難沉降煤泥水全流程處理技術(shù)研究進展

楊彥斌，屈進州，朱子祺，周安寧

(1.西安科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054；2.國家能源集團神東洗選中心，陜西 榆林 719315)

0 引 言

煤炭是我國的主要能源，2020年煤炭在我國一次能源消費中占57%左右[1-2]。為滿足不同用戶對煤炭資源的差異化需求，并考慮環(huán)境保護要求和運輸成本等因素，煤炭分選加工成為煤炭資源潔凈利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。煤炭分選加工按照分選過程中使用的介質(zhì)種類，可以分為濕法選煤和干法選煤。其中，濕法選煤因分選工藝相對成熟、處理量大、自動化程度高、適應(yīng)性強等特點被廣泛應(yīng)用。近年來，隨著國家開展供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，逐步收緊采礦許可，迫使煤炭企業(yè)必須提升資源的利用率。一方面，隨著煤炭回采率的不斷提高和大采高采煤技術(shù)的逐步應(yīng)用，使得采煤機械化程度和煤炭回收率提高，導(dǎo)致大量細粒級矸石進入開采原煤中，原煤煤質(zhì)不斷下降[4-6]。另一方面，煤炭市場逐步由賣方市場變?yōu)橘I方市場，用戶對商品煤的煤質(zhì)要求越來越高，倒逼煤炭分選行業(yè)不斷提升原煤的入選率[4-5]。

目前，由于原煤中細粒級矸石含量和原煤入選率的增加，導(dǎo)致分選加工過程中原生煤泥和次生煤泥的比例逐年增加，特別是部分易泥化的矸石顆粒，在分選加工過程中產(chǎn)生了大量難沉降煤泥，顯著影響選煤廠正常運行[7]。同時，由于易泥化難沉降煤泥水成分及性質(zhì)比較復(fù)雜，常規(guī)的煤泥水沉降方法難以實現(xiàn)難沉降煤泥水的高效凈化處理。因此難沉降煤泥水處理的基礎(chǔ)理論研究、技術(shù)研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用一直是選煤領(lǐng)域的研究熱點[8-12]。另外，隨著原煤入選率不斷提高，部分選煤廠的煤泥水處理系統(tǒng)難以滿足生產(chǎn)需要，因此，煤泥水處理設(shè)備的大型化、國產(chǎn)化、自動化以及智能化問題亟需解決。

筆者將從煤泥減量化技術(shù)，難沉降煤泥水處理方法、技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，煤泥水終端處理技術(shù)3方面對難沉降煤泥水全流程處理技術(shù)進行論述。并結(jié)合選煤廠煤泥水凈化處理工業(yè)生產(chǎn)實踐，對煤炭分選加工領(lǐng)域中煤泥水全流程處理技術(shù)的發(fā)展趨勢進行展望。

1 煤泥減量化技術(shù)

煤泥是指粒度小于0.5 mm的煤炭顆粒，通常夾雜著極細的矸石泥顆粒，主要成分為高嶺石、伊利石等黏土類礦物[13]。因煤和黏土類顆粒的粒度小、比表面積大，且黏土與煤泥水溶液相互作用后產(chǎn)生泥化現(xiàn)象、表面荷強負電、并在顆粒表面形成水化膜；顆粒表面疏水性在沉降過程中起著主導(dǎo)作用，而細泥易覆蓋在煤顆粒表面提高了顆粒的親水性，阻止了煤粒與絮凝劑分子的相互接觸，影響了煤泥團聚，對煤泥水沉降產(chǎn)生不利影響，惡化了水質(zhì)條件[14]。宏觀表現(xiàn)為水體中的煤泥顆粒難以沉降、煤泥產(chǎn)品水分大。

