联合助滤剂对高泥化煤泥水助滤效果影响研究
时间：2023-04-25 12:45:04 来源：千叶帆 本文已影响人
孙景丹，李 涛，朱莹莹
(1.黑龙江工业学院 资源工程学院，黑龙江 鸡西 158100；
2.鹤岗师范高等专科学校 职业技术系，黑龙江 鹤岗 154100)
煤泥水是原煤洗选加工过程中产生的工业废水，煤炭湿法处理过程中不可避免地产生大量的煤泥水，如果将煤泥水直接排放，不仅严重污染环境，而且还会造成大量的煤泥流失。煤泥水处理已经变成整个选煤工艺中涉及面最广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节[1-2]。对含有大量伴生矿石、在水中易泥化的煤泥水来说，处理起来更加困难，这类煤泥水中含有大量细微颗粒，煤泥水的粘度大，不仅使煤泥水的絮凝沉降变得困难，同时过滤脱水时，还容易发生过滤介质堵塞，滤饼致密、透气性恶化等现象，从而引起脱水速度降低、滤饼水分增高、过滤机处理能力下降等一系列问题，严重影响了选煤厂的正常生产[3-4]。在煤泥水处理中添加适当的化学助滤剂，可以强化煤泥过滤脱水效果，使用助滤剂强化物料脱水是一种基本不改变现有生产工艺流程，最为经济、简便的脱水技术[5-6]。为了实现选煤厂的闭路循环，国内外学者在助滤药剂方面做了大量研究：黄少斌教授研究了不同用量的天然改性CAM阴离子型絮凝剂，可使浮选精煤滤饼水分从32.90%降到21.82%[7-8]。柴晓敏教授对比了四种絮凝剂对煤泥水的净化和助滤性能，认为其中两性聚丙烯酰胺具有较好的助滤性，对煤泥水的净化率高[9-10]。刘爱荣教授等人以表面活性剂为乳化剂，醇为助乳化剂，煤油为分散介质，制备了聚丙烯酰胺反相微乳液，经聚合得到的复合体对煤泥具有很好的助滤脱水效果[11-12]。Stroh G等人采用一种阴离子型和两种非离子型表面活性剂进行研究，同时向滤液中加入Fe3+，结果表明非离子型表面活性剂使滤饼透气性变好，同时降低了毛细管压力，提高了过滤速度，降低滤饼水分[13-14]。
由单因素试验可知，单独添加絮凝剂型助滤剂效果并不是十分理想，考虑到选煤厂生产实际大都采用联合用药处理煤泥水，并取得了显著的过滤效果。因此，为了探索联合助滤剂对煤泥水助滤效果的影响，试验选取了不同类型的凝聚剂型助滤剂和不同类型、不同分子量的絮凝剂型助滤剂进行联合用药试验。
1.1 试验药剂
化学助滤剂主要包括凝聚剂型助滤剂、絮凝剂型助滤剂和表面活性剂型助滤剂。在凝聚剂型助滤剂方面，试验选取助滤效果较好的两种凝聚剂：MgCl2(氯化镁)和CaCl2(氯化钙)。在絮凝剂型助滤剂方面，试验选取三种不同类型、不同分子量的PAM分别进行过滤脱水试验，分别为HPAM(阴离子型)、CPAM(阳离子型)、NPAM(非离子型)，分子量分别选取500万、800万、1200万。
1.2 试验设备
试验设备主要包括：DL-5C盘式真空过滤机、真空干燥箱、磁力搅拌器、X射线荧光光谱分析仪、X射线衍射光谱分析仪、激光粒度仪、电子天平和秒表等。
2.1 高泥化煤泥水小筛分与浸泡试验
煤泥粒度是影响煤泥过滤脱水效果的一个重要因素，煤泥粒度及其组成直接影响滤饼孔隙率及孔隙大小，从而影响煤泥的过滤过程。根据斯托克斯公式，粒径越小，沉降速度越慢，煤泥脱水分离越困难[15-17]。当煤泥颗粒粒度>75μm时，煤泥易于沉降、脱水和精选，当煤泥颗粒<75μm时，煤泥不易沉降、脱水。因此，粒度<75μm的微粒煤泥含量较高时，煤泥水的处理十分困难[18]。按照GB/T477-2008规定对煤泥试样进行小筛分试验，试验使用标准筛，筛分孔径分别为0.500mm、0.250mm、0.125mm、0.075mm、0.045mm，分别测定各粒级煤样的产率和灰分，试验结果如表1所示。
