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煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vo l.43 No .5 May 2020 煤矿安全环保与煤炭加工 煤泥悬浮液流变性能研究及絮凝剂对其影响 李殿英 山西汾西矿业集团有限责任公司双柳煤矿，山西柳林033300 摘要为了解决湿法洗煤中煤泥水沉降处理问题，为后续煤泥分选及辅助工艺环节效能的 发挥提供更好的分选基础，本文通过表观粘度、煤泥水沉降过滤特性等指标，研究了煤泥粒 度、密度级和固含量等对煤泥水流变性能的影响，同时选择了 4种不同类型的絮凝剂，分析 了絮凝剂对煤泥分选效果的影响。实验结果表明，煤泥颗粒越小，颗粒密度级越小，煤泥悬 浮液的表观粘度越大，煤泥固含量越大，悬浮液的表观粘度也越大；非离子型聚丙烯酰胺絮 凝剂对煤泥悬浮液表观粘度影响较小，表现出较好的沉降、过滤特性；添加阴离子聚丙烯酰 胺絮凝剂煤泥沉降、过滤性最差，添加阳离子和两性离子聚丙烯酰胺絮凝剂对悬浮液的沉降 过滤特性影响居于非离子和阴离子之间。 关键词煤泥水；流变性；聚丙烯酰胺；沉降；脱水 中图分类号TD94 文献标识码B 文章编号2095-5979 2020 05-0115-04 Study on the effect of flocculant on slime suspension and its rheological properties Li Dianying Sh uangl iu Mine, Sh anxi Fenxi Mining Group Corporat ion Lt d., Liul in 033300, Ch ina Abstract In o rder to so lve the pro blem o f slime w ater settling treatment in w et co al w ashing and pro vide a better separatio n basis f o r the subseq uent slime separatio n and the perf o rmance o f aux iliary pro cess, the inf luence o f slime size, density class and so lid co ntent o n the rheo lo g ical pro perties o f slime w ater w ere mainly studied thro ug h the index es o f apparent annual visco sity and slime w ater settling f iltratio n characteristics, and f o ur dif f erent types o f slime w ater f lo cculant w ere selected to ex plo re the ef iect o f f lo cculant o n slime separatio n. The results sho w ed that the apparent visco sity o f slime suspensio n increased w ith the decrease o f co al particle and density, and increased w ith the increase o f so lid co ntent. No n-io nic po lyacrylamide f lo cculant ex erted little ef f ect o n the apparent visco sity o f slime suspensio n, w ith g o o d sedimentatio n and f iltratio n characteristics. Adding anio nic po lyacrylamide f lo cculant, w ith the w o rst sedimentatio n and f iltratio n pro perty, w hile adding catio nic and ampho teric po lyacrylamide f lo cculant had an ef f ect o n the sedimentatio n and f iltratio n characteristics o f the suspensio n betw een no n-io nic and anio n. Key w o rds dehydratio n; po lyacrylamide; rheo lo g ical pro perty; slime w ater; sedimentatio n 0引 言 煤炭在我国工业生产生活中占有举足轻重的作 用，煤炭洗选是煤炭加工利用不可缺少的必要环节 在我国煤炭洗选加工主要以湿法选煤为主，在选煤 过程中会产生大量的煤泥水。煤泥水是由煤泥颗 粒、矿物质及水组成的悬浮液，是选煤厂湿法选煤 过程中产生的工艺废水，煤泥水处理是选煤工艺中 关键的环节之一。近年来，由于煤炭的大量开采及 采煤的机械化，使得煤泥含量增加，且细粒度、高 粘土矿物含量以及强电负性的煤泥颗粒增加了煤泥 水沉降过滤的难度。煤泥水沉降效果不佳会产生许 多细颗粒物附着于浓缩池上清液中，选煤系统的闭 路循环使这部分上清液作为循环水直接参与新一轮 责任编辑高小青 D0I 10」9286/ki.cci.2020.05.034 作者简介李毆英1982-,男，山西平遥人，助理工程师。 引用格式李殿英.煤泥悬浮液流变性能研究及絮凝剂对其影响[J].煤炭与化工，2020 , 43 5 115-118, 124. 