因此，減少細粒級粉煤的產(chǎn)生，防止其進入水體，是系統(tǒng)化解決難沉降煤泥水處理問題的根本手段。

1.1 高效脫粉技術(shù)研發(fā)應(yīng)用

選前脫粉的實質(zhì)是細顆粒分級作業(yè)。選前脫粉作業(yè)可以分為篩分分級脫粉和風(fēng)力分級脫粉2類。

篩分分級脫粉對于原生煤泥量的控制主要通過采用高效篩分脫粉設(shè)備來提高篩分效率，從而減少進入煤泥水系統(tǒng)的煤泥量。常用的高效篩分脫泥設(shè)備有馳張篩、等厚篩、變振幅等厚彈性桿篩分機等[15]。王艾生等[16]在泉一礦選煤廠采用3510型弛張篩對原料煤進行預(yù)先脫粉，篩分效率為61.75%，完全滿足干法深度篩分的需求。李文利等[17]在神東哈拉溝選煤廠采用弛張篩進行6 mm末煤選前脫泥，篩分效率大于85%，使進入后續(xù)末煤分選環(huán)節(jié)的原生煤泥量顯著降低，有效減輕了煤泥水處理系統(tǒng)的生產(chǎn)負荷。江海深[18]利用變振幅等厚彈性桿篩分機對內(nèi)蒙古鄂爾多斯潮濕煤炭進行6 mm深度篩分時，篩分效率為87.79%，總錯配物含量為6.77%，取得了很好的篩分效果。吳鼓勇和王召召[19]在新橋選煤廠采用彈性桿篩面實現(xiàn)了原煤的深度高效篩分，使原生煤泥量降低了約3.93%。潘淼等[20]設(shè)計了剛?cè)狁詈蠌椥院Y面結(jié)構(gòu)的振動篩，開展了3 mm篩分試驗，篩分效率89.00%，實現(xiàn)了黏濕動力煤干法深度高效篩分。

風(fēng)力分級脫粉是利用不同密度和粒度的散裝物料在風(fēng)流場中沉降速度不同，將物料分成不同的粒度級別，從而實現(xiàn)脫粉[21]。風(fēng)力分級因能耗高、粉塵量大、適用性差，目前在煤炭分選加工行業(yè)應(yīng)用較少。

1.2 次生煤泥減少措施

次生煤泥是煤炭分選過程中因浸水、碰撞、泵輸送等作用而碎散成的細泥[22]。次生煤泥增加了藥劑消耗、強化了濃縮池懸浮層、降低了煤泥處理設(shè)備的效率，進而影響原煤入選率，降低煤炭提質(zhì)增效幅度。

選煤廠工藝設(shè)計過程中應(yīng)該減少次生煤泥的產(chǎn)生。煤炭泥化特征對選煤廠設(shè)計、煤炭分選和加工效果以及煤泥水處理的影響尤為重要。次生煤泥產(chǎn)率與煤質(zhì)、分選工藝以及分選設(shè)備密切相關(guān)。一般情況下，淺槽分選時次生煤泥產(chǎn)率約為2%，有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選時次生煤泥產(chǎn)率可以達到4%～6%。

對于已建成且工藝比較成熟的選煤廠，減少次生煤泥產(chǎn)率的措施為：優(yōu)化工藝流程、減小篩板篩籃篩縫、合理調(diào)整操作工藝參數(shù)。此外，也可通過降低裝載點落差、溜槽鋪設(shè)緩沖裝置、減少泵力輸送、減少煤泥水泵打循環(huán)次數(shù)、采用通過式破碎機等減少次生煤泥量[23]。

1.3 矸石泥預(yù)先排除

矸石中黏土類物質(zhì)，在水體中經(jīng)歷吸水、膨脹、碎裂，形成黏土細泥。這部分細泥是影響煤泥水沉降效果、藥劑添加量、煤泥處理效率的根源。因此，要及時分離出高灰細泥，減少高灰細泥的循環(huán)集聚。矸石泥預(yù)先排除措施主要有：① 在滿足分選要求和精度條件下，分選旋流器的入料方式盡量采用無壓給料；② 矸石脫介篩處理能力有富余時，減小篩縫寬度，提前將高灰細泥排出分選系統(tǒng)；③ 將矸石稀介質(zhì)懸浮液與精煤稀介質(zhì)懸浮液分別磁選處理，使矸石系統(tǒng)的高灰煤泥提前排出[24]。神東洗選中心所屬選煤廠采取減少矸石脫介篩篩縫、矸石稀介單獨處理、高頻篩水單獨沉降處理等措施減少進入濃縮池的矸石泥，取得了良好效果，保證了后續(xù)煤泥水沉降效果和壓濾設(shè)備的處理效率。

