专利名称：石炭系煤泥水中固体物质沉降方法
技术领域：
本发明涉及石炭系煤泥水处理方法，具体为一种石炭系煤泥水中固体物质沉降方法。
背景技术：
长期以来，煤矿主要开采的是侏罗系煤，随着侏罗系煤炭储量越来越少，开采深度加大，石炭系煤炭开采量逐年增加，石炭系煤炭中煤泥含有大量的粘土矿物，泥化严重，给选煤厂的生产带来很大困难
1、浓缩机溢流水浊度高，呈乳白色，含有大量高灰极细颗粒，该部分物质随着循环水·进入洗煤系统，随着洗煤量的增加，高灰细颗粒逐渐积聚，给煤泥水的沉降造成影响，长时间就造成溢流水浓度增加直至变黑，给洗煤系统脱泥脱介以及洗精煤的数质量带来极大影响；
2、加压过滤机滤饼偏薄脱饼困难，处理量急剧下降，无法满足生产要求，使得大量煤泥聚集于浓缩池内，浓缩机清水层变薄，循环水最终还会变黑；
3、由于滤饼薄无法起到过滤极细颗粒的作用所以滤液水浓度偏高，含大量极细颗粒的滤液返回到浓缩池内同样给煤泥水的沉降带来影响；
4、由于加压过滤机无法正常运行，滤布袋的更换频繁，造成运行成本成倍增加。
发明内容
本发明为了解决现有石炭系煤泥水处理效果差对选煤厂生产造成较大影响的问题，提供了一种石炭系煤泥水中固体物质沉降方法。本发明是采用如下技术方案实现的石炭系煤泥水中固体物质沉降方法，其特征在于在石炭系煤泥水中加入絮凝剂和凝聚剂，絮凝剂采用分子量大于2300万、水解度为20%-27%的聚丙烯酰胺，凝聚剂采用聚合氯化铝，聚丙烯酰胺的用量为3-4. 4g/m3，聚合氯化铝的用量为40g/m3，聚丙烯酰胺的配置浓度为lOOppm，聚合氯化铝配制浓度为lOOOppm。该沉降方法中加入絮凝剂和凝聚剂的种类和参数是经过大量试验得出的，包括不同分子量、不同水解度的聚丙烯酰胺的沉降试验，以及聚丙烯酰胺和凝聚剂共用的沉降试验，克服了现有石炭系煤泥水处理效果差对选煤厂生产造成较大影响的问题。絮凝剂采用HJ62526型聚丙烯酰胺，进一步提高了石炭系煤泥水中固体物质的沉降效果。本发明所采用的沉降方法中絮凝剂的用量大幅减小，使得浓缩机中清水层厚度大于I. 5m，加压过滤机的处理能力增加了 33%左右，每年可以节省絮凝剂的费用为91. 22万元，不仅节省了药剂费用，而且加大了加压过滤机的处理能力，降低了滤饼水分。
具体实施例方式石炭系煤泥水中固体物质沉降方法，在石炭系煤泥水中加入絮凝剂和凝聚剂，絮凝剂采用分子量大于2300万、水解度为20%、(21%,23%或27%)的聚丙烯酰胺，凝聚剂采用聚合氯化铝，聚丙烯酰胺的用量为3、(3. 2、3. 8或4. 4g/m3)，聚合氯化铝的用量为40g/m3，聚丙烯酰胺的配置浓度为lOOppm，聚合氯化铝配制浓度为lOOOppm。絮凝剂采用HJ62526型聚丙烯酰胺。具体实施过程中，絮凝剂采用的是一种超高分子量的聚丙烯酰胺，其生产原料是丙烯腈，通过生物催化由丙烯腈生成丙烯酰胺，再由丙烯酰胺聚合成聚丙烯酰胺。培育菌种后发酵，使菌种大量繁殖，为下步水合反应做准备。要使酶的催化作用良好，酶的活性很重要，这就要求在培育过程中，控制好温度，压力等条件，使之达到生产所需要的指标。蒸馏，把原料进一步提纯，减少并去除杂质，使产品的纯度变高；发酵生产的酶和蒸馏提纯的原料同时进入水合釜反应，生成丙烯酰胺溶液(含杂质)，反应需要酶的活性；原料纯度达到生产指标，同时对反应条件也要求相当严格，不然就有可能引起酶中毒，影响产品质量；反应液达到一定浓度经过离析，去掉固体杂质和剩余酶，进入下一环节；水合反应 生成一定丙烯酰胺溶液经过提浓，达到生产所需要的指标，进入交换；提浓来的溶液通过交换去掉溶液中的离子杂质，进一步保证产品的质量；根据产品要求进行配料，以生产不同类型的产品。