组合助滤剂强化选煤厂微细煤泥脱水的研究

2021-11-11武日刚

山西焦煤科技 2021年9期

武日刚

(山西焦煤汾西矿业集团洗煤厂，山西介休 032000)

汾西矿业洗煤厂隶属于山西焦煤汾西矿业集团，是我国最早建设的中央型选煤厂之一。洗煤厂目前主要入洗多个资源整合矿的原煤。由于煤源不同，入洗原煤性质特别是细煤泥含量、粒度组成等差异显著，致使洗煤厂生产过程中煤泥水系统不稳定，存在浓缩机溢流水不清或压滤煤泥水分偏高等问题。本文以该洗煤厂入洗的正中煤矿-0.5 mm原生煤泥为对象，研究不同类型助滤剂及其组合对煤泥脱水的促进作用，以期对洗煤厂生产实践提供一定指导。

1 试样性质与研究方法

1.1 煤泥性质

依据国家标准GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》对正中煤矿-0.5 mm煤泥试样进行筛分试验，结果见表1.

由表1可以看出，正中煤矿-0.5 mm原生煤泥的灰分偏高，说明其中含有较多的无机矿物质。就粒度分布而言，-0.045 mm微细粒级含量高达34.71%，灰分37.44%，高出试样平均灰分7.23个百分点，说明煤泥中的高灰细泥含量大，存在一定矸石泥化现象。

表1 煤泥的粒度组成表

为进一步了解煤泥中的矿物质组成，对其进行了灰成分分析，结果见表2.

表2 正中煤泥的灰成分分析表

由表2可以看出，正中煤泥的灰成分中以Al2O3和SiO2占比最大。其中SiO2对应煤泥中的石英矿物和黏土类矿物，而Al2O3主要与煤泥中的黏土矿物如高岭石、蒙脱石等相关。黏土类矿物遇水极易分散成微细的悬浮颗粒，且颗粒表面带有较强负电荷，进入选煤厂分选系统将造成后续煤泥水沉降和脱水困难，严重时会影响整个系统的分选效率[1-3].

1.2 研究方法

在300 g/L浓度的煤浆中加入适量助滤剂，搅拌使之混合均匀，倒入加压过滤实验装置的杯体；开启进气阀门，通入压缩空气并保持压力在0.2 MPa，脱水5 min，然后关闭进气阀门。

打开杯体，采用九点取样法采集滤饼水分煤样，放入称量瓶(质量m0)内称重，记作m1；打开称量瓶盖，将其放入恒温鼓风干燥箱，在105 ℃条件下干燥2.5 h.取出称量瓶并将其放入干燥器中，冷却至室温后再次称重，记作m2，并按下式计算滤饼全水分Mt：

选用3种不同类型助滤剂，即絮凝剂型助滤剂聚丙烯酰胺(PAM)，凝聚剂型助滤剂聚合氯化铝(PAC)和表面活性剂型助滤剂十二烷基硫酸钠(SDS).

2 结果与讨论

2.1 助滤剂类型对煤泥脱水效果的影响

3种不同类型助滤剂单独作用下，正中煤泥的脱水结果见表3.

表3 不同助滤剂作用下的煤泥脱水效果表

由表3可以看出，不添加任何药剂条件下，煤泥试样在压力0.2 MPa下过滤5 min，滤饼水分约为29.0%，过滤速度慢且滤饼水分高。相同条件下，添加3种类型助滤剂均能够促进煤泥脱水，其中SDS的助滤效果最为显著。以PAM为助滤剂，在20 g/t用量时可降低滤饼水分2.21个百分点；PAC助滤剂在750 g/t用量时助滤效果最佳，可降低滤饼水分3.12个百分点，且滤饼水分随其用量的增加呈持续降低趋势；以SDS为助滤剂，用量为100 g/t时的助滤效果最佳，滤饼水分较空白试验结果降低3.35个百分点，但随SDS药剂用量增加，滤饼水分降低幅度减小。

3种不同类型助滤剂在选择的用量范围内对降低滤饼水分均有明显的促进作用，但各具优势与不足。PAM用量少，但其难溶于水，需配置专门的药剂溶解系统，助滤效果相对较弱。PAC可溶于水，配置和添加相对较为容易，但用量偏大。SDS是阴离子型表面活性剂，具有一定的起泡性，用量大时会对分选系统造成不利影响。

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[4]；表面活性剂则在脱水阶段体现出显著效果，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[5,6].故研究中经常将两种助滤剂联合使用，通过两种或多种药剂之间的协同效应，使煤泥脱水效果达到明显改善。

2.2 组合药剂对煤泥脱水效果的影响

组合药剂主要考查PAM与其余两种药剂即PAC和SDS的组合使用对煤泥脱水的助滤效果。结合前述单药剂试验结果，固定PAM用量为20 g/t，不同药剂组合作用的脱水结果见表4.

表4 组合药剂作用下的煤泥脱水效果表

由表4数据可以看出，PAM一定时，两种二元药剂组合的助滤效果随药剂用量增加呈现相同的变化规律，即PAC和SDS添加量少时，滤饼水分不降反升。PAC用量提高至500 g/t时，二元药剂组合可降低滤饼水分至25.11%，较PAM单独使用时降低1.68个百分点；SDS用量为300 g/t时，二元药剂组合可降低滤饼水分至25.23%，较PAM单独使用时降低1.56个百分点。两种二元药剂组合的助滤效果基本相当，但PAM+SDS组合中的SDS用量较大，其自身具有一定起泡性，用量大时可能影响系统生产。

为加速颗粒沉降和获取澄清循环水，选煤厂实际生产中在尾煤浓缩机要添加絮凝剂PAM和凝聚剂PAC，换言之，进入脱水环节的煤浆中已经含有两种药剂。为考查此基础上再添加SDS的三元药剂助滤效果，固定PAM和PAC用量分别为20 g/t和500 g/t，调整SDS用量对煤泥进行助滤研究。为便于比较，其结果一并示于表4.可以看出，在PAM和PAC用量一定时，三元药剂的助滤作用随SDS用量的增加而降低。SDS用量为100 g/t时的助滤效果最佳，滤饼水分24.42%，较二元药剂组合降低0.69个百分点。

一定试验条件下，不添任何助滤剂时的空白滤饼水分为29.00%.不同助滤剂及其组合作用下的最佳脱水结果见图1.

图1 不同助滤剂条件下的煤泥脱水效果对比图

由图1可以看出，3种不同类型助滤剂单独作用时，以SDS的作用效果最佳。基于PAM的二元和三元药剂组合可进一步改善煤泥脱水效果，且更符合工业生产实际。三元药剂组合PAM+PAC+SDS在其用量分别为20 g/t，500 g/t和100 g/t时，可使煤泥滤饼水分由空白水分29.00%降低至24.42%，总降水达到4.58个百分点。

综上，由于药剂间存在一定的协同作用，使得多元药剂组合对煤泥的助滤效果要优于单药剂的作用[7-8].工业生产中，可根据需要在压滤机入料桶添加一定量的PAC或SDS(或其他表面活性剂)以强化煤泥的脱水。需要指出的是，SDS等表面活性剂的用量不能过大，否则不仅滤饼水分增加，而且会产生大量泡沫，给整个系统造成不利影响。