济宁二号煤矿选煤厂煤泥水自然沉降影响因素分析

济宁二号煤矿选煤厂煤泥水自然沉降影响因素分析
孙庆芳
【摘要】针对济宁二号煤矿选煤厂入料量及性质不稳定、浓缩机溢流浓度过大等问题,采用XRD表征手段和筛分试验对浓缩机入料煤泥水的性质进行了分析,同时在不加药剂情况下,通过自然沉降试验探究影响煤泥水沉降效果的因素与影响程度.试验结果表明:该煤泥水较难沉降,自然沉降很难达到要求;煤泥浓度、水质硬度、细泥含量等是影响其自然沉降的关键因素,其中对煤泥水自然沉降速度的影响程度顺序为煤泥浓度＞细泥含量＞水质硬度＞ pH值,对煤泥水上清液浊度的影响的顺序为水质硬度＞煤泥浓度＞细泥含量＞pH值.
【期刊名称】《选煤技术》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】4页(P18-20,29)
【关键词】煤泥水;自然沉降;影响因素;煤泥浓度;细泥含量
【作者】孙庆芳
【作者单位】兖州煤业有限公司济宁二号煤矿,山东济宁273500
【正文语种】中文
【中图分类】TD946.2
湿法分选是我国煤炭分选的主要分选方法，煤泥水是湿法分选的必然产物。

煤泥水中的固体颗粒粒度分布较宽，且含有多种矿物悬浮颗粒[1]。

煤泥水处理是我国湿法选煤工艺的主要环节，其处理效果的好坏关系着选煤厂的是否正常运行，也直接
影响选煤厂的经济效益和矿区环境[2]。

实现洗水闭路循环工艺是我国对选煤厂的
基本要求，其关键是实现煤泥水中颗粒的充分沉降。

目前研究表明影响煤泥水沉降效果的因素很多，如煤泥性质、煤泥水浓度、细泥含量、pH值、水质硬度等[3-5]。

这些因素都影响着煤泥水沉降过程，但对煤泥水沉降的影响程度缺乏分析，还需要进一步的试验研究。

本文以济宁二号矿井选煤厂浓缩机入料的煤泥水为试验样品，从煤泥水的组成及其性质入手，探究在自然沉降条件下，影响煤泥水沉降特性的主要因素及其影响程度。

试验采用浓缩机入料的煤泥水为原料，煤泥水过滤烘干并研磨，将粒径小于0.0 450 mm物料用D8 ADVANCE 型X射线衍射仪做矿物组成分析。

测试参数为：
电压40 kV；电流30 mA；阳极靶材料Cu靶，K 辐射；测角仪半径250 mm；
狭缝系统:DS(发散狭缝)， 0.6 mm；SS(防散射狭缝)，8 mm；Ni滤片滤除Cu-
Kβ射线；检测器开口2.82°；入射侧与衍射侧索拉狭缝均为2.5°。

采样参数：扫
描速度0.1sec/step；检测器采用林克斯阵列探测器。

其检测结果如图1所示，并对样品中矿物成分进行定量分析，分析结果见表1。

通过图1和表1分析可知：该煤泥水中黏土矿物主要有高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石、伊蒙混层等，占到含量的35%以上。

这类黏土矿物在水中易碎散成细泥，影响煤泥颗粒的沉降速度，其中石英密度大，硬度高，不易泥化，对煤泥水的沉降性能影响较小。

方解石、白云石密度和硬度较大，在水中部分溶解，产生Ca2+、Mg2+等离子，增加水的硬度，有利于煤泥颗粒的沉降，同时黄铁矿与空气接触后会产生游离酸与碳酸盐，产生的无机盐类增加了水的硬度，也有利于煤泥颗粒的沉降[6]。

取200g干煤泥进行湿筛，试验按照GB/T 477—2008《煤炭筛分试验方法》，
结果见表2所示。

由表2可知：该煤泥水中小于0.045 mm粒级细泥含量为74%，根据自然沉降的
原理斯托克斯公式，即颗粒的沉降速度与颗粒的粒径平方成正比，该煤泥水较难沉降。

但在实际情况下，影响煤泥沉降过程的因素很多，包括煤泥性质、药剂制度、分选条件等。

药剂对沉降的影响已被广泛认知，因而该沉降试验主要探究在自然沉降条件下影响煤泥沉降的因素。

根据单因素试验可知在煤泥性质确定的条件下，对煤泥水沉降效果产生影响的因素主要有煤泥浓度[7-8]、煤中细泥含量(<0.045 mm粒级含量)、水的硬度[9]、pH
值[10-11]。

