本文選題：弱粘煤　切入點：沉降脫水特性　出處：《太原理工大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：煤泥水處理是選煤生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),科學的處理方法對提高煤炭產(chǎn)品的經(jīng)濟效益和煤炭行業(yè)的社會效益有著非常重要的作用。煤泥水處理環(huán)節(jié)入料的變質(zhì)程度是決定煤泥水處理效果的重要前提,目前尤以低變質(zhì)程度煤炭的煤泥水處理問題突出,而探索煤泥水處理體系中沉降和脫水特性及內(nèi)在規(guī)律可為這一焦點問題的解決提供理論依據(jù),因此具有重大的現(xiàn)實意義。本文以低變質(zhì)程度的平朔弱粘煤為研究對象,考察煤泥的粒度組成、礦物質(zhì)成分及含量和氧化程度對煤泥沉降脫水效果的影響規(guī)律；利用粒子圖像測速(PIV)技術(shù)獲得不同入料性質(zhì)、藥劑制度作用下煤泥的沉降特性,同時通過對樣品的表面活性官能團、潤濕性、礦物組分、粒度組成及熱重等分析,結(jié)合濾餅在脫水過程中的沉積規(guī)律,探討了平朔弱粘煤的沉降脫水特性及二者的耦合作用。并在此理論的指導下,完成了二號井選煤廠風氧化煤沉降脫水處理的工業(yè)試驗,論文主要結(jié)論如下：1、基于PIV技術(shù)建立了平朔弱粘煤煤泥水沉降失穩(wěn)的臨界粒度計算方法。在不同條件下采用PIV技術(shù)測定煤泥水體系穩(wěn)定存在時固體顆粒的沉降速度,再根據(jù)滯留區(qū)沉降末速公式計算出平朔弱粘煤煤泥水中固體顆粒失穩(wěn)的臨界粒徑為0.026mm,當小于臨界粒徑的顆粒數(shù)量增加,顆粒在懸浮液中呈均勻分布狀態(tài),懸浮液穩(wěn)定性提高,沉降難以進行,當大于臨界粒徑的顆粒數(shù)量增加,固體物可以實現(xiàn)沉降。這一方法為選煤實際煤泥水處理的科學調(diào)整提供了較為精準的數(shù)據(jù)支撐。2、考察了不同粒度、粒度級配對脫水效果的影響,以及濾餅形成過程中的粒度分布,得到了平朔弱粘煤沉降速度與脫水效果的耦合規(guī)律。結(jié)果表明：含有30%小于臨界粒徑顆粒的煤漿,均勻度越大,脫水效果越差；均勻度為1.5左右的入料,其粒度組成越細,過濾脫水效果越差。原因在于均勻度越小,顆粒堆積形成濾餅的孔隙率越大,滲透性越高，，利于水分的脫除；均勻度越大,細顆粒的鉆隙阻塞作用使其填充于毛細孔道,阻礙濾餅脫水過程。通過對濾餅沉積過程動力學研究發(fā)現(xiàn),濾餅質(zhì)量與過濾時間呈y=0.0002x3-0.0308x2+1.3565x+5.904關(guān)系,相關(guān)性達到0.96。3、研究了粘土類礦物種類及數(shù)量對煤泥沉降脫水效果的影響規(guī)律。煤炭的共伴生礦物種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,相同破碎條件下,片狀結(jié)構(gòu)的蒙脫石、高嶺石粒度組成較細,小于6μm微細顆粒含量分別為64.82和72.48%。平行六面體結(jié)構(gòu)的石英砂粒度較粗,受粒度大小、顆粒形狀影響,不同礦物質(zhì)的沉降效果差異較大；隨礦物質(zhì)含量的減小,煤中有機組分對沉降脫水效果起主導作用,鏡質(zhì)組含量越高,沉降脫水效果越好,煤中親水性基團減小,樣品的潤濕熱增加、吸水率變大。4、揭示了弱粘煤氧化度對沉降脫水效果的影響規(guī)律。隨氧化度增加,煤泥水的沉降速度和過濾速度呈y=-5E-05x+0.0091、y=-0.0006x+0.0587直線關(guān)系,而上清液的濁度和濾餅水分分別呈y=42.762e0.02222x、 y=-0.0004x2+0.0688x+21.952關(guān)系,相關(guān)性均大于0.9。原因在于氧化后煤泥中的無機礦物與有機質(zhì)進行分離,粘土類礦物遇水泥化分解成微米級顆粒,由于其自身的結(jié)構(gòu)及表面電性等原因造成煤水體系呈穩(wěn)定懸浮狀態(tài),同時煤中的有機成分與H202發(fā)生反應(yīng),氧化后生成大量含氧基團(-COOH. R-OH等),Zeta電位增大,使得煤漿系統(tǒng)更加穩(wěn)定,沉降脫水效果急劇惡化。5、探索了高分子藥劑對煤泥沉降脫水的耦合作用規(guī)律。煤泥水體系在機械攪拌作用下產(chǎn)生閉合渦,造成渦內(nèi)局部瞬時速度梯度增加,引起顆粒的相互碰撞,產(chǎn)生絮團,呈現(xiàn)出單顆粒沉降、絮團沉降、絮網(wǎng)沉降三個層次,且由于絮凝劑的網(wǎng)捕架橋作用程度不同,絮團尺寸會存在較大差異,從而造成沉降速度瞬時變化值較大；絮凝劑單獨作用時,隨著藥劑用量的增加,沉降脫水效果會逐漸變好,但是過量的絮凝劑將導致絮團疏松多孔,裹挾較多的自由水,同時會增加煤泥水體系的粘度,造成沉降速度減慢,濾餅透氣性變差,影響沉降脫水效果；凝聚劑與絮凝劑混合使用,絮團密實均勻,不會出現(xiàn)絮團過大阻礙脫水進行的現(xiàn)象,但是凝聚劑水解后釋放的大量正電荷離子會導致顆粒表面出現(xiàn)電荷反轉(zhuǎn),呈正電性,抑制煤泥水的絮凝沉降。6、以煤泥沉降脫水耦合規(guī)律為依據(jù),優(yōu)化煤泥水處理系統(tǒng)并確定適合平朔弱粘煤的沉降脫水藥劑制度,結(jié)合臨界粒度進行粒度重構(gòu)的絮凝沉降脫水策略成功解決了平朔二號井選煤廠風氧化煤煤泥水的沉降脫水難題。工業(yè)試驗結(jié)果表明,入選原煤量由煤泥水難處理時1.5萬噸/日提高到了3.5萬噸/日,加壓過濾機處理量由1500噸/日提高到4000噸/日,藥劑成本下降60%,經(jīng)濟效益和社會效益顯著提高。
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【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD94


本文編號：1591746