煤泥脫水助濾劑的組合與優化

常曉華 李志紅 樊民強

(1.大同煤礦集團有限責任公司同大科技研究院，山西省大同市，037003；2.太原理工大學礦業工程學院，山西省太原市，030024)

在強化細粒礦物脫水技術中，添加化學助濾劑可在不改變現有設備和工藝的情況下，達到提高過濾效率、降低濾餅水分的目的，不僅簡單易行，而且投資小且見效快。

煤泥過濾脫水過程使用的化學助濾劑可分為高分子絮凝型助濾劑和表面活性劑型助濾劑。石常省等研究人員研究了不同類型的絮凝劑在煤泥壓濾脫水中的作用，認為聚丙烯酰胺的吸附-橋聯作用改變了脫水礦漿中的粒度組成，形成透氣性好、有利于快速脫水的絮團結構，使細粒物料的過濾脫水效果明顯改善；李志紅等研究人員研究發現，高分子絮凝劑在提高煤泥初期過濾速度方面作用顯著，但由于親水性官能團的存在和卷帶作用，對降低煤泥濾餅最終水分沒有明顯的促進作用，有時還會使濾餅水分增高；劉杰等研究人員研究了聚合氯化鋁對貫屯煤泥的助濾作用，聚合氯化鋁屬無機高分子凝聚劑，脫水過程中可通過電性中和作用降低顆粒表面動電位，減小顆粒間的斥力，從而促進顆粒聚集成團，增大濾餅孔隙率，提高過濾速度；夏暢斌等研究人員研究發現，在適宜的礦漿pH條件下添加十二烷基磺酸鈉(SDS)和十二烷基溴化胺(DAB)均可使濾餅水分明顯降低；祝學斌等研究人員報道了TLT5149型表面活性劑對車集選煤廠浮選精煤脫水的助濾作用，一定藥劑用量下可縮短壓濾時間約40 s，濾餅水分降低2.74%；孫冬等研究人員通過微乳液聚合法將表面活性劑和聚丙烯酰胺合成復合型煤泥脫水助濾劑，可實現提高過濾速度和降低濾餅水分的雙重作用；張鴻波等研究人員采用凝聚劑型助濾劑Fe(NO3)3和聚丙烯酰胺聯合助濾，改善了煤泥脫水效果，提高過濾速度的同時降低濾餅水分。

本文針對大同煤礦集團麻家梁礦選煤廠煤泥水分高的生產實際，研究不同類型助濾劑以及藥劑組合對煤泥脫水的助濾效果，以期為降低選煤廠煤泥水分提出適宜的藥劑制度。

1 煤樣、藥劑及試驗裝置

1.1 煤樣

煤樣選取同煤集團麻家梁選煤廠入選原煤，利用顎式破碎機將其破碎至-3 mm，然后篩取-0.5 mm物料進行脫水試驗。煤泥試驗煤樣粒度組成見表1。

表1 煤泥試樣粒度組成

由表1可以看出，試驗煤樣各粒級質量相近，灰分在26%～31%之間，平均灰分為28.54%。粒級分布以0.5～0.25 mm含量最高，為38.21%；其次為-0.045 mm微細粒級，含量為23.34%。

煤泥的礦物組成對其脫水效果有顯著影響。采用X射線衍射儀(XRD)對煤泥試樣的測試結果如圖1所示。

圖1 煤泥試樣的XRD譜圖

由圖1可以看出，試驗煤樣中的礦物質主要是石英和高嶺石。兩者都具有較強的親水性，特別是高嶺石，屬于黏土礦物的一種，遇水極易泥化成微細顆粒，不僅增加礦漿的粘度，而且容易填充顆粒間隙、增大過濾阻力，從而影響過濾效果。

1.2 助濾劑

基于試驗煤樣的粒度和礦物質組成特性，選擇非離子聚丙烯酰胺PAM(600萬分子量)、聚合氯化鋁PAC以及十二烷基苯磺酸鈉SDBS為脫水助濾劑，分別考查其對麻家梁選煤廠煤泥的脫水助濾效果。

1.3 試驗裝置

實驗室脫水試驗裝置主要由壓風機、加壓過濾器和在線壓力監控系統組成。配置礦漿濃度為320 g/L，靜置40 min后加入藥劑并混合攪拌10 min，然后倒入加壓過慮機杯體(杯底鋪有200目濾布)，控制氣體壓力在0.25 MPa進行脫水試驗，控制脫水時間為120 s。利用九點法在濾餅上采取全水分試樣，測定濾餅水分。

