选煤厂煤泥压滤脱水研究

黄文辉 武 彦 刘利波 汪竞争 崔家画 徐宏祥

(1.神华准格尔能源集团有限责任公司，内蒙古自治区鄂尔多斯市，010300；2.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京市海淀区，100083)

选煤厂压滤脱水作业是实现洗水闭路循环的重要环节，煤泥压滤脱水效果的好坏直接影响煤炭的分选效率以及辅助工艺环节作用的发挥[1-4]。当煤泥沉降——压滤脱水效果变差时，循环水的浓度和粘度都会增加，会对选煤厂重选和浮选作业产生不利影响；煤泥水分的增加导致产品的质量和热值下降[5]。所以，煤泥水的压滤脱水是选煤厂至关重要的环节。

影响煤泥水压滤脱水效果的因素有很多，包括煤泥水特性(入料组成、矿物组成)、煤浆特性(入料浓度)、压滤设备操作参数(压滤压力、压滤时间、滤室厚度、压滤介质)，其中煤泥水特性是影响煤泥水压滤效果的关键因素[2, 8-11]。煤泥粒度越细、灰分越大，脱水越困难，主要是因为煤泥中含有大量易泥化的粘土矿物，易产生极细颗粒，对脱水产生不利影响[1, 3, 4, 6, 7]。

本文结合神华准格尔能源集团有限责任公司准能选煤厂(以下简称“准能选煤厂”)现场情况研究了压滤压力、压滤时间和入料浓度对煤泥水压滤脱水效果的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验样品

煤泥水取自准能选煤厂生产现场一系统加压过滤机入料，将烘干煤泥缩分称取200 g，根据煤炭筛分实验办法(GB/T 477-2008)对煤泥进行粒度分析。

1.2 压滤脱水试验装置

压滤试验采用实验室自主设计的煤泥水压滤装置，压滤装置示意图与实物图如图1所示。

由图1可以看出，煤泥水压滤装置由3部分组成，主要包括过滤机主体、煤泥水给料装置和空气压缩机。过滤机主体包括头板、加压仓、滤室，其中滤室由滤框和滤板组成。煤泥水给料装置主要包括煤泥水桶、气动隔膜泵等。空气压缩机最大风压为0.7 MPa，工作时将滤布平铺在滤板上。

图1 煤泥水压滤装置示意图与实物图

1.3 煤泥水压滤脱水试验

取5个1000 mL的烧杯，取选煤厂现场加压过滤机入料，混合均匀后，每份试样取500 mL，分别进行压滤压力、压滤时间和入料浓度条件试验，压滤结束后取出滤饼，测定滤饼水分。

2 结果与讨论

2.1 煤泥粒度组成分析

加压过滤机入料小筛分试验结果见表1。

表1 加压过滤机入料粒度组成

由表1可以看出，加压过滤机的入料矿浆总灰分为26.85%；-0.074 mm粒级含量为70.42%，加权灰分为28.45%；各粒级含量最高的是-0.045 mm，所占比例为59.36%；其次是0.045～0.074 mm，所占比例为11.06%；煤泥水中细颗粒含量越高越不容易脱水。主要原因是滤饼中的水与煤呈物理态结合，它吸附在煤颗粒的外表面、内部孔隙中和滤饼的孔隙中，由于液体表面张力的作用，滤饼孔隙中的水存在毛细管压力，且滤饼孔隙越小，毛细管压力越大。煤泥水中-0.074 mm粒级的含量越高，煤泥颗粒的比表面积越大，压滤脱水后形成的滤饼中小孔隙的数量越多，相同操作条件下滤饼脱水越难。

2.2 压滤脱水压力对滤饼水分的影响

压滤压力对滤饼水分的影响试验如图2所示。

图2 压滤脱水压力对煤泥水脱水的影响

由图2可以看出，随着压滤压力的增大，滤饼水分逐渐降低，这是因为压滤压力是煤泥水压滤脱水的动力，且压滤压力越大，高压空气能置换的滤饼孔隙越小，导致煤泥水压滤的滤饼水分降低。综合成本和脱水效果分析，最佳压滤脱水压力是0.3 MPa，滤饼水分为23.73%。

2.3 压滤时间对滤饼水分的影响

压滤时间对滤饼水分的影响试验结果如图3所示。

由图3可以看出，滤饼水分含量随压滤时间的增大逐渐降低后趋于平缓，在压滤初期，滤饼水分先迅速下降，但随着压滤时间继续增大，滤饼水分含量慢慢趋于稳定。这是因为在压滤前期，滤饼尚未形成，此时水分主要为矿浆中流动的水，通过过滤介质很快脱除；到过滤后期，滤饼基本形成，水分主要是滤饼孔道中的毛细水，较难脱除。综合成本分析，最佳压滤时间是120 s，滤饼水分为23.74%。

图3 压滤时间对煤泥水脱水的影响

2.4 入料浓度对煤泥水分的影响

入料浓度对滤饼水分的影响试验结果如图4所示。

图4 入料浓度对煤泥水脱水的影响

由图4可以看出，随着入料浓度的增加，滤饼水分逐渐降低，当入料浓度低时，滤饼形成速度较慢，压滤介质的孔眼很快会被堵住；随着料浆浓度的提高，由于煤泥水中颗粒的互相干扰，细颗粒直接进入压滤介质孔眼的概率降低，而是在其上形成拱架桥。使压滤介质的孔眼不会立即被严重堵塞，所以入料浓度越低，其滤饼水分越高，当矿浆浓度较高，滤饼形成的速度较快，其滤饼水分相比矿浆浓度较低时低，可见矿浆浓度对滤饼水分的影响明显。当入料浓度较高时，在管道中流动困难，容易造成管道堵塞，综合现场条件分析，最佳入料浓度是400 g/L，滤饼水分为22.60%。

2.5 压滤动力学分析

选择压滤时间为120 s、煤泥水浓度为400 g/L，研究压滤压力对煤泥水压滤脱水速率的影响规律。定义单位时间滤饼水分的变化率为压滤脱水速率，用其表示煤泥水压滤脱水的快慢。不同压滤压力下煤泥水压滤脱水速率如图5所示。

图5 不同压滤压力下煤泥水压滤脱水速率

由图5可以看出，不同压滤压力下滤饼水分含量与压滤时间呈现出一定的线性关系。随着压滤压力的增加，煤泥水压滤脱水速率逐渐增大，当压力为0.3 MPa时，煤泥水脱水速率最大。这是由于压滤压力是煤泥水压滤脱水的动力，滤饼孔道中的水存在毛细管压力，只有压滤脱水压力大于滤饼孔道中水的毛细管压力，滤饼孔道中的水才会被气体置换。保持其他条件一致时，滤饼的孔道大小基本相同，随着压滤压力的增大，其能置换的孔道水越多，滤饼水分越低。

3 结论

准能选煤厂煤泥水中-0.074 mm粒级含量为70.42%，所占比例高，不利于煤泥水脱水；随着压滤压力的增大，滤饼水分逐渐降低，最佳压滤脱水压力是0.3 MPa；随着压滤时间的增加，滤饼水分先显著减少后趋于平缓，最佳压滤脱水时间是120 s；随着入料浓度的增加，滤饼水分逐渐降低，最佳入料浓度是400 g/L，滤饼水分为22.60%；压滤压力对煤泥水压滤脱水速率影响显著，随着压滤压力的增加，煤泥水压滤脱水速率逐渐增大。