沉降研究论文：煤泥水沉降过程探究
前言：本站为你精心整理了沉降研究论文：煤泥水沉降过程探究范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。
本文作者：王光辉1陈雪2匡亚莉1申迎松1作者单位：1中国矿业大学2赛鼎工程有限公司
单因素试验
本试验是为了研究在不同固体含量下达到最佳沉降效果的药剂用量。在实际生产中煤泥水进入浓缩机的固体含量在20～100g/t之间不等，这里煤泥水固体含量分别取20g/L，30g/L，40g/L，60g/L，80g/L，向其中添加100～1600mg/t的絮凝剂。从试验结果可以看出，对于不同固体含量的煤泥水来说当药剂用量在200～400g/t时沉降效果最佳，且煤泥水中的固体含量越低沉降效果越好。
2固体含量对煤泥水沉降的影响
在实际生产中当生产条件恶化时，进入浓缩机的煤泥水固体含量会大大增高，因此配置固体含量为20～200g/L的煤泥水进行模拟恶化条件下的絮凝沉降试验，在单位絮凝剂用量相同的条件下进行煤泥水沉降试验，从试验结果可以看出在相同的入料粒度组成及水质条件情况下，随着煤泥水中固体含量的增大，综合指标呈对数规律减小，在煤泥水浓度为200g/L时，综合指标接近0，试验现象表现为沉降速度很慢，清水层厚度极小。
3水硬度对煤泥水沉降的影响
硬度的实质是水中钙镁离子含量的体现，本试验用CaCl2做为Ca2+来源，根据我国水质硬度等级标准，以蒸馏水做参比，配置5组代表不同硬度的煤泥水溶液，1～5号煤泥水硬度逐渐增大。配置10g/L的CaCl2溶液，按照不同硬度等级要求计算所需CaCl2溶液体积。试验选用100mL量筒进行絮凝沉降试验。取干煤泥4.0g，加入不同硬度等级的水配置成40g/L的煤泥水溶液，考察不同硬度条件下煤泥水沉降的规律。硬度与最佳药剂量的关系如图1所示。从图1可以看出当煤泥水中钙离子含量小于100mg/L(14°DH)时，沉降所需的药剂量急剧增大，煤泥水中钙离子含量超过300mg/L(42°DH)后，沉降所需的药剂量保持在200～300g/t。因此，在日常生产中应保证煤泥水的硬度达到14°DH以上可以大大降低药耗。硬度对不同固体含量的煤泥水的影响如图2所示。从图2可以看出固体含量在200g/L以下时受硬度影响比较大，当固体含量超过200g/L后受硬度影响越来越小，也就是说当固体含量大于200g/L后依靠絮凝剂、提高水体硬度都无法改变难沉降这一现象。
4细泥含量对煤泥水沉降的影响
细泥含量高一直是选煤厂煤泥水处理中的难题，煤泥水中细煤泥的量是影响溶液粘度的主要因素，细泥量越大，溶液粘度越大，煤泥越不易沉降［12］。将浓缩机入料干煤泥通过320网目的筛子进行湿筛、恒温烘干后将筛上物和筛下物分别装袋以备使用。将湿筛后的样品按照一定比例掺配，此处以细泥含量表示，如细泥比例为20%是指加入－0.045mm的细泥同时加入80%的+0.045mm粗煤泥后混合而成的煤泥样品，将其混合均匀配成一定固体含量煤泥水进行沉降试验。试验结果说明在固体含量相同的煤泥水中细泥量越大，依靠自然沉降来澄清煤泥水就越困难，细泥含量越高，浊度受固体含量的影响越明显。为了考察细泥含量对不同固体含量煤泥水絮凝沉降的影响，本试验分别配置固体含量为20g/L、80g/L、150g/L的煤泥水，细泥量取0、20%、40%、80%，试验结果如图3所示。从图3可以看出:细泥含量较低时沉降效果较好，当细泥量增大到40%时，煤泥水沉降效果明显下降。
5pH值对煤泥水沉降的影响