表1 煤样小筛分试验
由表1可知，试验煤泥样品的粒度组成较细，0.075mm粒级以下的产率占68.92%，其中，小于0.045mm粒级产率占54.57%，累计灰分为55.32%，可见煤泥样品灰分较高。
该煤泥样品不仅粒度细、灰分高，而且含有大量粘土类矿物杂质，致使煤泥在水中易泥化，泥化现象使煤泥微细颗粒大量增加，严重影响煤泥过滤脱水效果。试验用激光粒度分析仪分别测定煤泥样品浸泡2h和浸泡8h的粒度组成，试验结果如图1所示。
(a)煤泥样品浸泡2h粒度分布
(b)煤泥样品浸泡8h粒度分布图1 煤泥样品泥化后粒度分布
由图1(a)可知，煤泥样品浸泡2h后，平均粒度为15.48μm，粒度小于59.80μm的颗粒占到90%以上，且煤泥颗粒粒度均小于75μm，可见，该煤泥在水中易泥化，泥化速度快。由图1(b)可知，当浸泡时间增加到8h时，平均粒度为6.82μm，粒度小于24.43μm的颗粒占到90%以上，可见，随着煤泥样品浸泡时间的加长，煤泥泥化现象加剧，这使得煤泥微细颗粒大量增加，在过滤脱水时，这些大量微细颗粒极易堵塞过滤介质，致使滤饼透气性变差，严重影响脱水效果。
2.2 MgCl2-PAM联合处理煤泥水的助滤试验
试验每次均匀取500ml煤泥水样置于烧杯中,分别向其中加入浓度为5%的MgCl2溶液1.5kg·t-1，用磁力搅拌器以120r·min-1的速度搅拌90s。然后分别加入浓度为1‰、分子量为800万的HPAM、CPAM、NPAM，分别取10g·t-1、20g·t-1、30g·t-1、40g·t-1、50g·t-1，用磁力搅拌器以100r·min-1的速度搅拌60s后，进行煤泥水过滤脱水试验。试验结果见图2和图3。
MgCl2和不同类型PAM联合用药时加药量与过滤速度的关系曲线，如图2所示。当MgCl2用量为1.5kg·t-1时，分别添加分子量为800万的HPAM、CPAM、NPAM时，CPAM的助滤效果最好，HPAM助滤效果相对较差，NPAM的助滤效果介于HPAM和CPAM之间。当PAM加药量为20g·t-1时，三种类型的PAM均使过滤速度显著提高，其中，CPAM使过滤速度提高最快，与空白试验相比提高约3.93倍，随着加药量的增加，过滤速度逐渐提高，但当加药量增加到20g·t-1时，再继续添加PAM，过滤速度提高的并不明显。
图2 MgCl2和不同类型PAM加药量与过滤速度的关系
MgCl2和不同类型PAM联合用药时加药量与滤饼水分的关系曲线，如图3所示。当MgCl2用量为1.5kg·t-1时，分别添加分子量为800万的HPAM、CPAM、NPAM，滤饼水分低于空白试验，变化趋势总体呈先减小后增大，其中添加CPAM为30g·t-1时，滤饼水分最低为28.25%，与空白试验相比，降低3.80%。在一定范围内，滤饼水分随着加药量的增加而逐渐降低，当PAM用量达到30g·t-1时，再继续添加PAM，滤饼水分逐渐增加，但仍低于空白试验。可见，PAM加药量并不是越多越好。
图3 MgCl2和不同类型PAM加药量与滤饼水分的关系
2.3 CaCl2-PAM联合处理煤泥水的助滤试验
试验每次均匀取500ml煤泥水样置于烧杯中，分别向其中加入浓度为5%的CaCl2溶液1.5kg·t-1，用磁力搅拌器以120r·min-1的速度搅拌90s。然后分别加入浓度为1‰、分子量为800万的HPAM、CPAM、NPAM，分别取10g·t-1、20g·t-1、30g·t-1、40g·t-1、50g·t-1，用磁力搅拌器以100r·min-1的速度搅拌60s后，进行煤泥水过滤脱水试验，试验结果见图4和图5。