在配料釜中配好料后就到达捏合釜。经过捏合釜生成聚丙烯酰胺胶体，胶体再经过选粒、干燥及粉碎、包装，最终形成聚丙烯酰胺产品；交换车间出料，部分进入单体车间，到达结晶釜，生成丙烯酰胺单体，单体经过干燥、包装，最终形成丙烯酰胺产品。采用激光粒度仪对浓缩机的入料煤泥的粒度分布进行了测定，由该结果可见，其平均粒度D[4. 3]为33. 96 u m,小于2. 51 y m粒级的占10%，小于17. 67 u m粒级的占50%，小于86. 56 um粒级的占90%。与入选原煤中筛分煤泥的粒度组成表3_1相比可见，煤泥经过洗水浸泡后，粒度组成变化比较大，粒度组成明显变细，说明煤泥在洗水中的泥化比较严重。采用X —射线衍射对浓缩机入料中煤泥的矿物质种类以及其中的粘土矿物进行了分析，以确定其矿物组成。煤泥的衍射峰很多，说明其矿物组成非常复杂，但可以确定主要的矿物质种类，即非晶态的煤含量最多，同时还含有其他的矿物质，如方解石、石英、菱铁矿等，特别是含有较大量的粘土矿物，达到24. 2%，粘土矿物粒度极细，具有很强的吸水特性，遇水膨胀，在水中分散性很强，它们在水溶液中很容易形成胶体结构，这些胶体结构会增加体系的稳定性，使颗粒不易自然沉降下来。可见，选煤厂洗水在浓缩机中澄清效果差的根本原因就是煤泥中粘土矿物含量太高，不仅严重影响煤泥水的沉降过程，还影响煤泥的过滤脱水。在具有极性的水中，极易泥化的粘土矿物和煤泥表面带有同性的电荷，由于同性电荷互相排斥，形成一种比较稳定的胶体体系，正是由于这些颗粒带有同性电荷，阻止了煤泥颗粒间的相互碰撞而聚集，导致煤泥悬浮在煤泥水中难以在热运动和范德华氏吸引势能作用下凝聚沉降，是影响颗粒絮凝的重要因素。通过添加电解质凝聚剂，可压缩颗粒表面双电层的厚度，减小颗粒之间静电排斥势能，使颗粒在热运动和范德华吸引势能的作用下发生凝聚沉降。为此研究了浓缩机入料煤泥水样中颗粒表面(电位，由该测试结果得出，煤泥颗粒表面在水中总是荷负电，而且随着pH值的增加，表面的;电位越高，当pH值的增加到7-8左右时，;电位达到-32mv左右，可见，煤泥在接近中性的水中，其高的;电位就足以阻碍微细粒煤泥的凝聚沉降。随着pH值的减小，电位减低，但仍未达到等电点。当加入高正价位的电解质聚合氯化铝时，;电位发生较大的变化,随着电解质聚合氯化铝的浓度不断增加，颗粒的表面电位也随之减小，可见，在煤泥水中添加高正价位的电解质，有助于煤泥颗粒的凝聚。根据初步的沉降探索性试验，选择了几种不同分子量和水解度、絮凝效果比较好的聚丙烯酰胺絮凝剂，其特点是采用微生物催化制备丙烯酰胺单体，最终制备的聚丙烯酰胺中残留单体少，聚丙烯酰胺的分子量大，质量稳定。选定不同分子量的聚丙烯酰胺在不添加凝聚剂时进行详细的比较试验，试验过程是取浓缩机入料煤泥水样500ml注入玻璃量筒中，再加入4ml浓度为IOOppm聚丙烯酰胺絮凝剂后，用手掌按住玻璃量筒口，上下翻转五次，使聚丙烯酰胺与煤泥水混合并有一定的作用时间，即开始计时测定絮团的沉降界面下降速度。由沉降试验结果可见，絮凝剂的沉降 效果在前IOOs的沉降速度很快，超过IOOs沉降速度逐渐减缓，最后维持在一个不变化的水平，此时沉降的煤泥已经形成了压缩层。