絮凝剂在选煤厂煤泥水处理中的合理应用

絮凝剂在选煤厂煤泥水处理中的合理应用

陈建启　中国矿业大学(江苏徐州　221008)

纪玉华　八一矿选煤厂(山东滕州　277524)

摘　要　以煤泥水絮凝沉降的基本原理为基础,研究了絮凝剂对八一矿高庄煤矿的煤泥水浓度和煤泥沉降速度及煤泥水澄清的影响,确定了絮凝剂与凝聚剂的最佳配合方案,探讨了选煤厂外排水的可能性和可行性。

关键词　絮凝剂　煤泥水澄清　循环水外排

八一矿高庄煤矿采用水力采煤方式,与矿井配套建设的选煤厂一期工程主要是对水采原煤进行脱水,并对煤泥水进行处理。由于井下煤层淋水致使水采所需循环水量小于总循环水量,选煤厂必须外排部分循环水。这部分外排的循环水必须符合环保部门的要求。

由于在煤泥水体系中,多数煤泥粒度偏细,完全依靠重力作用进行沉降比较困难。解决这类煤泥水的澄清问题,需使微细颗粒预先进行凝聚和絮凝,使之形成絮团,增大“粒度”,加速它们的沉降速度,达到澄清目的。为此,我们对高庄井选煤厂进行了煤泥水絮凝沉降试验,从而确定出最优性能的絮凝剂及其用量,并考察了煤泥水絮凝沉降后澄清液的固体浓度,从理论和实践上探讨了煤泥水澄清外排的可能性及可行性。

1　试验111　煤样及水的来源

试验用煤样采自生产原煤,将煤样烘干后进行筛分,从筛下-015mm煤样中缩制出试验用煤样。试验用水采自井下煤层淋水。

112　药剂选择

由于絮凝剂与矿物之间的作用过程比较复杂,目前仍无法根据煤泥水体系的参数预测絮凝剂的作用及效果,需要逐个进行试验,选定絮凝剂的种类及用量。此外,也应考虑絮凝剂的来源和价格。

聚丙烯酰胺絮凝剂是我国选煤厂目前使用最多的絮凝剂,考虑与现场实际结合,聚丙烯酰胺为试验的首选药剂。对来源不同、分子量不同的聚丙烯酰胺类絮凝剂进行了较为详细的试验。另外还选择了一些阳离子型絮凝剂。表1列出了用于试验的8种絮凝剂及其特征。

表1　试验用絮凝剂的类别与特性

编号12345678

来源中国矿业大学八一广州临涣淄博权台

类型阳　离　子　型聚丙烯酰胺水解体(阴离子型)聚丙烯酰胺磺化物离子度 %1025>25>25

分子量250～450万700～800万800万>1200万1200万

外观特征胶体状乳　状　液 粉　末　状

固体含量 %41515 85～95

113　试验方案

整个试验过程分为三个阶段:

11对八种絮凝剂分别进行用量选择,确定出各自的最佳用量及最优效果。

21比较各种絮凝剂的试验结果,确定出最优的絮凝剂品种,并对最佳絮凝剂用量进一步进行用量选择,以确定其最佳用量。根据前述试验情况,必要时可用无机电解质凝聚剂配合絮凝剂使用,并设计两因素三水平正交试验,以确定最佳药剂方案。

31在最佳药剂方案的基础上,考察不同煤泥水浓度对絮凝沉降效果的影响。

2　试验结果及分析

211　絮凝剂选择试验

八种絮凝剂的选优试验均采用单因素多水平试验,为保证试验的可靠性,都安排了平行试验。

试验结果表明,4号絮凝剂,即八一选煤厂现使用的聚丙烯酰胺阴离子型絮凝剂效果最好,上澄清液浓度最低可达01724g L,其最佳用量为116g m3,为此选择4号絮凝剂为最优絮凝剂。

试验发现,随着絮凝剂用量的增加,沉降速度增加,但在絮凝剂用量过多时,沉降速度反而会降低,初始沉降速度基本介于35～75c m m in之间;沉积物的厚度与絮凝剂的用量呈曲线关系,先是随絮凝剂用量的增加缓慢地减小,当絮凝剂使用过量时,沉积物厚度明显增加,各种试验条件下沉积物的厚度在216～315c m。212　使用4号絮凝剂的条件选优试验

由于在试验中观察到澄清液中仍有部分细粒悬浮物,加入凝聚剂A lC l3配合使用,设计了两因素三水平的正交试验。各因素试验水平值、试验方案及试验结果见表2,表3为正交试验结果方差分析表。

表2数据表明,在煤泥水浓度为50g L 时:

117号试验的澄清液浓度为01682g L,试

表2　正交试验结果

试验号絮凝剂

A

1

凝聚剂

B

2

交互作用AB

34

上澄清液浓度 g·L-1

E j1E j2平均

111(12)11017320174001736 21(016)2(16)22017500174601748 313(20)33017580176401761 42123016880169201690 52(110)231017050169701701 62312017450174901747 73132016800168401682 83(210)2130170201695016985 933210169501694016945各列1水平指标和41490412164136341263

各列2水平指标和41276412954126541354

各列3水平指标和41150414054128841299

1水平指标平均11497114051145411421

2水平指标平均11425114321142211451

3水平指标平均11383114681142911433

各列变差平方和0100990100300100087501000700

验结果最优,即最佳用药方案为:每1m3煤泥水配合使用116g絮凝剂与12gA lC l3凝聚剂。

21从表2各列水平指标平均值及图1看出,在试验范围内,絮凝剂用量增加,上澄清液浓度降低,而凝聚剂用量增加,上澄清液浓度也随之增加。

表3　方差分析表

变差来源平方和自由度

均方F 值

显著性

絮凝剂A 0100985201004925307181+分显著凝聚剂B

01

00300

20100150093175+分显著交互作用AB 010015840100039524169+分显著试验误差0100014901000016

总 和

0101457

17

图1　絮凝剂与凝聚剂用量对试验指标的影响

31由表3的方差分析可知,絮凝剂与凝聚

剂的用量对试验指标都有十分显著的影响,尤以絮凝剂用量的影响更大。另外,絮凝剂与凝聚剂的交互作用也十分显著,因此在药剂使用时,不但要注意两种药剂的用量,而且要注意相互搭配。在本试验中,最佳的药剂配合比为:絮凝剂:凝聚剂=1∶715。213　煤泥水浓度试验

研究表明,当絮凝剂在颗粒表面吸附达

50%的单分子覆盖时,效果最好,因此当煤泥水

浓度增加时,必须增加絮凝剂用量才能保证较

好的絮凝沉降效果。絮凝剂用量与初始沉降速度及上澄清液浓度的关系见图2和图3

。

图2

　絮凝剂沉降性能曲线

图3　絮凝剂澄清性能曲线

图2表明,煤泥水浓度增加,初始沉降速度急剧下降;图3表明,煤泥水浓度增加,上澄清液浓度明显增加。可见,煤泥水浓度增加会严重影响其沉降澄清效果,影响外排水的固体浓度。煤泥水浓度最高不宜超过100g L 。3　结　论

通过絮凝剂的原理和试验研究,可得到如下结论:

11试验选用的八种絮凝剂中,八一选煤厂的絮凝剂效果相对较好;如果与凝聚剂A lC l 3