OP_TX表面活性剂对煤泥...压脱水效果及滤饼结构的影响_张辰.pdf

OP/TX 表面活性剂对煤泥加压脱水效果及滤饼结构的影响张辰1，马晓敏1,2，樊玉萍1，董宪姝1，陈茹霞1，李强3（1.太原理工大学矿业工程学院,山西太原030024；2.矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京100163；3.晋能控股山西科学技术研究院有限公司,山西太原030032）摘要：煤泥脱水是煤炭洗选行业的焦点问题之一，采用自主设计的新型加压脱水效果智能监测试验装置，研究了辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10）和壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10）2 种表面活性剂对煤泥加压脱水效果，通过压滤脱水试验、平均质量比阻测量、毛细吸水时间（CST）测量、润湿热测量、压缩脱水指数测量和 CT 测试分析了表面活性剂对煤泥脱水效果的影响机理。压滤脱水试验、平均质量比阻测量、CST 测量结果表明：OP-10 和 TX-10 均能提高煤泥加压脱水效果，OP-10 最佳药剂量为 200g/t，此时滤饼平均质量比阻为 5.21106m/kg，CST 降低率最大 14.25%，过滤速度相比原煤泥提高88.45%，水分为 16.7。TX-10 最佳药剂量为 400g/t，此时滤饼平均质量比阻为 9.31106m/kg，CST 降低率最大 13.36%，过滤速度相比原煤泥提高 76.57%，水分为 18.2。润湿热测量结果表明OP-10 的润湿热为 1.196J/g，TX-10 的润湿热为 4.11J/g，TX-10 的亲水性高于 OP-10，相对 OP-10难脱水，因此 OP-10 表面活性剂的压滤脱水效果好。通过滤饼压力形变关系分析得到了滤饼成型过程的 3 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 作用下的压缩脱水指数分别为 147.18 和 155.35。通过 CT 扫描技术，对原样和加入 OP-10 压滤成型的滤饼进行微观结构分析，发现原样的有效孔隙率 11.96%，连通性差，孤立孔比例大，加入浓度200g/t 的 OP-10 时，滤饼有效孔隙率为 20.43%，连通性好，迂曲度显著下降为 1.9，滤饼的渗透率逐渐增大，平均质量比阻就越小，因此可以提高脱水效果。关键词：煤泥脱水；表面活性剂；压缩脱水指数；CT 扫描；滤饼结构中图分类号：TD94文献标志码：A文章编号：02532336（2023）06027511Effect of OP/TX emulsifiers on the effectiveness of pressurised dewatering of coalslurry and the structure of the filter cakeZHANGChen1,MAXiaomin1,2,FANYuping1,DONGXianshu1,CHENRuxia1,LIQiang3（1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;2.State Key Laboratory of Mineral Processing Science andTechnology,Beijing 100163,China;3.Jinneng Holdings Shanxi Science and Technology Research Institute Co.,Taiyuan 030022,China）Abstract:Theeffectoftwosurfactants,octylphenolethoxylate(OP-10)andnonylphenolethoxylate(TX-10),onthepressuriseddewater-ingofcoalslurry,wasinvestigatedbyusinganewintelligentmonitoringtestdevicedesignedindependentlytomonitortheeffectofpres-suriseddewatering,Themechanismoftheeffectofsurfactantsonthedewateringeffectofcoalslurrywasanalysedbymeansoffilterpressdewateringtests,averagemass-specificresistancemeasurements,Capillaryabsorptiontime(CST)measurements,wettingheatmeasure-收稿日期：20220308责任编辑：黄小雨DOI：10.13199/ki.cst.2022-0327基金项目：国家自然科学基金资助项目（52004178，51820105006）；矿物加工科学与技术国家重点实验室开放基金资助项目（BGRIMM-KJSKL-2022-10）作者简介：张辰（1996），男，陕西西安人，硕士研究生。E-mail：通讯作者：马晓敏（1991），男，山西太原人，副教授，博士。E-mail：ma_第51卷第6期煤炭科学技术Vol.51No.62023年6月CoalScienceandTechnologyJun.2023张辰，马晓敏，樊玉萍，等.OP/TX 表面活性剂对煤泥加压脱水效果及滤饼结构的影响J.