CaCl2和不同类型PAM联合用药时加药量与过滤速度的关系曲线，如图4所示。当CaCl2用量为1.5kg·t-1时，分别与不同类型PAM联合用药，均能显著提高过滤速度。其中CPAM使过滤速度提高最快，当CPAM用量为20g·t-1时，与空白试验相比，过滤速度提高约3.85倍，其次是NPAM，助滤效果相对较差的是HPAM，三种PAM对过滤速度的提高总体差距不大。这与MgCl2-PAM类似。随着PAM用量的增加，过滤速度逐渐增大，当加药量达到20g·t-1时，继续添加PAM，过滤速度变化不大。
图4 CaCl2和不同类型PAM加药量与过滤速度的关系
CaCl2和不同类型PAM联合用药时加药量与滤饼水分的关系曲线，如图5所示。CaCl2与PAM联合用药时，与空白试验相比，均能显著降低滤饼水分，且优于MgCl2-PAM复配的助滤效果。三种类型PAM的助滤效果总体类似，随着加药量的增加，滤饼水分先降低后增加。其中，CaCl2与CPAM联合用药时，随着加药量的增加，滤饼水分逐渐降低，当CPAM加药量为20g·t-1时，滤饼水分达到最低为27.53%，与空白试验相比，降低4.52%，继续添加CPAM时，滤饼水分有所上升。CaCl2与NPAM联合用药时，NPAM加药量为30g·t-1时，滤饼水分最低为27.45%，与空白试验相比，降低4.6%。CaCl2与HPAM联合用药时，HPAM加药量为40g·t-1时，滤饼水分最低为27.32%，与空白试验相比，降低4.73%。
图5 CaCl2和不同类型PAM加药量与滤饼水分的关系
由MgCl2-PAM和CaCl2-PAM复配试验可知，MgCl2和CaCl2分别与不同类型PAM复配均能得到显著的助滤效果。其中，对于提高过滤速度而言，MgCl2总体效果略优于CaCl2，对于降低滤饼水分而言，CaCl2总体效果显著优于MgCl2，因此，考虑到助滤效果的过滤速度和滤饼水分两个评价指标，凝聚剂型助滤剂选择CaCl2进行后续试验。添加不同类型的PAM，均能取得显著的助滤效果，其中，CPAM整体助滤效果优于NPAM和HPAM，但是由于CPAM的价格较昂贵，并且考虑到选煤厂现场大都选用HPAM，因此，絮凝剂型助滤剂选择HPAM进行后续试验。
2.4 CaCl2与不同分子量的HPAM助滤试验
PAM的分子量也是影响助滤效果的重要因素之一，试验分别选取500万、800万、1200万不同分子量的HPAM，分别与CaCl2进行助滤试验，探讨PAM的分子量对助滤效果的影响。试验每次均匀取煤泥水样500ml置于烧杯中,分别向其中加入浓度为5%的CaCl2溶液1.5kg·t-1，用磁力搅拌器以120r·min-1的速度搅拌90s。然后分别加入浓度为1‰，分子量为500万、800万、1200万的HPAM，分别取10g·t-1、20g·t-1、30g·t-1、40g·t-1、50g·t-1，用磁力搅拌器分别以100r·min-1的速度搅拌60s后，进行煤泥水过滤脱水试验，试验结果见图6和图7。
CaCl2和不同分子量的HPAM联合用药时加药量与过滤速度的关系曲线，如图6所示。当CaCl2加药量为1.5kg·t-1时，分别添加不同分子量的HPAM，在加药量相同的条件下，随着分子量的增加，过滤速度逐渐提高。当分子量一定时，过滤速度随加药量的增加而增大，但过滤速度增加的并不显著。当分子量达到1200万时，过滤试验中迅速形成较大絮团，煤泥水溶液不能完全覆盖过滤区域，瞬间完成过滤。当分子量为1200万的HPAM加药量为40g·t-1时，过滤速度最高达到311.49ml·(m2·s)-1，与空白试验相比，过滤速度提高约17.89倍，继续添加分子量为1200万的HPAM，过滤速度略有下降。
