煤泥水絮凝沉降性能影响因素试验探究

邓越 王慧 姚明刚

摘 要：煤泥水絮凝沉降性能影响因素试验需要从上清液浊度和沉降面两个指标进行分析，期间利用正交试验软件进行数据采集，在明确黏土类型、煤变质程度、pH值、水质硬度和絮凝剂添加量的影响同时，还需要对影响原因和干扰因素深入论述，才能确保煤泥水絮凝沉降工作的开展满足可持续要求。本文基于絮凝沉降性能影响因素试验展开分析，在明确絮凝沉降试验流程和影响结果同时，期望能够为后续水质循环体系的构建提供良好参照。

关键词：煤泥水；絮凝沉降；性能影响因素；试验分析

煤泥水澄清是煤炭湿法分选体系中较为重要的处理环节，若煤泥水沉降性能差，不但会导致影响澄清效果，严重时甚至会导致分选系统瘫痪，对相关企业造成严重的经济损失。故而，在针对煤泥水絮凝沉降性能展开试验期间，必须针对影响因素细致分析，才能确保后续工作具备制度完善的条件。

1 试验设计分析

本试验采用专业的因素分析软件，以便试验数据内容、曲线拟合、数模建立等信息能被有效识别。另外，在论述影响因素期间，根据上清液浊度与沉降面高度指标，从较为常见的黏土类型、煤变质程度、pH值、水质硬度和絮凝剂添加量五个方面分析，在确定常规煤泥水pH值范围同时，针对相关试验参数进行分析，以确保溶液状况与絮凝试验结果形成对比，从而更为明显的识别出内容偏差。

2 试验流程分析

首先将新鲜煤样烘干，并碾碎至粒径3mm以下，而后再通过棒磨，将样品内离子水筛出，得到粒径小于0.036mm的颗粒试验品。之后与四氯化碳、苯与三溴甲烷组成混合溶液，经由沉浮试验得出不同煤样。在分级后将样品置于60°C烘干箱中放置3h，最后再置于真空干燥器中留作备用。期间，需通过激光粒度仪分别分析不同煤样的平均粒径。

试验选用蒙脱石需进行磨细提纯，在蒸馏水分级后，确保平均粒径小于10μm。其中，高岭石样品可作为化学纯，平均粒径为10μm，在利用分析纯将离子水调节至特定硬度时，需要通过酸碱样品对溶液的pH值进行细致调试，而后再将黏土、煤样品融入溶液内充分搅拌，待定容后再添加固定量的絮凝剂，进行二次搅拌，待定容沉降时间满足10min，再分别测量清液浊度与溶液沉降面的高度参数。

3 试验结果分析

3.1 煤变质与黏土类型对沉降性能的影响

根据试验结果可以看出，煤变质程度对絮凝沉降中煤泥水沉降性能没有影响。依据相关理论研究表明：煤的变质程度越高，表面疏水性越强，疏水吸引势能越大，因此煤颗粒在水中越容易凝聚沉降，所形成煤泥水易澄清。这是在不添加絮凝剂的前提下煤颗粒之间的作用规律，本研究结果表明在絮凝沉降过程中煤变质程度对煤泥水沉降性能没有影响，这可能是由于高分子絮凝剂的吸附架桥等作用强度远远超过了煤颗粒之间的相互作用所造成的。

另外，从试验中可以得知，黏土类型在沉降液面高度和清液浊度方面，影响较为明显，其中含蒙脱石的煤泥水有较高的沉降量和较低的清液浊度数值。根据相关理论可知，水中蒙脱石比高岭石有更强的负电荷，在聚丙烯酰胺水解过程中产生了大量负电荷基团，根据相同电荷排斥的原理，溶液空间结构的稳定性自然被提升。而高岭石因为电荷量较少，在絮凝过程中不具备明显效果，仅有极少颗粒悬浮在上清液中。

3.2 水质硬度与PH值对性能的影响

从试验结果和方差分析来看，pH值对沉降面高度影响显著，pH值越大，沉降面越高；对上清液浊度没有影响。

pH值对絮凝效果的影响表现在两个方面：一是胶体粒子的表面电位，二是聚丙烯酰胺上的基团水解。煤和粘土颗粒都荷负电，pH值越大，颗粒表面负电性越强，颗粒与阴离子型聚丙烯酰胺表面基团的吸引力就越弱，所以从颗粒角度讲，pH值越大越不利于煤泥水澄清。但从聚丙烯酰肢表面基团来看，在酸性条件下，部分水解的-COO-基变成了-COOH，降低了水解度，使得絮凝效果降低，因此碱性条件更利于煤泥水澄清。对于含粘土的煤泥水，特别是含蒙脱石的煤泥水，其中颗粒即使被高分子架桥，颗粒之间还有较强的相互排斥作用，pH值越大，排斥作用越强，沉降面高度越大。

水质硬度对絮凝效果的影響也表现在两个方面。某项试验研究了钙离子对聚丙烯酰胺絮凝无机颗粒效果的影响，结果表明虽然钙离子和聚丙烯酰胺结构上的羟基生成难溶性物质不利于絮凝沉降，但钙离子浓度更有利于颗粒间凝聚，因此总体表现为有利于混凝效果。部分专家也认为钙离子是PHP和带负电的颗粒之间的桥而有利于颗粒之间的絮凝。从研究结果看，在本试验因素取值范围内，水质硬度对两个指标都有影响，但不显著。表现为提高水质硬度有利于降低上清液浊度和沉降面高度。

对于富含蒙脱石的煤泥水，由于其大量的表面负电荷使聚丙烯酰胺只有架桥作用而没有絮凝作用，由此可以推断，如果通过提高水质硬度来降低颗粒表面电荷至一定水平必然会发生絮凝作用，该硬度水平一定要大于本试验硬度范围。

3.3 絮凝剂添加量对沉降性能的影响

按照常识来说，絮凝效果与絮凝剂的用量有直接关系，但在絮凝剂用量达到一定饱和度时，便会促使絮凝物转换回质量稳定的胶体。如此絮凝效果自然下降。所以，在试验期间，导致了絮凝剂添加量越多，沉降面越高且上清液浊度越小的状况，而针对絮凝剂添加量的判定，需要拟定有效的审查指标，才能确保试验落实有效。

根据试验数据回归分析可发现，以上五种因素在试验期间均不存在因素交互状况，因此因素之间的影响符合线性方程计算的要求，这样也就为絮凝工作提供了可计算的前提。而从以上影响因素的严重性来看，首先难澄清煤泥水必须要确定其中含有的黏土类型，而后在选择对应澄清处理方法，才能有效提高絮凝处理速度。例如，若黏土类型为高岭石，则可以直接添加絮凝剂，因为对此种黏土类型对絮凝影响较小，但若是蒙脱石，则应当降低其离子电性，才能添加絮凝剂，避免造成絮凝材料的浪费。

4 结束语

煤泥水中絮凝沉降性能影响因素的有效鉴别，不但能够确保在后续煤炭湿法分选体系构建中，有效降低对分选系统瘫痪的概率，从而保障企业经济成本稳定，同时更可以优化现阶段的煤炭湿法分选工艺，以便企业煤炭回收具备可持续的优势。故而，在论述煤泥水絮凝沉降性能影响因素试验的过程中，必须针对试验流程细致分析，才能确保煤泥水絮凝沉降性能有效提升。

参考文献

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