煤炭科学技术，2023，51（6）：275285.ZHANGChen，MAXiaomin，FANYuping，et al.EffectofOP/TXemulsifiersontheeffectivenessofpressuriseddewatering of coal slurry and the structure of the filter cakeJ.Coal Science and Technology，2023，51（6）：275285.275ments,compressiondewateringindexmeasurementsandCTtests.Theresultsofthefilterpressdewateringtest,averagemass-specificres-istancemeasurementandCSTmeasurementshowedthatbothOP-10andTX-10canimprovethedewateringeffectofcoalslurryunderpressure,andthebestdosageofOP-10is200g/t,atwhichtimetheaveragemass-specificresistanceofthefiltercakeis5.21106m/kg,themaximumCSTreductionrateis14.25%,thefiltrationspeedis88.45%higherthanthatoftheoriginalcoalslurry,andthemoisturecon-tentis16.7%.TheoptimumdosageofTX-10was400g/t,whichresultedinanaveragemass-specificresistanceof9.31106m/kg,amax-imumCSTreductionof13.36%,anincreaseinfiltrationspeedof76.57%andamoisturecontentof18.2%comparedtotheoriginalcoalslurry.ThewettingheatmeasurementresultsshowedthatthewettingheatofOP-10was1.196J/gandthatofTX-10was4.11J/g.Thehy-drophilicityofTX-10washigherthanthatofOP-10anditwasdifficulttodewatercomparedwithOP-10,sothefilterpressdewateringef-fectofOP-10surfactantwasbetterthanTX-10.Thethreestagesofthefiltercakeformingprocesswereobtainedthroughtheanalysisofthepressure-deformationrelationshipofthefiltercake,anditwasfoundthatthecompressiondewateringstagewascloselyrelatedtothedewateringeffect,andthecompressiondewateringindexCDIwasfurtherdefined.ThelowertheCDI,thehigherthecompressibilityofthefiltercake,thegreaterthereductionofthethicknessofthefiltercakeunderthesamepressure,andthelowerthemoisture,andthecom-pressiondewateringindexundertheactionofOP-10andTX-10attheoptimalconcentrationwere147.18and155.35respectively.Theef-fectiveporosityoftheoriginalsamplewas11.96%withpoorconnectivityandalargeproportionofisolatedpores,whiletheeffectiveporosityofthefiltercakewas20.43%withgoodconnectivityandasignificantdecreaseintortuosityto1.9whenOP-10wasaddedataconcentrationof200g/t.Thepermeabilityofthefiltercakegraduallyincreases,andtheaveragemassspecificresistanceissmaller,soitcanimprovethedewateringeffect.Key words:Coalslurrydewatering；surfactant；compressiondewateringindex；CTscan；filtercakestructure0引言近些年，我国聚焦“双碳”目标和绿色发展之路的不断深入推进，选煤是煤炭清洁利用的必经之路，煤泥脱水作为选煤厂生产的核心环节之一，直接影响水资源的和尾煤资源的回收利用，对选煤厂的产品水分、生产效率和环境保护具有重要意义，随着采煤机械化、智能化的发展，细粒煤泥不断增加，原煤煤质变差，煤炭废水的固液分离已经成为行业焦点问题1-3。国内外学者针对煤泥压滤效果、滤饼结构等开展了较多研究，比如任晓汾等4研究发现，在加压脱水中添加 OP 系列的表面活性剂对煤泥有一定的助滤作用，药剂浓度为 400g/t 时，滤饼水分降至最低点；夏畅斌等5发现在细粒煤浆加入阴离子表面活性剂SDS 后，滤饼水分降低至 10%，加入阳离子表面活性剂 DAB 滤饼水分降低至 3%4%；李玉霞等6选用不同的表面活性剂对山西选煤厂细粒煤泥水进行了一系列脱水试验研究，研究结果表明，非离子表面活性剂硅油在用量仅为 20g/t 脱水效果明显，可降低滤饼水分 4.1%。闫奋飞等7对比了 7 种不同表面活性剂的脱水试验，还研究了煤油作为溶剂和表面活性剂混合的新过滤介质对煤泥脱水的影响。结果表明：非离子表面活性剂在试验过程中助滤效率最好，Span-80 用量仅为 60g/t 时，