淺談選煤廠煤泥水處理方法的工藝改造

馬 禎 劉 佳

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅 蘭州 730021）

選煤廠煤泥水處理是濕法煉焦煤選煤廠建設(shè)中投資最大的工藝環(huán)節(jié)，也是選煤廠生產(chǎn)管理中最重要、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，幾乎涉及選煤廠的各個(gè)工段，其建設(shè)、運(yùn)行和管理直接關(guān)系經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在煤炭分選加工中，除某些干法作業(yè)外,都需要大量的水作為洗選介質(zhì), 通常洗選1t 原煤消耗3～5 噸水，洗煤產(chǎn)生的煤泥水不能直接外排，以免造成環(huán)境污染。 為節(jié)省水資源和保護(hù)環(huán)境，煤泥水需經(jīng)過處理循環(huán)再利用。 所以在洗煤過程中，煤泥水處理是具有重要意義的。

1 將濃縮浮選改為部分直接浮選精煤濃縮過濾流程

圖1 濃縮浮選流程

傳統(tǒng)選煤廠煤泥水處理選用濃縮浮選流程，是煤泥浮選中應(yīng)用比例最大的，也是現(xiàn)在老型選煤廠中最常見的浮選流程。 分級(jí)后的煤泥水經(jīng)濃縮機(jī)濃縮后，高濃度的底流添加清水稀釋后去浮選作作業(yè)， 而低濃度的溢流作為循環(huán)水使用。該流程由于入浮濃度高，所以浮選、過濾、廠房等投資較少，電耗、藥劑消耗也低。 但高灰細(xì)泥在洗水中積聚的現(xiàn)象無法消除，造成洗水濃度較大，作為循環(huán)水使得水洗精煤質(zhì)量受到一定程度污染或嚴(yán)重惡化。

針對(duì)濃縮浮選存在的缺點(diǎn)，20 世紀(jì)70 年代中期開始在我國邢臺(tái)煤礦選煤廠首先發(fā)展起來直接浮選流程。 該工藝中， 分級(jí)后濃度較低的煤泥水不經(jīng)濃縮直接到浮選作業(yè)，浮選之后的尾煤經(jīng)濃縮設(shè)備高度澄清處理后再作為循環(huán)水使用，基本上實(shí)現(xiàn)了清水選煤。 由于煤泥中全部顆粒經(jīng)過浮選，所以也避免了高灰細(xì)泥在工藝中的積聚循環(huán)。 但是此流程的缺點(diǎn)在于廠房、設(shè)備和藥劑耗量較大的問題。

圖2 浮選精煤濃縮過濾流程

在此基礎(chǔ)上， 早在20 世紀(jì)90 年代部分直接浮選流程應(yīng)運(yùn)而生， 該流程是將分選后的煤泥水中80%直接進(jìn)入浮選流程，20%不經(jīng)浮選直接作為循環(huán)水。 該流程保留前兩個(gè)流程的優(yōu)點(diǎn)，又克服前兩個(gè)流程的缺點(diǎn)，即循環(huán)水濃度不是太高，入浮選濃度不是太低，浮選的技術(shù)指標(biāo)有所提高。

從當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)， 濃縮浮選流程在新廠的設(shè)計(jì)上基本已經(jīng)被淘汰，當(dāng)前它僅存在于老廠的工藝中，那如何對(duì)老廠的工藝做改進(jìn)呢？ 最簡(jiǎn)單有效的方法就是把濃縮浮選流程改成部分直接浮選精煤濃縮過濾工藝。 就是將原來用于浮選入料濃縮的濃縮機(jī)放到浮選后精煤濃縮的工藝環(huán)節(jié)， 也就是將濃縮機(jī)在流程中的位置稍作改變，由浮選前改為浮選后，這樣改進(jìn)了局部的管路。 使得較落后的工藝不僅變成最先進(jìn)的部分直接浮選，大大改善了煤泥水處理的效果。 此外，該流程還將傳統(tǒng)的浮選精煤直接過濾改為濃縮過濾。改進(jìn)后，一臺(tái)過濾機(jī)能頂兩臺(tái)以上過濾機(jī)的效果。

2 高硬度水有利于煤泥的絮凝沉降

大屯選煤廠澄清濃縮機(jī)在不見藥劑條件下自然出清水溢流，就是由于該廠補(bǔ)充水硬度32～37mgN/L；南山選煤廠在使用絮凝劑為其他廠的幾十倍的情況下，煤泥的絮凝沉降效果仍不明顯。 加大了補(bǔ)充水的硬度，絮凝劑用量由30g/m3降到3.5g/m3。 得到了較快的煤泥沉降和較清的濃縮機(jī)溢流。