随着分子量减小，絮凝效果逐渐变差，不仅沉降速度减小，而且上层水液逐渐浑浊。选定不同分子量的聚丙烯酰胺在不添加凝聚剂时进行详细的比较试验，试验过程是取浓缩机入料煤泥水样500ml注入玻璃量筒中，再加入4ml浓度为IOOppm聚丙烯酰胺絮凝剂后，用手掌按住玻璃量筒口，上下翻转五次，使聚丙烯酰胺与煤泥水混合并有一定的作用时间，即开始计时测定絮团的沉降界面下降速度。由沉降试验结果得出，水解度较小的的絮凝效果比较差，可见，聚丙烯酰胺用于处理该矿的煤泥水，水解度在20%-27%为最佳。为了了解在添加了具有高价正离子的聚合氯化铝的条件下聚丙烯酰胺的沉降效果，做了现厂目前正在使用的絮凝剂与所选定的另外三种不同分子量絮凝剂的对比试验，试验过程是取水样500ml注入玻璃量筒中，加入4ml浓度为IOOOppm聚合氯化铝溶液(相当于8g/m3)后用手掌按住量筒口上下翻转五次，使聚合氯化铝与煤泥水有一定的作用时间，再加入4ml浓度为IOOppm聚丙烯酰胺絮凝剂(相当于0. 8g/m3)后，在使量筒上下翻转五次，使聚丙烯酰胺与煤泥水混合并有一定的作用时间，即开始时测定絮团的沉降界面下降速度，并观察澄清效果及沉积层的厚度。结果表明，在加入聚合氯化铝后聚丙烯酰胺的沉降效果都有所提高。通过不同类型聚丙烯酰胺絮凝剂的沉降试验结果表明，超高分子量(大于2300万)、水解度为20%-27%的HJ62526型絮凝剂与其它几种聚丙烯先相比，絮凝效果最佳，絮团沉降速度快，澄清液清澈，沉降煤泥压缩层薄。特别是与现场正在使用的聚丙烯酰胺相比，后者的用量即使比HJ62526型絮凝剂大3倍，也难以达到后者的絮凝效果。通过辅助添加凝聚剂聚合氯化铝，由于中和了煤泥表面的电性，压缩了煤泥表面的双电层，加速了微细粒煤泥的凝聚效果，可以使絮凝效果可以得到进一步改善。压滤试验使用的煤泥水试样是浓缩机的底流，浓度为39. 17%，该煤泥样的平均粒度 D [4. 3]为 65.23 iim，10% 的小于 3.28 iim，50% 小于 35. 12um，90% 小于 171. 17iim，其粒度比浓缩机入料粒度较粗。高分子量的聚丙烯酰胺可以使微细的煤泥颗粒结成较大的絮团，减小滤饼过滤时的阻力，降低滤饼的水分，增加过滤机的处理能力。加压脱水试验的絮凝剂采用了现场正在使用的絮凝剂和絮凝效果较好的超高分子量聚丙烯酰胺HJ62526絮凝剂和美国纳尔科公司的助滤剂8220絮凝剂和8103絮凝剂，纳尔科公司是美国一家专门生产水处理和矿业用化学药剂的跨国公司，该两种助滤剂来自该公司在北京的分公司。加入相应量药剂后，预先在搅拌器中搅拌均匀，在压滤装置上进行压滤试验。在压滤机入料中添加絮凝剂后，滤饼水分都降低，但在上述四种絮凝剂中，助滤效果较好的是HJ62526型絮凝剂，当添加量到20g/m3时，滤饼水分由不加絮凝剂的27. 21%降到18. 70%，纳尔科公司的8103型助滤剂效果也比较好，滤饼水分由不加絮凝剂的27. 21%降到19. 52%，比较差的是目前正在使用的絮凝剂，滤饼水分由不加絮凝剂的27. 21%降到21. 63%。采用HJ62526型絮凝剂和现场絮凝剂及8103型助滤剂，进行了不同压力下的过滤试验。压力对滤饼水分比较显著，随着压力的增加，滤饼水分下降比较快，但HJ62526型絮凝剂的助滤效果较好，当过滤压力增加到0. 