煤泥脱水助滤剂的组合与优化

常晓华 李志红 樊民强

(1.大同煤矿集团有限责任公司同大科技研究院，山西省大同市，037003；2.太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024)

在强化细粒矿物脱水技术中，添加化学助滤剂可在不改变现有设备和工艺的情况下，达到提高过滤效率、降低滤饼水分的目的，不仅简单易行，而且投资小且见效快。

煤泥过滤脱水过程使用的化学助滤剂可分为高分子絮凝型助滤剂和表面活性剂型助滤剂。石常省等研究人员研究了不同类型的絮凝剂在煤泥压滤脱水中的作用，认为聚丙烯酰胺的吸附-桥联作用改变了脱水矿浆中的粒度组成，形成透气性好、有利于快速脱水的絮团结构，使细粒物料的过滤脱水效果明显改善；李志红等研究人员研究发现，高分子絮凝剂在提高煤泥初期过滤速度方面作用显著，但由于亲水性官能团的存在和卷带作用，对降低煤泥滤饼最终水分没有明显的促进作用，有时还会使滤饼水分增高；刘杰等研究人员研究了聚合氯化铝对贯屯煤泥的助滤作用，聚合氯化铝属无机高分子凝聚剂，脱水过程中可通过电性中和作用降低颗粒表面动电位，减小颗粒间的斥力，从而促进颗粒聚集成团，增大滤饼孔隙率，提高过滤速度；夏畅斌等研究人员研究发现，在适宜的矿浆pH条件下添加十二烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基溴化胺(DAB)均可使滤饼水分明显降低；祝学斌等研究人员报道了TLT5149型表面活性剂对车集选煤厂浮选精煤脱水的助滤作用，一定药剂用量下可缩短压滤时间约40 s，滤饼水分降低2.74%；孙冬等研究人员通过微乳液聚合法将表面活性剂和聚丙烯酰胺合成复合型煤泥脱水助滤剂，可实现提高过滤速度和降低滤饼水分的双重作用；张鸿波等研究人员采用凝聚剂型助滤剂Fe(NO3)3和聚丙烯酰胺联合助滤，改善了煤泥脱水效果，提高过滤速度的同时降低滤饼水分。

本文针对大同煤矿集团麻家梁矿选煤厂煤泥水分高的生产实际，研究不同类型助滤剂以及药剂组合对煤泥脱水的助滤效果，以期为降低选煤厂煤泥水分提出适宜的药剂制度。

1 煤样、药剂及试验装置

1.1 煤样

煤样选取同煤集团麻家梁选煤厂入选原煤，利用颚式破碎机将其破碎至-3 mm，然后筛取-0.5 mm物料进行脱水试验。煤泥试验煤样粒度组成见表1。

表1 煤泥试样粒度组成

由表1可以看出，试验煤样各粒级质量相近，灰分在26%～31%之间，平均灰分为28.54%。粒级分布以0.5～0.25 mm含量最高，为38.21%；其次为-0.045 mm微细粒级，含量为23.34%。

煤泥的矿物组成对其脱水效果有显著影响。采用X射线衍射仪(XRD)对煤泥试样的测试结果如图1所示。

图1 煤泥试样的XRD谱图

由图1可以看出，试验煤样中的矿物质主要是石英和高岭石。两者都具有较强的亲水性，特别是高岭石，属于黏土矿物的一种，遇水极易泥化成微细颗粒，不仅增加矿浆的粘度，而且容易填充颗粒间隙、增大过滤阻力，从而影响过滤效果。

1.2 助滤剂

基于试验煤样的粒度和矿物质组成特性，选择非离子聚丙烯酰胺PAM(600万分子量)、聚合氯化铝PAC以及十二烷基苯磺酸钠SDBS为脱水助滤剂，分别考查其对麻家梁选煤厂煤泥的脱水助滤效果。

1.3 试验装置

实验室脱水试验装置主要由压风机、加压过滤器和在线压力监控系统组成。配置矿浆浓度为320 g/L，静置40 min后加入药剂并混合搅拌10 min，然后倒入加压过虑机杯体(杯底铺有200目滤布)，控制气体压力在0.25 MPa进行脱水试验，控制脱水时间为120 s。利用九点法在滤饼上采取全水分试样，测定滤饼水分。