115 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 选选煤过程已，这样高粘度、高密度的循环水增加 了跳汰分选下限，提高了重介分选密度，降低了浮 选效率，增加了药剂的消耗，同时产生的精煤灰分 升高，若要满足生产生活需求降低精煤灰分，则精 煤回收率降低。研究表明，煤泥悬浮液的流变性对 煤泥水沉降脱水效果影响较大。因此，本文主要探 究了分散颗粒的粒度、密度和固含量对煤泥水沉降 过滤的影响，以及添加不同类型的聚丙烯酰胺絮凝 剂对煤泥水沉降过滤的影响。通过表观粘度、沉降 过滤特性等指标表达了煤泥水沉降过滤特性。 1实验部分 1.1试验煤样 实验所用的煤样为双柳煤矿原煤，经缩分制成 不同粒度级、密度级所需的实验煤样，真空干燥箱 内烘干密封保存，置于干燥器内备用。实验煤样的 工业分析见表1。 表1双柳矿原煤煤样工业分析 Table 1 Industrial analysis o f raw co al samples o f Shuang liu Mine M“ NJ FCad 原煤 1.1832.9725.4140.28 1.2不同粒度级密度级煤样制备 实验制备不同粒度级煤泥是参照GB/T 477-2008煤炭筛分试验方法对原煤进行筛分 得到,粒度级分别为0.5 0.25、0.25 0.125、 0.125 0.075、0.075 0.045 及-0.045 mm。该实 验制备不同密度级的煤泥，选择粒径为-0.075 mm 的煤泥，用去离子水和煤泥均匀混合，充分搅拌后 配制密度分别为1.8、1.61.8、1.4-1.6及-1.4 g /cm3的悬浮液。 1.3试验仪器及药品 试验所用到的仪器有78HW-1数显恒温磁力 搅拌器，杭州仪表电机有限公司；DHG-9053A电 热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司； AUY120分析天平，岛津国际贸易（上海）有限 公司；NDJ-9S粘度计，上海平轩科学仪器有限公 司；JJ-4A六联电动搅拌器，金坛市友联仪器研究 所。所用到的药品有阴离子型、阳离子型、非离子 型和两性离子型聚丙烯酰胺（分析纯），购于山东 聊城市玖龙环保科技有限公司 1.4流变性测定 粘度计转子在悬浮液中转动，悬浮液中各粒子 之间的相互作用在转子上产生粘度力矩，由传感器 检测后，经计算机处理得出被测液体的粘度。 1.5沉降、过滤特性 沉降试验在250 mL沉降管中进行，沉降开始 后分别取 0、10、20、30、40、50、60 min 不同时 间间隔的上清液，通过分光光度计在760 mm处测 量上清液的透射比。 过滤特性试验选定的滤液体积为90 mL,通过 滤饼水舲量变化表达过滤特性。准确称取称量瓶 质量滤饼质量皿，在75七条件下鼓风干燥箱 干燥2.5 h后冷却至室温，称量瓶和滤饼质量为 则滤饼水分计算为 M M mimw2 xW0 （i） 2结果与讨论 2.1煤泥粒度对悬浮液流变性能的影响 将上述筛分制得不同粒度级的煤泥与去离子水 混合，制成均匀的密度为80 g /L的煤泥悬浮液，在 室温25 P下测量悬浮液的粘度，结果如图］所示。 0.5-0.25 0.25-0.125 0.125-0.075 0.075-0.045 -0.045 粒度级/mm 图1不同粒度级煤泥悬浮液表观粘度 Fig . 1 Apparent visco sity o f slurry o f dif ierent particle size 从图1可以看出，随着煤泥粒度的减小，煤泥 悬浮液的表观粘度增加。这是因为煤泥粒度减小, 同样浓度的煤泥悬浮液煤泥颗粒量增加，颗粒间的 运动阻力增大，悬浮液的粘度增大；且煤泥颗粒增 多，整个悬浮液中颗粒表面积增加，煤泥悬浮液的 粘度也会增加；同时，悬浮液中煤泥颗粒中高岭石 的表面会因水化作用而增加颗粒的有效体积，也会 导致煤泥悬浮液粘度的增加〔X。 各粒级的煤泥悬浮液沉降、过滤特性的测定结 果如图2所示。 从图2可以看出，随着煤泥颗粒粒度级的增 加，初始沉降速率增大，上清液透射比增加，粒度 级较低的煤泥颗粒，沉降速度较慢，这与上述悬浮 液表观粘度的测定结果相一致。粒度级较低煤泥悬 浮液中煤泥颗粒含量较大，沉降速度减小，上清液 116 李殿英煤泥悬浮液流变性能研究及絮凝剂对其影响2020年第5期 的透射比也较小；即-0.045 mm粒级的煤泥悬浮液 沉降效果不明显，得到滤饼的水分也较高，0.074- 0.045 mm粒度级的煤泥对抽滤影响比-0.045 mm粒 度级煤泥影响要大，因此后续实验选粒度级为-0. 074 mm的煤泥。 4 2 0 8 6 4 4 2 0 8 6 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 o o 0.5-0.25 0.25-0.125 0.125-0.075 0.075-0.045 -0.045 粒度级/mm a各粒级初始沉降速率 0.5-0.25 0.25-0.125 0.125-0.075 0.075-0.045 -0.045 粒度级/mm b各粒级沉降后上清液透射比 40 0 200 o o o o o o o o o o o o 8 6 4 2 0 8 8 6 4 2 0 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 60 40 5 53 3 0 5 0 5 0 5 0 5 3 2 2 1 3 2 2 1 10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 抽滤时间/s c各粒级过滤速率 0.5-0.25 0.25-0.125 0.125-0.075 0.075-0.045 -0.045 粒度级/mm d各粒级滤饼水分 图2不同粒级煤泥悬浮液沉降、过滤特性 Fig . 