图6 CaCl2与不同分子量的HPAM加药量与过滤速度的关系
CaCl2和不同类型PAM联合用药时加药量与滤饼水分的关系曲线，如图7所示。CaCl2与不同分子量的HPAM联合用药时，分子量为500万和800万时，滤饼水分随加药量的增加逐渐降低，当加药量达到一定量时，继续添加HPAM，滤饼水分略有升高。分子量为500万时，最佳用药量为30g·t-1，此时，滤饼水分与空白试验相比，降低4.67%，继续添加絮凝剂，滤饼水分逐渐升高。分子量为800万时，最佳用药量为40g·t-1，与空白试验相比，滤饼水分降低4.73%。分子量为1200万时，滤饼水分随加药量的增加逐渐升高，当加药量超过10g·t-1时，滤饼水分均高于空白试验。由于分子量大、分子链长，在过滤试验中能够快速形成较大絮团，过滤速度提高非常显著，但分子量为1200万的HPAM粘度很大，过滤时滤饼中的残留水分很难排出，这是由于絮凝剂分子量越大，形成的絮团也越大，絮团中包裹的水分也越多，致使滤饼中残留水分较高。
图7 CaCl2与不同分子量的HPAM加药量与滤饼水分的关系
(1)试验煤泥样品的粒度组成较细，0.075mm粒级以下的产率占68.92%，其中，小于0.045mm粒级产率占54.57%，累计灰分为55.32%，可见煤泥样品灰分较高。煤泥样品不仅粒度细、灰分高，而且含有大量粘土类矿物杂质，致使煤泥在水中易泥化，泥化现象使煤泥微细颗粒大量增加，严重影响煤泥过滤脱水效果。
(2)MgCl2和CaCl2分别与不同类型PAM复配均能得到显著的助滤效果。其中，对于提高过滤速度而言，MgCl2总体效果略优于CaCl2，对于降低滤饼水分而言，CaCl2总体效果显著优于MgCl2，综合考虑到助滤效果的过滤速度和滤饼水分两个评价指标，凝聚剂型助滤剂选择CaCl2。
(3)CaCl2与不同分子量的HPAM联合用药时，分子量为500万，助滤效果相对较差，分子量为1200万时，过滤速度最快，但滤饼水分也较高，这是由于絮凝剂分子量越大，形成的絮团也越大，这些絮团中包裹的水分也越多，致使滤饼中残留水分较高。结果表明，试验选择CaCl2和分子量为800万的HPAM进行联合使用效果最佳。
猜你喜欢滤饼泥水煤泥煤泥水处理智能控制研究现状选煤技术(2022年2期)2022-06-06煤泥重介质旋流器在动力煤选煤厂粗煤泥分选中的应用选煤技术(2022年1期)2022-04-19泥水加压平衡盾构北方建筑(2021年3期)2021-12-03基于自适应内模控制的煤泥水自动加药控制系统仿真研究选煤技术(2021年3期)2021-10-13MG-9#捕收剂在极细粒煤泥浮选中的应用选煤技术(2021年3期)2021-10-13——非均布滤饼的局部比阻与平均比阻的测定与计算方法">等压滤饼过滤过程中五个基本理论问题之探讨——非均布滤饼的局部比阻与平均比阻的测定与计算方法化工装备技术(2020年4期)2020-09-09煤泥水中煤与不同矿物相互作用的模拟研究矿产综合利用(2020年1期)2020-07-24双级推料离心机应用在薄层滤饼上的结构优化流体机械(2020年5期)2020-06-24南苏丹Palouge油田滤饼清除技术石油钻探技术(2018年5期)2018-10-13浓度和粒度对细粒煤滤饼结构影响的研究中国矿业(2017年2期)2017-02-28 相关热词搜索：助滤剂，泥水，效果，
