煤泥压滤中助滤剂的应用研究

2019-03-08许文科谢广元彭耀丽胡鹏飞

中国煤炭 2019年2期

王健马伟田晋许文科谢广元彭耀丽胡鹏飞

(1.山西晋煤集团技术研究院有限责任公司，山西省晋城市，048000；2.山西神悦节能技术有限责任公司，山西省晋城市，048000；3.山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司选煤厂，山西省晋城市，048000；4.中国矿业大学化工学院，江苏省徐州市，221116)

浮选尾煤进行脱水处理是实现选煤厂内煤泥水闭路循环的重要环节，这有益于保护环境、提高经济效益。由于浮选尾煤具有粒度细、粘度大以及黏土矿物多等特点，导致煤泥压滤环节压滤速率低，影响企业正常的生产。同时，较高的滤饼水分会造成水资源浪费、运输成本增加、储运难度大、热值下降。在煤泥压滤的过程中，采用添加助滤剂的方法可以在不改变现有工艺及设备的前提下改善压滤效果，具有简单、快捷、成本低、见效快的优势，因而受到了广泛的研究与应用。

目前，按其作用特征主要分为无机盐、高分子絮凝剂和表面活性剂这3类煤用助滤剂。郝亚洲等研究人员在新集一矿选煤厂助滤剂的选择与应用中采用了CaCl2与PAM复配使用的加药制度，大大提高了压滤速度；罗晓玲等研究人员对比了十二烷基苯磺酸钠、咪唑啉两种表面活性剂对煤泥的助滤作用；Naureen Alam 等研究表明最佳的絮凝剂用量能提高压滤速度，但过大的絮团不利于脱水，而且使滤饼水分升高。

由于各选煤厂的煤泥水性质不同，寻找到针对性更好的助滤剂对提高压滤效率意义重大。本研究通过不同类型助滤剂的实验室与工业试验，探寻适宜于赵庄选煤厂煤泥压滤的助滤剂以提高压滤机的处理能力，降低滤饼水分。

1 试验样品与试验方法

1.1 试验样品

试验样品取自赵庄选煤厂浓缩机底流，浓度为 500 g/L，通过小筛分对浓缩机底流的粒度组成进行分析，浓缩机底流小筛分试验结果见表1。采用布鲁克XRD-S8对浓缩机底流进行分析，其结果如图1所示。

表1 浓缩机底流小筛分试验结果

由表1可以看出，浓缩机底流中-0.045 mm粒级占63.74%，灰分为32.19%。

由图1可以看出，其中主要的矿物成分为石英和高岭土。

1.2 实验室抽滤试验方法

实验室试验中，先在烧杯内加入80 mL矿浆，添加一定量的助滤剂后搅拌均匀，倒入布氏漏斗中，打开真空泵进行抽滤并计时，当布氏漏斗下方10 s内无滤液滴落时，抽滤结束，记录抽滤时间，测量滤饼水分。试验中使用的助滤剂包括FM-1、5445-1、1000-3和聚合氯化铝。

图1 浓缩机底流样品的XRD分析图谱

1.3 煤泥絮凝体分形维数计算

在烧杯中取100 mL的浓缩机底流，添加助滤剂后搅拌均匀，用注射器吸取少量的矿浆置于载玻片上，在偏光显微镜下观察，拍照。使用软件ImageJ对照片进行二值化处理，并提取凝聚体的投影面积与最大长度进行分形维数计算。本研究中采用英国学者J.Gregory提出的分型维数求解方法。絮凝体的投影面积S与最大长度L满足关系式见式(1)：

S=αLDf

(1)

式中：Df——絮凝体的分形维数；

α——比例常数。

对此关系式进行变换可得出LnS=DfLnL+Lnα。从此关系式可以看出，lnS与lnL有线性关系，Df是直线的斜率。

1.4 工业试验

工业试验过程中使用药剂搅拌桶对助滤剂进行溶解，然后采用药剂泵添加至浓缩机底流入料管道出口处，使进入煤泥桶的矿浆与药剂有一定的混合时间。记录同一台压滤机，在添加两种药剂及空白条件下的上料时间。因为当压滤入料越容易脱水，压滤机的上料时间越短。工业试验原理如图2所示。

2 结果与讨论

2.1 实验室试验

在浓缩机底流中添加不同种类的助滤剂进行抽滤试验，各助滤剂添加量对抽滤时间影响的结果如图3、图4、图5和图6所示。

图2 工业试验原理

图3 FM-1助滤试验结果

图4 聚合氯化铝助滤试验结果

图5 5445-1助滤试验结果

由图3、图4、图5和图6可以看出，随着助滤剂用量的增加，抽滤时间不断减少，最终减少幅度趋于平缓。对于本试验中使用的浓缩机底流而言，FM-1药剂的效果最好，抽滤时间由空白试验的382 s降低到了药剂用量为500 g/t时的170 s，在药剂用量为300 g/t时抽滤时间就能降低到203 s；聚合氯化铝效果次之，抽滤时间由空白试验的382 s降低到了药剂用量为1750 g/t时的205 s。

图6 1000-3助滤试验结果

2.2 分形维数分析

絮凝体的结构对过滤特性有显著影响。在添加助滤剂后，煤泥形成的絮凝体结构具有自相似性和标度不变性，可以使用分形维数来准确描述和定量分析其结构。因此，可通过分形维数这一新视角对助滤剂的添加量进行优化。添加不同用量的FM-1药剂后，煤泥絮凝体的形貌照片及分形维数如图7、图8、图9和图10所示。

图7 FM-1添加量50 g/t时煤泥絮凝体照片及分形维数

图8 FM-1添加量100 g/t时煤泥絮凝体照片及分形维数

图9 FM-1添加量300 g/t时煤泥絮凝体照片及分形维数

由图7、图8、图9和图10的煤泥絮凝体照片可以看出，随着FM-1药剂添加量的增加，絮凝体越来越大，絮凝体形状越来越接近圆形。絮凝体的分形维数Df也随着药剂用量的增加不断升高，说明絮凝体结构从疏松逐渐变得紧密，而紧密的絮凝体结构是有益于脱水的。当药剂添加量为300 g/t时，Df为1.91，相比于50 g/t药剂添加量时的1.73，Df值有明显的升高；当继续增加药剂用量至500 g/t，Df为1.97，Df值上升得很少，这说明300 g/t的FM-1药剂添加量是比较合适的，添加过多的药剂不能进一步优化絮凝体的结构。这与实验室抽滤试验结果是一致的。

2.3 工业试验

根据实验室试验结果，选取FM-1和聚合氯化铝这2种药剂在赵庄选煤厂进行了工业试验。根据实验室试验，选取聚合氯化铝用量为1750 g/t和FM-1用量为300 g/t进行工业试验。各条件下均进行了多组试验，为添加两种药剂及空白试验压滤机的上料时间见表2。

由表2可以看出，添加聚合氯化铝和FM-1均能有效缩短压滤机的上料时间。添加1750 g/t的聚合氯化铝，压滤机上料时间从不加药的643 s减少到550 s；添加300 g/t的FM-1，压滤机上料时间从不加药的643 s减少到430 s。对比2种助滤剂，可以看出FM-1的助滤效果更好，能大幅提高压滤机的处理能力。此外，在此药剂用量下，FM-1的用量约为聚合氯化铝用量的1/6，能大幅降低加药环节的工作量。