6 MPa时，滤饼水分降到20. 94%，纳尔科公司的8103型助滤剂效果也比较接近，最低水分降到21. 05%,现场使用的絮凝剂效果较差，最终水分为22. 13%。 采用HJ62526型絮凝剂、现场用絮凝剂和纳尔科公司的8103型助滤剂。加压时间对滤饼水分的影响比较明显，特别是在开始加压时，滤饼水分下降比较明显，随着时间的延长，水分虽有下降，但下降程度小于前期。试验结果表明，HJ62526型絮凝剂和8103型助滤剂的助滤效果明显好于现场使用的絮凝剂，在相同时间内，其滤饼水分降低的更快，当过滤时间由7min增加到20min时,使用HJ62526型絮凝剂，滤饼水分由21. 84%下降到19. 97%，使用8103型助滤剂时，滤饼水分由21. 65%下降到20. 07%，而使用现场使用的絮凝剂，滤饼水分由24. 19%下降到21. 21%。采用HJ62526型絮凝剂，进行了不同压滤压力下实验用毡布和现场滤布的过滤比较试验。在相同的压力下使用现场使用的尼龙滤布的滤饼水分比无纺滤布滤饼的水分要低，但尼龙滤布的滤液不如无纺滤布清澈。现场使用的尼龙滤布的压滤效果明显好于无纺毡布，在相同时间内，用现场滤布的压滤下其滤饼水分降低的很快，特别是在开始加压时，滤饼水分下降比较明显，后期水分虽有下降，但下降程度较慢。高分子的絮凝剂可以使微细粒的煤泥颗粒结成较大尺度的絮团，改善煤泥的可滤性。通过在浓缩机底流煤泥中添加不同类型和不同用量的絮凝剂以及更换不同的过滤介质的加压过滤试验结果可以看出
在所选择的几种絮凝剂和助滤剂中，HJ62526型聚丙烯酰胺具有较好的助滤效果，当用量为20g/m3、压力为0. 5MPa、过滤时间为IOmin时，使用HJ62526型聚丙烯酰胺(滤饼水分18. 70%)与使用现场使用的絮凝剂(滤饼水分21. 63%)相比，滤饼水分可以降低3%左右。滤饼水分随压力和过滤时间的增加而降低，HJ62526型絮凝剂的压力从0.2 MPa增加到0. 6 MPa时，滤饼水分从25. 19%下降到20. 94%,当过滤时间从7min增加到20min时，滤饼水分从21. 84%下降至IJ 19. 97%。使用无纺毡布和尼龙滤布的过滤试验表明，采用尼龙滤布具有更好的脱水效果。当过滤压力0. 5MPa,过滤时间15min,絮凝剂用量为IOg / m3时,采用尼龙滤布,其滤饼水分(19. 74%)比无纺滤布的滤饼水分(20. 09%)相比要低0. 35%，但是使用尼龙滤布时，滤液不如无纺滤布清澈。对正在生产运行的煤泥水系统采集的数据如下浓缩机的入料浓度为70. 7g/l ；溢流水澄清度有颗粒；浓缩机的底流浓度为460. 7g/l ;滤饼的水分为25. 06% ;加压压滤时间每15min排出的煤泥为7 8次，每次2. 3吨；滤液固含量2. 75g/l。小试过程中，絮凝剂和聚合氯化铝浓度的配制浓度与实验室试验相同，即HJ62526浓度为IOOppml，聚合氯化铝浓度为lOOOppm。HJ62526的用量分别为lml、2ml和3ml，聚合氯化铝的用量三次试验均为40g/m3。当絮凝剂用量达到3ml，也即3g/m3时，煤泥水沉降已经达到很好的效果，澄清液
