王亞健 趙 翔 徐宏祥

（1山西潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西長治 064100 2中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 北京 100083）

引言

煤泥水沉降困難與濃縮后煤泥壓濾困難是影響整個(gè)選煤系統(tǒng)正常生產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。煤泥水是一種多相、多分散的復(fù)雜體系，混雜有大量煤粉和泥土，且含有多種礦物的懸浮顆粒，而且煤泥水中顆粒粒度分布寬，是整個(gè)選煤生產(chǎn)系統(tǒng)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜、生產(chǎn)成本最高、直接經(jīng)濟(jì)收益最?。ㄓ袝r(shí)甚至?xí)秦?fù)效益）的環(huán)節(jié)[2]。煤泥水沉降不好，會導(dǎo)致懸浮顆粒濃度過高，影響主選的分選精度和穩(wěn)定性；煤泥壓濾脫水不暢會導(dǎo)致大量煤泥在濃縮機(jī)中堆積，耙壓升高，都會影響選煤廠正常生產(chǎn)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此，煤泥水高效沉降與高濃度煤泥水壓濾脫水作為保障選煤廠的正常生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的決定性環(huán)節(jié)，對選煤廠的正常生產(chǎn)與提高經(jīng)濟(jì)效益，提高環(huán)境生態(tài)保護(hù)有重要意義[3-5]。

1 煤泥水來源及性質(zhì)

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器

實(shí)驗(yàn)儀器：X射線熒光光譜儀、激光粒度分析儀、離子色譜儀、紅外快速干燥箱、磁力攪拌器、濁度計(jì)以及滴定管、吸耳球等玻璃輔助儀器。實(shí)驗(yàn)藥品：CaCl2（氯化鈣；分析純）、MgCl2（氯化鎂；分析純）、EDTA（分析純）、指示劑鉻黑T、聚合氯化鋁以及聚丙烯酰胺。

浮選尾礦上清液采自余吾選煤廠正常運(yùn)行時(shí)水樣。采用ICS-1100型離子色譜儀測定浮選尾礦自然沉降后的上清液中陰、陽離子含量；采用滴定法測定上述水樣的總硬度。測試結(jié)果如表1所示。

表1 浮選尾礦上清液離子含量及總硬度

通過對余吾煤泥水的探索分析，得到其主要的水樣的離子含量如表1所示。通過前面電導(dǎo)率的測量可知，余吾煤泥水的電導(dǎo)率較高，這說明其中含有的導(dǎo)電離子較多，但多為一價(jià)的鈉離子和負(fù)離子，高價(jià)離子很少。且從水質(zhì)硬度來看屬于軟水類型。對于顆粒沉降而言，高價(jià)離子更加有利于壓縮帶電顆粒表面的雙電層。根據(jù)長期的煤泥水澄清處理研究表明，煤和細(xì)泥表面帶有負(fù)電荷，而加入高價(jià)的陽離子可有助于降低帶電顆粒表面的靜電斥力，從而更有利于顆粒相互吸引增加顆粒粒度而實(shí)現(xiàn)沉降。對于低價(jià)離子含量較多的余吾煤泥水質(zhì)，導(dǎo)致了其電導(dǎo)率高而硬度低，因此沉降效果差的現(xiàn)狀。

1.2 煤泥水性質(zhì)分析

取2000 ml浮選尾煤水樣，過濾，烘干后稱重，計(jì)算水樣固體濃度為10.67 g/L。烘干后煤樣進(jìn)行灰分、粒度組成和礦物組成測定。采用粒度分析儀進(jìn)行粒度分析，每個(gè)樣品測試三次，取平均值作為最終結(jié)果，利用X射線熒光光譜儀進(jìn)行礦物組成分析。浮選尾煤灰分為59.76%。

通過粒度分析可以看出，浮選尾煤中+11 μm占總粒級的66.36%。經(jīng)過X射線煤泥水中除煤含量40.800%以外含量最多的是硅鋁酸鹽，其中SiO2含量30.480%，Al2O3含量為18.340%，剩余主要為一些礦物單質(zhì)，包括 Sr、Mn、Ba、P、Cl、S，合計(jì)含量不超過2%，上下的礦物鹽類大概在10%左右，說明在余吾煤泥水中主要還是硅酸鹽類含量較多，與測試的灰分結(jié)果呈正相關(guān)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 不同凝聚劑對于煤泥水沉降的影響

為確定最佳的凝聚劑種類，對現(xiàn)場采集的煤泥水進(jìn)行絮凝沉降試驗(yàn)。由于沉降時(shí)間快，煤泥水濃度低，用拍照時(shí)間記錄沉降效果的好壞。