通过统计软件spss对上述因素进行分析，同时对煤泥水自然沉降效果做定量的研究，确定各因素对煤泥水沉降效果影响的主次顺序，从而为该选煤厂煤泥水处理提供指导方向。

采用济宁二号井煤泥水烘干后<0.045 mm粒级煤作为试验样品，根据试验需要取适量的筛上物和筛下物进行混合，采用去离子水和当地水混合的方式调节水质硬度，用分析纯的HCl和NaOH调节pH值至设定值。

根据单因素试验结果发现影响煤泥水沉降的因素主要有固体含量、细泥含量、水质硬度、pH值等因素。

其中选煤厂浓缩机入料的固体含量一般在40～120 g/L，细泥含量在40%～80%，煤泥水pH值范围在5～9之间，水质硬度在2～20德国度。

在每个因素的范围内取5个水平，即4因素5水平，根据spss软件设计的正交表进行试验。

将配好的煤泥水混合均匀并静置，记录煤泥从450沉降到350所用的时间，即沉速，5 min后取上层清液测量浊度。

对试验样品进行4因素5水平正交试验，煤泥沉降试验结果见表3。

其中沉降速
度采用在相同的沉降距离中所用的时间来表示。

利用spss软件对试验结果进行分析，其中对沉降速度和浊度影响因素分析结果见表4和表5。

从表4分析可知：根据F值和显著性概率的比较结果发现，各因素对煤泥水自然
沉降影响程度中，煤泥水浓度的影响最为显著，其中pH值对煤泥水自然沉降效果影响的概率为0.506>0.05，基本无影响。

对煤泥水自然沉降速度的影响程度由大
到小的顺序是：煤泥浓度>细泥含量>水质硬度>pH值。

在煤泥水的自然沉降过程中，煤泥水浓度对煤泥沉降速率的影响最大，且随着浓度的增大，沉速不断下降，细泥含量的影响也较为显著，即随着细泥含量的增大，沉速下降；水质硬度即Ca2+、Mg2+的含量越多，对沉降越有利；pH值主要影响煤泥和药剂的作用，在不加药剂时，pH值影响不大。

试验时由于所用的浊度仪测量范围较小，测量时取上层清液3 mL然后稀释到15 mL再进行测量，因而浊度的测量误差较大，显著性概率值取0.1来进行比较。

由表5的分析可知，水质硬度和煤泥浓度对浊度的影响较为显著，细泥含量也有一定的影响，pH值在不加药剂的情况下对浊度的影响不大。

各因素对煤泥水上清液浊度的影响程度由大到小的顺序是：水质硬度>煤泥浓度 >细泥含量>pH值。

在煤泥水的自然沉降试验中，水质硬度对浊度的影响最为显著，主要是由于水中存在Ca2+、Mg2+离子，它们吸附在煤粒表面改变了煤粒表面的性质，增加了细粒矿物之间的吸附作用，具有一定的凝聚效果，大大改善了上清液的浊度，通常随着硬度的增大，浊度越来越小；煤泥浓度对煤泥水上清液浊度有一定的影响，表现为煤泥浓度越高，上清液越浑浊；pH值在自然沉降时对浊度的影响最小。

济宁二号煤矿选煤厂的煤泥水存在浓度较高、细泥含量高、自然沉降速度慢、溢流浓度达不到要求的问题。

XRD分析发现试验采用的煤泥水中含有大量的黏土类矿物，通过对煤泥水自然沉降影响因素的探究表明，煤泥水浓度和细泥含量是影响煤泥沉降速度主要因素，其次是水质硬度，pH值基本对煤泥水的自然沉降无影响。

基于煤泥水的静态沉降研究，没有考虑到实际的工业生产中的其他影响因素，存在一定的局限性，还需要进一步的完善。

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