1)单一絮凝剂条件下pH值对煤泥水絮凝沉降的影响。为了了解pH对煤泥水絮凝沉降的影响规律，在单一絮凝剂作用下，对固体含量分别取20g/L和150g/L的煤泥水进行絮凝沉降试验，pH取4、5、6.5、7.5、9.5。沉降曲线如图4所示，可以看出20g/L煤泥水比150g/L的煤泥水更容易受pH变化的影响，且酸性煤泥水比碱性煤泥水沉降效果好，随着pH的增大综合指标降低，当pH大于6.5后沉降效果急剧变差。这说明在单一使用絮凝剂条件下，即使在煤泥水浓度很低的条件下，pH值对沉降的效果影响很明显。2)凝聚剂用量对不同pH煤泥水絮凝沉降的影响。固体含量为100g/L的煤泥水溶液，用NaOH和稀HCl溶液调节煤泥水pH=3和pH=11，先加凝聚剂后加絮凝剂进行沉降试验，其中凝聚剂使用5%的氯化钙溶液，絮凝剂用量取200g/t，研究不同凝聚剂用量对沉降效果的影响(见表3):可以看出煤泥沉降各个指标在碱性溶液中比在酸性溶液中要好，而随着凝聚剂用量的增大酸性溶液中煤泥沉降的综合指标越来越差，而碱性溶液中煤泥沉降的综合指标越来越好。综上可知，在实际生产中应根据溶液的酸碱度来选择合适的药剂制度。
正交试验
通过对各个单因素的试验结果看，固体含量，煤中细泥含量，水的溶液化学条件(包括水质硬度和pH值)都对煤泥水沉降效果产生显著影响。通过正交试验设计软件Design－Expert7.0对以上因素对煤泥水的絮凝沉降效果影响做定量、系统的研究，形成对煤泥水絮凝过程的总体认识。
1确定因素和水平
1)考察因素包括:煤泥水固体含量、细泥含量、水质硬度、溶液pH值和絮凝剂用量。2)水平的确定:固体含量的范围取40～150g/L，煤泥水正常的pH值范围是6.5～9.5，但在实际过程中酸性矿井水的添加，或碱性凝聚剂的添加都可能使pH值超出这个范围，为了试验结果具有更广泛的参考意义，以下试验取pH值为4.0～11.0。钙离子固体含量取100～1000mg/L硬度为4～14°DH。试验5个因素，每个因素取4个水平，所以选用L16(45)正交表可以满足试验安排要求。使用软件中TaguchiOA模块进行正交试验。
2正交试验结果与分析
表4、表5分别为上清液浊度和沉降速度的试验结果方差分析，可以看出对上清液浊度影响最为显著的是因素C钙离子浓度，溶液酸碱度次之，其P值为0.0067和0.0255，远远小于0.5，影响分别为高度显著和显著;同理，对沉降速度影响最为明显的煤泥水固体含量，絮凝剂用量次之。在所选水平范围内从沉降速度指标来看各个影响因素的最佳组合:固体含量为40g/L(水平内最小值)，细泥量为20%(水平内最小值)，水中钙离子含量为300mg/L(42°DH)，pH值为5.5，絮凝剂用量为300g/t(水平内最大值);从上清液浊度指标来看各个影响因素最佳组合为:固体含量为40g/L(水平内最小值)，细泥量为20%(水平内最小值)，水中钙离子含量为1000mg/L(水平内最大值)，pH值为4(水平内最小值)，絮凝剂用量为300g/t(水平内最大值)。回归分析表明，五种因素对两个指标的影响不存在交互作用，因素之间符合线性方程式，公式表示如下:上清液浊度=98.68+0.54×固体含量－0.21×细泥量－0.23×钙离子含量+22.69×pH+0.01×絮凝剂用量(1)沉降速度=23.86－0.18×固体含量－0.13×细泥量－0.001×钙离子含量+0.67×pH+0.044×絮凝剂添加量(2)为了预测模型的准确性，另取桃园选煤厂正常生产条件下的一段浓缩池入料，通过烘干试验测量固体物含量为86g/L，通过小筛分试验测得细泥量为66.93%，用酸碱滴定试验测得该煤泥水样品的钙离子含量为85.2mg/L，用pH试纸测得其pH值为7.5，中性偏碱。该选煤厂现场使用的絮凝剂为聚丙烯酰胺，用量为200mg/L对该样品做煤泥水絮凝沉降试验，测得上清液浊度和沉降速度分别为288.7NTU和13.7cm/min。将絮凝沉降试验中五个影响因素的值代入式(1)和(2)得到上清液浊度和沉降速度的计算值分别为283.6NTU和13.4cm/min，试验得到的两个指标实际值与模型计算出的实际值相差1.75%和2.05%，表明建立的上清液浊度和沉降速度模型具有很高的准确性。