研究表明，當(dāng)水的硬度（鈣鎂離子含量）較大，顆粒較易沉淀。 這是由于懸浮狀態(tài)的微細(xì)煤泥顆粒表面荷負(fù)電，相互之間斥力的作用，使體系保持分散穩(wěn)定狀態(tài)。 煤泥顆粒保持這種分散穩(wěn)定性的原因是顆粒表面的雙電層（擴(kuò)散層和密實(shí)層）及表面電位，以及水化作用的影響。水是極性分子，在帶負(fù)電的顆粒表面產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，形成包圍水層。使懸浮顆粒難以沉淀。 然而在硬度較大的水中，由于鈣鎂離子的存在，可以中和顆粒表面負(fù)電，降低表面電位，獲得較好的沉降效果。 例如，當(dāng)選煤廠選用的絮凝劑為陰離子聚丙烯酰胺（PHP）時(shí)，由于陰離子的COO-和帶負(fù)電的煤泥顆粒相互排斥，影響架橋效果，若水的硬度增大，即鈣鎂離子的含量增多，它們可中和煤泥表面的負(fù)電荷，降低電動(dòng)電位，使顆粒之間斥力減弱。 若此時(shí)再加入PHP 效果更好。

根據(jù)煤泥水硬度不同，煤泥的絮凝沉降已形成幾種不同的模式：1）硬度大：不加凝聚劑、絮凝劑，自然出清水；2）硬度較小：需要凝聚劑或者絮凝劑；3）硬度小、雜質(zhì)多：需要凝聚劑和絮凝劑。

非離子型的絮凝劑在煤泥沉淀過程中主要起吸附架橋作用，凝聚劑主要起電性中和左右，離子型的絮凝劑既有吸附架橋又有電性中和作用。

因此，目前多數(shù)選煤廠選用的是無機(jī)凝聚劑和高分子絮凝劑配合使用的方案。由于顆粒表面的負(fù)電作用，添加藥劑遵循先加凝聚劑中和表面電性，再加絮凝劑架橋形成大絮團(tuán)沉淀。

圖3 選煤廠絮凝劑配置、添加系統(tǒng)示意圖

3 高效的煤泥水分級(jí)、濃縮、澄清設(shè)備的選用

在煤泥水處理中常用的自然沉降設(shè)備包括煤泥沉淀池、濃縮漏斗、角錐沉淀池、斗子撈坑、沉淀塔、沉淀槽、深錐濃縮機(jī)和耙式濃縮機(jī)等；強(qiáng)化沉降的傾斜板沉淀槽、水力旋流器、氣浮池；機(jī)械分級(jí)設(shè)備，包括弧形篩、高頻振動(dòng)細(xì)篩、電磁振動(dòng)細(xì)篩和曲面振動(dòng)篩。

目前，隨著設(shè)備的創(chuàng)新和高效，自然沉降設(shè)備逐漸被取代。 例如在有些工藝中的角錐沉淀池被水力旋流器所取代。 這是由于在離心力場(chǎng)中顆粒的離心沉降速度較重力沉降速度要大得多up=u0a/g（up為離心沉降速度，u0為重力沉降速度）。 為達(dá)到對(duì)細(xì)粒更好的分選效果，出現(xiàn)了在浮力作用下完成液固分離的氣浮池。 它是利用生物、化學(xué)或電解的方法在氣浮池底部產(chǎn)生微小氣泡，粘附顆粒，減小顆粒視密度，使氣泡上浮、固體顆粒溢出，完成固液分離。 另外，在自然沉降的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了傾斜版沉淀設(shè)備，通過一定的傾斜角度，改善了水力條件、增大了沉淀面積、加快了沉降速度。

總之，影響煤泥水處理效果的因素還很多，隨著選煤工藝的完善和設(shè)備的開發(fā)，重選的分選下限也在降低，細(xì)煤泥和浮選尾煤的脫水回收是涉及面很廣的技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)問題，要根據(jù)選煤廠類型，地理位置，煤泥特點(diǎn)，市場(chǎng)價(jià)格和銷路，設(shè)備性能和價(jià)格，管理和維護(hù)等諸多因素綜合考慮，才能取得最佳的技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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