空白試驗的過濾時間和濾餅水分均有較大幅度降低。

圖3 相對分子質量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺的助濾效果

3) 復合助濾劑的試驗研究

將氯化鈉和相對分子質量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺按比例混合，并制成質量分數為0.3%的溶液，溶液用量為200 g/m3，研究復合助濾劑的助濾效果。試驗結果如圖4。當陰離子聚丙烯酰胺與氯化鈉的配合比例為35∶65時，濾餅水分最低，而過濾時間較短。所以，認為此時的配比最佳。

圖4 復合助濾劑配比試驗結果

2.2 工業試驗研究

將配比w(APAM)∶w(NaCl)=35∶65的復合助濾劑以0.3%的濃度配制成溶液，進行了助濾劑的工業壓濾試驗。試驗結果見第140頁表1。工業壓濾試驗結果表明，該助濾劑能適應本礦煤質變化的實際情況，泥餅脫落正常，不粘濾布、堵濾布網眼現象出現，且出水較不加藥前更加純凈。壓濾時間明顯縮短，加藥后的壓濾時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 工業壓濾試驗結果

3 結論

1) 通過深入研究壓濾機入料煤泥水的性質，確定了將氯化鈉與相對分子質量為1 000萬的陰離子聚丙烯酰胺進行復配生產復合助濾劑的技術路線。當w(APAM)∶w(NaCl)=35∶65，濾餅水分最低，過濾時間也較短，此時的配比最佳。

2) 工業壓濾助濾試驗結果表明，該助濾劑能適應本礦煤質變化的實際情況，加藥后比加藥前的壓濾時間平均縮短了360 s左右，濾餅水分平均降低了2.0%。