煤泥絮团结构特性研究

发布时间：2020-02-18 01:03

【摘要】：煤泥水处理是选煤厂工艺中尤为重要且不可缺少的一个环节,针对传统煤泥水处理过程中由于混凝剂的过量投加造成的药剂浪费、混凝效果降低的问题,本文基于絮团特性对煤泥水的沉降效果进行了研究,这对深入认识混凝机理进而优化混凝沉降效果有重要的意义。本文通过配置20 g/L粒级为-0.074 mm样品的悬浮液进行试验,分别考察了药剂特性、水质特性、煤泥特性组分对煤泥宏观沉降性能与微观絮团结构的影响。水质特性影响试验结果表明:温度的影响为,在5℃时,絮团粒径为0.269 mm、絮团分形维数值为1.5013,当温度升高到30℃时,絮团粒径增大到0.721mm,絮团分形维数值达升高到1.627。pH的影响为,在中性条件下,APAM有较好的沉降效果;而在酸性条件下,NPAM及CPAM的作用效果得到提高。当浓度为1 mmol/L不同价态阳离子作用于颗粒后,三价阳离子作用后颗粒的双电层厚度最小为0.00071 m,此时三价离子絮凝剂A1C13添加量为0.0332 g比FeCl_3的所需添加量0.0405 g少。煤泥主要组分对精煤沉降影响的试验结果如下:选取1000g/t干煤泥的AlCl_3与50 g/t干煤泥的APAM复配使用时,精煤沉降速度可达47.09 cm/min,上清液透射比83.5%,絮团粒径为0.837 mm,分形维数值最大可达1.6263,然后将三种煤泥组分与精煤配比。当高岭石的百分含量由0%提高到100%的过程中,沉降速度降低到20.93 cm/min、上清液透射比降低到71.1%、絮团粒径减小到0.418mm、絮团分形维数降低到1.5637。蒙脱石百分含量由0%仅提高到20%时,混合组分沉降速度迅速降低到14.39 cm/min,上清液透射比为79.7%,絮团粒径为0.458 mm,絮团分形维数为1.5493。腐植酸百分含量为20%时,混合组分的絮团分形维数值为1.5726,此时二者形成的絮团较为疏松,上清液透射比为87.3%。不同变质程度煤样及不同药剂用量情况下的沉降效果表明:变质程度最高的寺河无烟煤形成的絮团粒径适中,絮团分形维数值较大,范德华作用能及水化作用能最大而静电排斥能最小,从而利于颗粒絮凝沉降。在神东长焰煤中添加不同凝聚剂作用后,凝聚剂中阳离子对颗粒表面双电层的压缩能力大小为:AlCl_3FeCl_3MgCl_2CaCl_2NaClKCl。APAM 作用于寺河无烟煤的沉降试验结果表明:絮凝剂用量增多时,形成的絮团粒径越大、絮团分形维数值减小,絮团变得松散;进一步使用正交分析表及Matlab软件分析发现煤泥沉降速度与絮凝剂分子量及絮凝剂用量之间的关系为z = 32.51 + 0.09384x + 0.04647y,式中;z 为沉降速度,cm/min;x 为絮凝剂分子量,百万;y为絮凝剂用量,g/t干煤泥;R2=0.7439,可见絮凝剂分子量对煤泥水的沉降速度影响比较显著。复配试验中,只添加50 g/t 干煤泥APAM 600万絮凝剂时,絮团分形维数值为1.5912,当添加3Kg/t干泥凝聚剂A1C13与APAM 600万絮凝剂复配后絮团分形维数最大值1.6736。针对寺河无烟煤,基于分形理论及stokes沉降公式推导出其絮团沉降速率与絮团分形维数之间的关系为:U(mm/s)= 1.001 ×4(2df/3);由SPSS线性回归分析确定絮团粒径与絮团分形维数对煤泥沉降速度回归方程为:Y=0.407A-0.602B+663.951,R~2=0.828。式申;Y为沉降速度,cm/min,A为絮团粒径,mm,B为絮团分形维数值。
【图文】：

混凝过程,分形理论,分形维数

图 1-1 分形理论在混凝过程中的应用Figure 1-1Application of Fractal Theory in Coagulation Process该模型从混凝过程中所形成的絮体结构入手，借助絮体的分形维数值，定量了絮体的形态结构对混凝沉降效果的影响。当絮体的形态结构类似线状或者杆状体的分形维数值接近 1.1~1.5；当絮体的形态结构近似于面状时，絮体的分形维数1.5~2.0 之间；当絮体的形态结构接近于球状时，絮体的分形维数值在 2.5~2.0 之用絮体的分形维数对混凝过程进行研究，打破了传统混凝研究中以絮体的平均沉沉后水浊度等间接参数作为评判混凝效果的束缚，更能直接反映混凝机理。在凝凝阶段，主要是小絮体在合适的水力紊动下凝聚成大的絮体，大絮体对小絮体及粒进行包裹，，从而形成具有较高分形维数值的大且密实的包裹体，混凝沉降过程机理如图所示[53]。

混凝过程,分形维数,形态结构,混凝沉降

图 1-1 分形理论在混凝过程中的应用Figure 1-1Application of Fractal Theory in Coagulation Process该模型从混凝过程中所形成的絮体结构入手，借助絮体的分形维数值，定了絮体的形态结构对混凝沉降效果的影响。当絮体的形态结构类似线状或者杆体的分形维数值接近 1.1~1.5；当絮体的形态结构近似于面状时，絮体的分形1.5~2.0 之间；当絮体的形态结构接近于球状时，絮体的分形维数值在 2.5~2.0用絮体的分形维数对混凝过程进行研究，打破了传统混凝研究中以絮体的平均沉后水浊度等间接参数作为评判混凝效果的束缚，更能直接反映混凝机理。在凝阶段，主要是小絮体在合适的水力紊动下凝聚成大的絮体，大絮体对小絮体粒进行包裹，从而形成具有较高分形维数值的大且密实的包裹体，混凝沉降过机理如图所示[53]。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD94

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