很清澈。在确定了 HJ62526型絮凝剂较佳的用量条件下，又利用现场采取的浓缩机入料煤泥水样进行了和选煤厂正在使用的絮凝剂的对比沉降小试验。HJ62526型絮凝剂和现场使用絮凝剂的配制浓度为lOOppml，聚合氯化铝配制浓度为lOOOppm。HJ62526型絮凝剂用量3_4. 4g/m3，现场用絮凝剂用量为9g/m3，也即现场用絮凝剂是HJ62526型絮凝剂用量的2-3倍。聚合氯化铝用量为40g/m3。根据实验室和现场的小型试验，确定了絮凝剂的类型和用量以及凝聚剂聚合氯化铝的用量。为了不影响生产，在其它条件不变的情况下，仅改变絮凝剂搅拌桶中不同絮凝剂的配制浓度，来控制加入浓缩机入料中的絮凝剂添加量。工业性试验条件试验期限25h ;试验期限内HJ62526用量400kg ;平时在相同的25h内现场用絮凝剂量800kg ;浓缩机入料量3636m3/h ;浓缩机入料浓度70. 7g/l ;凝聚剂用量20-25g/t原煤；絮凝剂总用量69. 4L/min ;原煤给煤量3000t/h。由此可以计算出每立方浓缩机入料用的絮凝剂HJ62526用量(400 X 1000 ) /(3636X25) =4. 4 (g/m3);每立方浓缩机入料现场使用自购的絮凝剂量(800X 1000) /(3636X25) =8. 8 (g/m3)。HJ62526型絮凝剂用量仅为现场自购絮凝剂的一半，浓缩机的溢流即清澈，清水层厚度大于I. 5米，底流浓度为536. 2g/l，高于采用现场使用的絮凝剂的底流浓度460. 7g/l。表明HJ62526型絮凝剂的絮凝效果优于现场目前正在使用的絮凝剂。浓缩机底流浓度提高，煤浆中微细粒煤泥颗粒结成了更大的絮团，改善了煤泥的可滤性，每15min卸料板数由7-8次增加到9_11次，也即加压过滤机的处理能力提高了 33%左右。滤饼水分由25. 06%降低至IJ 23. 26%，滤液浓度由2. 75g/l降低到2. 64g/l。
权利要求
1.一种石炭系煤泥水中固体物质沉降方法，其特征在于在石炭系煤泥水中加入絮凝剂和凝聚剂，絮凝剂采用分子量大于2300万、水解度为20%-27%的聚丙烯酰胺，凝聚剂采用聚合氯化铝，聚丙烯酰胺的用量为3-4. 4g/m3，聚合氯化铝的用量为40g/m3，聚丙烯酰胺的配置浓度为IOOppm,聚合氯化招配制浓度为lOOOppm。
2.根据权利要求I所述的石炭系煤泥水中固体物质沉降方法，其特征在于絮凝剂采用HJ62526型聚丙烯酰胺。
全文摘要
本发明具体为一种石炭系煤泥水中固体物质沉降方法，解决了现有石炭系煤泥水处理效果差对选煤厂生产造成较大影响的问题。石炭系煤泥水中固体物质沉降方法，其特征在于在石炭系煤泥水中加入絮凝剂和凝聚剂，絮凝剂采用分子量大于2300万、水解度为20%-27%的聚丙烯酰胺，凝聚剂采用聚合氯化铝，聚丙烯酰胺的用量为3-4.4g/m3，聚合氯化铝的用量为40g/m3，聚丙烯酰胺的配置浓度为100ppm，聚合氯化铝配制浓度为1000ppm。本发明所采用的沉降方法中絮凝剂的用量大幅减小，使得浓缩机中清水层厚度大于1.5m，加压过滤机的处理能力增加了33%左右，每年可以节省絮凝剂的费用为91.22万元，不仅节省了药剂费用，而且加大了加压过滤机的处理能力，降低了滤饼水分。
文档编号B01D21/01GK102755766SQ20121025927
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者仝效, 任书堂, 常晓华, 张宏明, 贾怀军, 陈文武, 陶逊 申请人:大同煤矿集团有限责任公司