2 結果與討論

2.1 單藥劑助濾作用

聚丙烯酰胺屬于高分子絮凝劑，對麻家梁煤泥試樣的脫水助濾試驗結果如圖2所示。

由圖2可以看出，聚丙烯酰胺在低藥劑用量下對煤泥脫水具有較好的助濾作用。最佳用量為20 g/t，濾餅水分由不加藥劑時的18.10%降至14.26%，降低了3.84%。藥劑用量超過20 g/t后，由于絮團內的間隙水及酰胺基的親水性，濾餅水分有所升高。

圖2 聚丙烯酰胺PAM助濾試驗結果

聚合氯化鋁是無機高分子凝聚劑，在水中電離出Al3+，可與荷負電的煤泥顆粒形成靜電中和作用，降低顆粒表面動電位，減小顆粒間斥力，從而促使顆粒凝聚，提高過濾效果。聚合氯化鋁對煤泥試樣脫水的助濾試驗結果如圖3所示。

圖3 聚合氯化鋁PAC助濾試驗結果

由圖3可以看出，聚合氯化鋁用量為250 g/t時，濾餅水分可由空白值18.10%降低至16.62%；繼續增大藥劑用量，濾餅水分降低不明顯；用量增至1000 g/t時，濾餅水分降至15.09%，降水幅度

達到3.01%。與聚丙烯酰胺助濾劑相比，聚合氯化鋁做助濾劑時，藥劑消耗量大且降水分作用相對較弱。

十二烷基苯磺酸鈉為一種陰離子型表面活性劑，用作煤泥脫水助濾劑時的試驗結果如圖4所示。

圖4 十二烷基苯磺酸鈉SDBS助濾試驗結果

由圖4可以看出，當十二烷基苯磺酸鈉的用量為500 g/t時，可使濾餅水分在空白試驗基礎上降低5.02%，降水作用顯著，且明顯優于聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁。

2.2 組合藥劑助濾作用

通常認為，絮凝劑的主要作用在于煤泥成餅階段，通過改變顆粒的幾何特性，增強濾餅的滲透率從而提高過濾速度；表面活性劑則在脫水階段體現出顯著的效果，通過改善顆粒界面性質，降低濾液與毛細通道的摩擦阻力，使濾餅水分降低。故研究中經常將兩種助濾劑聯合使用。

固定聚丙烯酰胺用量為20 g/t，與其他藥劑進行組合，考查藥劑對煤泥的脫水助濾效果，試驗結果見表2。

表2藥劑組合助濾試驗結果PAM用量：20 g/t

PAM+PACPAC用量 /g·t-1濾餅水分/%降水率/%PAM+SDBSSDBS用量 /g·t-1濾餅水分/%降水率/%PAM+PAC+SDBSSDBS用量 /g·t-1濾餅水分/%降水率/%014.26-014.00-014.48-10013.990.2710013.760.2410014.310.1725013.620.6420013.500.5020014.090.3950014.86-0.6030012.891.1130013.141.3475013.910.3540012.321.6840012.641.84100014.85-0.5950012.131.8750012.611.87

由表2可以看出，當聚丙烯酰胺用量為20 g/t與聚合氯化鋁用量為250 g/t聯合使用時，濾餅水分比聚丙烯酰胺單獨助濾時降低0.64%，降水作用不顯著；聚丙烯酰胺用量為20 g/t與十二烷基苯磺酸鈉聯合使用時，濾餅水分隨著十二烷基苯磺酸鈉用量的增大而降低，其用量為500 g/t時，濾餅水分相比聚丙烯酰胺單獨助濾可降低1.87%，總降水率達到5.97%。

在聚丙烯酰胺與十二烷基苯磺酸鈉組合中加入250g/t聚合氯化鋁，濾餅水分變化規律保持不變，隨十二烷基苯磺酸鈉用量的增加而降低。十二烷基苯磺酸鈉用量為500g/t時， 濾餅水分降低1.87%，說明聚合氯化鋁的存在并不影響聚丙烯酰胺與十二烷基苯磺酸鈉的聯合助濾效果。

3 結論

(1)絮凝劑型助濾劑聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁及表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉均能夠對麻家梁煤泥脫水起到良好的助濾作用。

(2)就降低濾餅水分而言，3種藥劑中以十二烷基苯磺酸鈉的助濾性能最優，其用量為500 g/t時，可使濾餅水分在空白試驗的基礎上降低5.02%。

(3)不同類型助濾劑聯合使用可明顯改善煤泥的脫水效果。聚丙烯酰胺和十二烷基苯磺酸鈉用量分別為20 g/t和500 g/t時，可使濾餅水分由18.10%降至12.13%，降水幅度5.97%。