2 结果与讨论

2.1 单药剂助滤作用

聚丙烯酰胺属于高分子絮凝剂，对麻家梁煤泥试样的脱水助滤试验结果如图2所示。

由图2可以看出，聚丙烯酰胺在低药剂用量下对煤泥脱水具有较好的助滤作用。最佳用量为20 g/t，滤饼水分由不加药剂时的18.10%降至14.26%，降低了3.84%。药剂用量超过20 g/t后，由于絮团内的间隙水及酰胺基的亲水性，滤饼水分有所升高。

图2 聚丙烯酰胺PAM助滤试验结果

聚合氯化铝是无机高分子凝聚剂，在水中电离出Al3+，可与荷负电的煤泥颗粒形成静电中和作用，降低颗粒表面动电位，减小颗粒间斥力，从而促使颗粒凝聚，提高过滤效果。聚合氯化铝对煤泥试样脱水的助滤试验结果如图3所示。

图3 聚合氯化铝PAC助滤试验结果

由图3可以看出，聚合氯化铝用量为250 g/t时，滤饼水分可由空白值18.10%降低至16.62%；继续增大药剂用量，滤饼水分降低不明显；用量增至1000 g/t时，滤饼水分降至15.09%，降水幅度

达到3.01%。与聚丙烯酰胺助滤剂相比，聚合氯化铝做助滤剂时，药剂消耗量大且降水分作用相对较弱。

十二烷基苯磺酸钠为一种阴离子型表面活性剂，用作煤泥脱水助滤剂时的试验结果如图4所示。

图4 十二烷基苯磺酸钠SDBS助滤试验结果

由图4可以看出，当十二烷基苯磺酸钠的用量为500 g/t时，可使滤饼水分在空白试验基础上降低5.02%，降水作用显著，且明显优于聚丙烯酰胺和聚合氯化铝。

2.2 组合药剂助滤作用

通常认为，絮凝剂的主要作用在于煤泥成饼阶段，通过改变颗粒的几何特性，增强滤饼的渗透率从而提高过滤速度；表面活性剂则在脱水阶段体现出显著的效果，通过改善颗粒界面性质，降低滤液与毛细通道的摩擦阻力，使滤饼水分降低。故研究中经常将两种助滤剂联合使用。

固定聚丙烯酰胺用量为20 g/t，与其他药剂进行组合，考查药剂对煤泥的脱水助滤效果，试验结果见表2。

表2药剂组合助滤试验结果PAM用量：20 g/t

PAM+PACPAC用量 /g·t-1滤饼水分/%降水率/%PAM+SDBSSDBS用量 /g·t-1滤饼水分/%降水率/%PAM+PAC+SDBSSDBS用量 /g·t-1滤饼水分/%降水率/%014.26-014.00-014.48-10013.990.2710013.760.2410014.310.1725013.620.6420013.500.5020014.090.3950014.86-0.6030012.891.1130013.141.3475013.910.3540012.321.6840012.641.84100014.85-0.5950012.131.8750012.611.87

由表2可以看出，当聚丙烯酰胺用量为20 g/t与聚合氯化铝用量为250 g/t联合使用时，滤饼水分比聚丙烯酰胺单独助滤时降低0.64%，降水作用不显著；聚丙烯酰胺用量为20 g/t与十二烷基苯磺酸钠联合使用时，滤饼水分随着十二烷基苯磺酸钠用量的增大而降低，其用量为500 g/t时，滤饼水分相比聚丙烯酰胺单独助滤可降低1.87%，总降水率达到5.97%。

在聚丙烯酰胺与十二烷基苯磺酸钠组合中加入250g/t聚合氯化铝，滤饼水分变化规律保持不变，随十二烷基苯磺酸钠用量的增加而降低。十二烷基苯磺酸钠用量为500g/t时， 滤饼水分降低1.87%，说明聚合氯化铝的存在并不影响聚丙烯酰胺与十二烷基苯磺酸钠的联合助滤效果。

3 结论

(1)絮凝剂型助滤剂聚丙烯酰胺、聚合氯化铝及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠均能够对麻家梁煤泥脱水起到良好的助滤作用。

(2)就降低滤饼水分而言，3种药剂中以十二烷基苯磺酸钠的助滤性能最优，其用量为500 g/t时，可使滤饼水分在空白试验的基础上降低5.02%。

(3)不同类型助滤剂联合使用可明显改善煤泥的脱水效果。聚丙烯酰胺和十二烷基苯磺酸钠用量分别为20 g/t和500 g/t时，可使滤饼水分由18.10%降至12.13%，降水幅度5.97%。