取浮選尾煤水樣于500 ml具塞量筒中，各加入4mL凝聚劑以后，上下翻轉(zhuǎn)量筒，隨后分別加入2mL現(xiàn)場PAM，上下翻轉(zhuǎn)量筒。靜置5 min后，測定上清液濁度。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同凝聚劑對于煤泥水沉降的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)現(xiàn)場PAM用量均為2mL時(shí)，使用凝聚劑為現(xiàn)場PAC時(shí)，煤泥水沉降后上清液濁度為95.8NTU；凝聚劑為MgCl2時(shí)，上清液濁度為263NTU；凝聚劑是CaCl2時(shí)，上清液濁度為223NTU。可知在相同條件下，使用現(xiàn)場PAC作為凝聚劑時(shí)，煤泥水沉降后上清液濁度最低。

2.2 凝聚劑用量對于煤泥水沉降的影響

保持現(xiàn)場PAM濃度與用量不變，改變凝聚劑現(xiàn)場PAM的用量，進(jìn)行煤泥水沉降試驗(yàn)，沉降5min后，測量上清液濁度，以確定現(xiàn)場PAC最佳用量。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 凝聚劑用量對于煤泥水沉降的影響

從圖2可知，在絮凝劑用量為2mL時(shí)，上清液濁度隨著現(xiàn)場PAC的用量增加呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢，在凝聚劑用量為3mL是濁度最低，為52NTU，效果最好。濁度的變化趨勢主要是由于當(dāng)現(xiàn)場PAC用量超過3mL時(shí)，煤泥水中Al3+數(shù)量過多，中和了懸浮固體顆粒表面的負(fù)電荷，產(chǎn)生了反向性吸附，顆粒表面表現(xiàn)出正電性所造成的。

2.3 絮凝劑種類對于煤泥水沉降的影響

取浮選尾煤水樣于500 ml具塞量筒中，加入3mL濃度為1%現(xiàn)場PAC后，上下翻轉(zhuǎn)量筒，隨后加入3mL濃度為0.5‰的現(xiàn)場PAM和FOCUS，上下翻轉(zhuǎn)量筒。靜置5 min后，測定上清液濁度。為增加試驗(yàn)準(zhǔn)確度，進(jìn)行三組平行試驗(yàn)。

在相同條件下測得加入現(xiàn)場PAM時(shí)的上清液濁度分別為52.0、51.4和52.6NTU，而加入絮凝劑FOCUS時(shí)，上清液濁度也明顯降低，分別為57.5、58.3和58.1NTU。從平行試驗(yàn)結(jié)果可以看出在相同條件下，使用中的兩種絮凝劑都能有效的降低上清液濁度，濁度最低分別能夠達(dá)到51.4NTU和57.5NTU，所以在這一類煤泥水中，采用現(xiàn)場PAM效果最好，上清液濁度最低。

2.4 現(xiàn)場PAM用量對于煤泥水沉降的影響

實(shí)驗(yàn)確定了最佳的藥劑組合為現(xiàn)場藥劑組合，即現(xiàn)場PAC與現(xiàn)場PAM的組合，同時(shí)已確定凝聚劑現(xiàn)場PAC的最佳用量為3mL，故保持實(shí)驗(yàn)條件和凝聚劑用量3ml不變，確定絮凝劑現(xiàn)場PAM用量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示：

圖3 絮凝劑用量對于煤泥水沉降的影響

從圖3看出，在凝聚劑用量不變的情況下，改變絮凝劑的用量，上清液的濁度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在絮凝劑用量為2mL是達(dá)到最低，為49.0NTU。所以確定對于試驗(yàn)中的煤泥水，沉降效果最好的藥劑組合及用量為3mL現(xiàn)場PAC和2mL現(xiàn)場PAM。

結(jié)語

（1）余吾選煤廠煤泥水具有粒度細(xì)、灰分高，泥質(zhì)礦物含量高等特點(diǎn)，因此很難沉降。需要通過凝聚劑與絮凝劑的共同作用才能實(shí)現(xiàn)煤泥水的固液分離。

（2）當(dāng)煤泥水濃度為5.67g/L時(shí)，進(jìn)行煤泥沉降試驗(yàn)，針對不同的凝聚劑，現(xiàn)場PAC，MgCl2和CaCl2；不同的絮凝劑，現(xiàn)場PAM和FOCUS，其中最佳的藥劑組合為現(xiàn)場PAC和現(xiàn)場PAM兩種藥劑的配合，現(xiàn)場PAC以及現(xiàn)場PAM最優(yōu)組合為60g/m3、2g/m3，即10.58kg/t干煤泥和350g/t干煤泥。此時(shí)效果最好，能夠使得上清液濁度最低。