2 Sedimentatio n and f iltratio n characteristics o f co al slurry suspensio n o f dif iierent particle sizes 2.2煤泥粒度对悬浮液流变性能的影响 对配制好的不同密度级的煤泥悬浮液1.8、 1.6 1.8、1.4 1.6 及-1.4 g /cm3在室温 25七下 进行粘度测定，悬浮液浓度为80g /L,粒度选 -0.074 mm,测定结果如图3所示。 -64 -2 - -8 -64 2 r i z z z 1 1 1 2525 20 15 20 15 1010 ■ 1.8 g /cm3 * 1.6 〜1.8 g /cm3 1.4 〜1.6 g /cm3 -1.4 g /cm3 ..■ - 猱隕燮螂耳 5 5 厶 1.0 ................................................................................................. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 剪切速率Q a剪切速率-表观粘度曲线 0 0 20 40 60 80 100 沉降时间/min b不同密度煤泥悬浮液沉降后上清液透射比 图3不同密度级悬浮液流变曲线及沉降后上清液透射比 Fig . 3 Rheo lo g ical curves o f suspensio n at dif f erent density levels and transmittance o f supernatant af ter sedimentatio n 117 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 从图3 a可以看出，整个密度级颗粒的剪 切速率七观粘度曲线的变化趋势是一致的，当剪 切速率较大时，1.6 1.8、1.4 1.6 及-1.4 g /cm3 三个粒度级煤泥的颗粒的表观粘度值随剪切速率 变化几乎一样的，剪切速率较低时，各粒度级表 观粘度变化值稍有差别，且在相同剪切速率条件 下，粒度级为1.8 g /cm3的煤泥表观粘度值最小。 从图3 b可以看出，颗粒密度级增加，煤泥沉 降后上清液的透射比也增大，颗粒密度级为1.6 1.8 g /cm3和1.8 g /cn的变化最明显。这是因为 颗粒密度级增大，单位体积内的颗粒数目减小, 单位颗粒质量增加，因此颗粒运动受到的阻力减 小，易沉降。 2.3固含量对煤泥悬浮液流变性的影响 选择煤粒度为-0.075 mm,根据固含量的不 同，用去离子水配制固含量分别为10、20、40、 60、80、100及200 g /L煤泥悬浮液，在室温25七 下测量其悬浮液的流变性，结果如图4所示。 O O 3 4 J 3 4 J 10 g /L -20 g /L ■* 40 g /L 丁 60 g /L ； 80g /L f 100 g /L --200g /L 8 86 64 42 2 10 1012 1214 1416 16 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 4 4 * 10 .20 7- 40 ♦ 60 80 g /L 100 g /L 200 g /L 6 68 8 1010141412121616 剪切速率Q 剪切速率/S-1 图4不同固含量悬浮液流变曲线 Fig . 4 Rheo lo g ical curves o f suspensio n w ith dif f erent so lid co ntent 从图4可以看出，不同固含量的煤泥悬浮液随 着剪切速率的增加，表观粘度逐渐减小，且随着固 含量的增加，同一剪切速率下表观粘度稍微增加, 当煤泥固含量为200 g /L,不同粘度下表观粘度比 其他固含量对应下的表观粘度大。因此，该悬浮液 为非牛顿流体，具有剪切变稀特性，且固含量不同 时，流变性差异不是很明显。 2.4絮凝剂类型对悬浮液流变性能的影响 选择煤粒度-0.075 mm,添加去离子水配制成 80 g /L悬浮液，搅拌均匀后分别加入不同类型不同 量的聚丙烯酰胺25、50、100、150、200 g /t, 在室温25T下进行粘度测量，结果如图5所示。 从图5 5可以看出，非离子絮凝剂的加入对煤泥 悬浮液表观粘度的影响最小，阴离子絮凝剂的影响 次之，阳离子和两性离子絮凝剂对煤泥悬浮液表观 粘度影响最大；且除非离子絮凝剂外，其他三种絮 凝剂均在较小量时即可对煤泥悬浮液表观粘度产生 明显的影响。这是因为悬浮液中的聚丙烯酰胺分子 会吸附在煤泥表面，煤泥颗粒在架桥作用下形成絮 团；絮凝剂添加量较少时，絮凝剂分子吸附在细微 颗粒表面形成较大絮团，体系的表观粘度降低，继 续添加絮凝剂，煤泥颗粒表面逐渐达到吸附饱和, 部分未吸附的聚丙烯酰胺絮凝剂分散在体系中，致 使悬浮液的表观粘度增大。对于阳离子和两性聚丙 烯酰胺絮凝剂，煤泥颗粒本身带有一定量的负电 荷，架桥作用的同时粒子间的静电作用力压缩了双 电层问，使得煤泥颗粒间的静电斥力减小，悬浮液 的表观粘度增大。 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0 50 100 150 200 聚丙烯酰胺添加量/ g T1 图5不同类型不同量的聚丙烯酰胺对表观粘度的影响 Fig . 5 Inf luence o f dif f erent types and amo unts o f po lyacrylamide o n apparent visco sity 3结论 1煤泥颗粒越小，单位内颗粒数量增加, 下转第124页 118 2020年第5期煤炭与化工第43卷 轻合金材料，安装牢固可靠。并具备防伪标条码。 参考文献 [1] 中国法制出版社.煤矿安全规程[M].中国法制出版社, 2016. 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