煤泥加压脱水效果及滤饼压缩性与孔隙结构调控研究

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煤泥脱水是选煤生产可持续发展重要保障之一,随着优质煤炭资源的减少和采煤机械化、智能化的发展,细粒煤泥不断增加,原煤煤质变差,煤泥脱水已经成为选煤行业的瓶颈问题。加压脱水是选煤工业常用的脱水方法,深入研究煤泥加压脱水效果的影响因素及调控方法,揭示滤饼压缩性与孔隙结构优化机理,实现细煤泥高效脱水,对于促进水资源、尾煤资源的回收利用和自主研制的新型加压脱水效果智能监测试验装置行业“碳减排”具有重要现实意义。本文采用自主研制的新型加压脱水效果智能评价装置,运用正交试验法,利用SPSS软件、极差分析法和方差分析法,分析了压力、入料浓度以及粒级组成对煤泥水脱水的影响规律及显著程度。采用压滤速度、滤饼厚度、滤饼水分、压缩脱水指数、平均质量比阻和毛细吸水时间等综合评价指标,考察了三种骨架构建体助滤剂(珍珠岩、α-半水石膏和硅藻土)和两种表面活性剂助滤剂(烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、和壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10))对煤泥加压脱水和滤饼压缩性的调控效果,并结合X射线计算机断层扫描(X-CT)和润湿热测试分析了相关调控机理。主要结论如下:(1)研究了煤泥压滤过程影响因素次序,在压力0.2~0.4 MPa、入料浓度200~600g/L、粒级组成-0.045~0.5 mm的因素取值范围内,其显著性关系为粒级组成>入料浓度>压力,粒级组成是影响煤泥脱水的重要因素。从而得到煤泥水脱水的最优设计,最佳方案过滤压力为0.6 MPa,煤泥入料浓度为200 g/L,粒度组成为0.045~0.125 mm,此时脱水速度最快,进入压缩脱水阶段仅需34.5 s,滤饼厚度最小为2.924 mm,滤饼的可压缩性强,压缩脱水指数Compression Dehydration Index(CDI)最小仅为3.59。(2)对比了3种骨架构建体对煤泥脱水效果的影响,由SEM测试可知,珍珠岩颗粒表面层次不齐,压滤时煤泥颗粒互相咬合形成微小粗糙的孔隙,珍珠岩基本不能提高过滤速度;α-半水石膏以短棱柱状和棒状组成,有少量的微小孔隙,α-半水石膏稍微提升过滤速度;硅藻土的形貌主要以圆盘状、羽状为主,有大量且规则的孔隙,有利于煤泥脱水,硅藻土能明显提高煤泥水脱水性能。对比了2种表面活性剂OP-10和TX-10的助滤效果,2种表面活性剂对马兰浓缩机底流提取的样品均有良好的助滤效果,与空白试验结果相比,当药剂用量为200 g/t时,OP-10可降低滤饼水分3.75%,过滤速度翻倍,CST降低率最大,压缩脱水指数小。(3)通过滤饼压力-形变关系分析得到了滤饼成型过程的三个阶段,发现压缩脱水阶段与脱水效果密切相关,进一步定义了压缩脱水指数CDI,CDI越低,滤饼可压缩性越高,相同压力下滤饼厚度降低幅度越大,水分越低,最佳浓度下的OP-10和TX-10作用下的CDI分别为147.18和155.35。(4)通过CT扫描技术,利用Avizo软件可以得到三维立体的孔隙结构,对比了3种骨架构建体和2种表面活性剂对煤泥的脱水效果,微观分析原样和加入浓度为200 g/t的OP-10的脱水效果,加入OP-10浓度200g/t时,可以通过相应的运算模块得到有效孔隙率为20.43%,连通性好,原样的有效孔隙率11.96%,连通性差,孤立孔比例大,过滤脱水困难。由分析计算得原样和OP-10的迂曲度分别为2.37和1.9。加入OP-10样品的滤饼孔隙率大,迂曲度减小,滤饼的渗透率逐渐增大,平均比阻就越小,过滤速度就越快。
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