治理高浓度煤泥水的絮凝剂的研究与应用

2022-07-06李怀念

山西化工 2022年3期

李怀念

（阳泉煤业（集团）股份有限责任公司五矿选煤厂，山西阳泉 045209）

五矿选煤厂是一座年处理能力6.80 Mt 的矿井型选煤厂。原煤经过13 mm 驰张筛脱粉，筛上物料进入洗选系统，洗选系统采用跳汰主再洗工艺。目前选煤厂煤泥水存在三级浓缩工艺：角锥池为第一级浓缩、角锥池溢流进入一次浓缩机为第二级浓缩、一次浓缩机底流去二次浓缩机为第三级浓缩。由于矸石易泥化，煤泥水系统复杂而且每一级浓缩的效果都不好，导致循环水质量浓度平均为300 g/L，有时高达400 g/L～500 g/L。这严重影响了跳汰机的分选精度，降低了精煤产率[1]。

为了降低煤泥水浓度，达到清水洗煤，实现洗水闭路循环，在不改变现有煤泥水系统工艺流程的基础上，向煤泥水中添加絮凝剂是行之有效的方法[2-6]。本文在研究煤泥水性质的基础上，选取多种絮凝剂进行了煤泥水絮凝沉降试验，最终选择性能最优的絮凝剂用于选煤厂的煤泥水浓缩和煤泥压滤，取得较好的工业应用效果。

1 煤泥水性质

1.1 煤泥水浓度

对一次浓缩机和二次浓缩机的入料、溢流和底流的浓度进行了测定。从表1 可知，浓缩机的浓缩效果差，溢流质量浓度均超过300 g/L。这样的溢流作为循环水将严重影响选煤效果。

表1 煤泥水系统各部分的浓度

1.2 煤泥粒度组成

表2 为一次浓缩机的入料、溢流和底流的小筛分试验的粒度组成，表3 为二次浓缩机的入料、底流和溢流的小筛分试验的粒度组成。由表2 可知，一次浓缩机的入料、溢流和底流的各粒级组成差别较小，说明一次浓缩机的浓缩效果差。同样地，由表3 可知，二次浓缩机的入料、溢流和底流的各粒级组成也基本相似，说明二次浓缩机的浓缩效果也很差。2 个浓缩机的入料中-0.03 mm 粒级产率均在50%左右，且灰分均超过50%，而+0.15 mm 粒级产率小于20%。说明2个浓缩机入料中存在大量高灰细泥，造成煤泥水自然沉降困难。对于二次浓缩机的溢流和底流，其粒度分布情况与入料相似，说明浓缩机的浓缩效果差。

表2 一次浓缩机入料、溢流、底流的粒度组成

表3 二次浓缩机入料、溢流、底流的粒度组成

2 煤泥水絮凝沉降试验

通过对五矿选煤厂一次浓缩机和二次浓缩机煤泥水性质的研究可知，煤泥水浓度高，细颗粒含量大且灰分高，煤泥水体系为带负电荷的煤泥颗粒形成的高浓度和高黏度的胶体。在现有的生产状况下很难沉降，需要添加絮凝剂加快煤泥沉降的效果。

2.1 煤泥水自然沉降试验

第114 页图1 的数据是二次浓缩机入料的自然沉降特性试验。从试验结果可知，煤泥水的自然沉降时间较长，短时间内很难达到澄清效果，需要加入凝聚剂或絮凝剂提高沉降效果。

图1 煤泥水自然沉降特性曲线

2.2 絮凝沉降试验

本次絮凝剂选择相对分子质量为1600 万、1800万、2 000 万的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）进行试验。考虑到煤泥水的实际情况，絮凝剂加药量较大时，沉降效果会更好。所以，在实验室中将各种分子量的絮凝剂按照较高的浓度0.3%配药比例制备药剂，溶解1 h 后分别开始试验。当药剂添加量为12 mL/L 煤泥水时，对相对分子质量为1 600 万、1 800 万、2 000 万的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的絮凝效果进行试验，试验结果见图2。从图2 可知，相对分子质量为1800 万的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）的沉降时间最短，沉降距离最大，沉降效果最佳。

图2 不同相对分子质量CPAM 的沉降特性曲线

选定相对分子质量为1800 万的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），研究不同药剂添加量时的絮凝效果。药剂添加量为12、16、20 mL/L（煤泥水）。试验结果见图3、图4。从试验结果可知，当药剂添加量为16 mL/L 时，絮凝沉降速度最快，絮团体积最小，絮团最结实，上清液透彻。

图3 不同药剂添加量的煤泥水沉降特性曲线

图4 絮凝剂加药前后的煤泥水情况

相对分子质量为1 800 万的阳离子聚丙烯酰胺的技术性能指标如下：固含量≥90%；离子度50%～60%；水不溶物≤0.3%；溶解速度≤60 min；残余单体质量分数≤0.1%。

3 煤泥水的工业试验

经过实验室对煤泥水絮凝沉降试验后，将相对分子质量为1 800 万的阳离子聚丙烯酰胺应用于选煤厂煤泥水浓缩机后进行压滤试验。从选煤厂压滤试验可知，添加相对分子质量为1 800 万的聚丙烯酰胺后，压滤时间比之前缩短了25 min～30 min，滤饼水分降低了3.0%左右，循环水质量浓度小于50 g/L。