1.4 循環(huán)水量管理

濕法選煤中，減小難沉降煤泥水處理量就要加強循環(huán)水和清水的管理，控制系統(tǒng)外水和清掃水用量。對于采用濕法分選的選煤廠，循環(huán)水質(zhì)量與流量直接影響分選作業(yè)。循環(huán)水量不足和過大都易造成整個煤泥水系統(tǒng)紊亂，增加煤泥水處理壓力。

采用跳汰分選機的選煤廠要加強用水制度管理，逐步引進先進操作方法，提高崗位司機的操作水平，加強用水量考核，逐步降低用水量，從而降低后續(xù)煤泥水處理壓力[25]。

重介質(zhì)選煤廠脫泥篩噴水和脫介篩噴水及煤泥桶補水等工藝環(huán)節(jié)在實現(xiàn)工藝需求的基礎(chǔ)上要控制好用水量，減少循環(huán)水量，從源頭上減小難沉降煤泥水的處理量。

1.5 生產(chǎn)組織管理

在日常生產(chǎn)過程中，要提高粗煤泥分選設(shè)備的處理效率，及時更換弧形篩、高頻篩的篩板，煤泥離心機篩籃，沉降過濾式離心機篩網(wǎng)，防止粗顆粒物料進入下一步煤泥水處理環(huán)節(jié)。關(guān)注水力分級旋流器的運行工況，防止因壓力不足或底流嘴堵塞等出現(xiàn)“跑粗”現(xiàn)象，給煤泥水處理系統(tǒng)帶來壓力。

2 難沉降煤泥水處理技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)處理技術(shù)

傳統(tǒng)處理難沉降煤泥水時，主要通過對濃縮工藝流程、壓濾工藝流程以及相關(guān)處理設(shè)備進行改進。曉明礦選煤廠通過使用和改造YDYY型帶式壓濾機，取得了良好的煤泥水處理效果，滿足了選煤生產(chǎn)及煤泥水處理需求[26]。任浩[27]針對寺河礦選煤廠難沉降煤泥水處理問題，設(shè)計了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的濃縮機藥劑添加系統(tǒng)，實現(xiàn)了加藥量自動預(yù)測并自動加藥，大大降低了藥劑用量，提高了煤泥水處理效果。

另外，煤泥水處理藥劑開發(fā)與藥劑制度優(yōu)化也是提高難沉降煤泥水處理效果的重要方法。章青芳[28]采用改良后的溶劑熱法，研制出新型的磁性膨潤土水處理劑，發(fā)現(xiàn)在煤泥水中加入磁性膨潤土后，磁性膨潤土?xí)c煤泥顆粒表面所帶負電荷作用，壓縮雙電層，使懸浮體系失穩(wěn)，顆粒間彼此碰撞，產(chǎn)生凝聚，加速難沉降煤泥沉降。WANG等[29]采用一種由丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨組成的新型陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的聚合方法處理難沉降煤泥水，當(dāng)陽離子聚丙烯酰胺用量為6～7 mL時，沉降速度最快，透光率最高可達89.7%。呂一波等[30]運用單因素逐項和多因素正交試驗相結(jié)合的方法，探尋了絮凝劑CPBA的最佳合成方案，明晰了不同條件下絮凝劑和聚合硫酸鐵對煤泥水顆粒的作用機理。李文俊和程志偉[31]針對陜北張家峁選煤廠難沉降煤泥水，探討了凝聚劑聚合氯化鋁鐵和絮凝劑聚丙烯酰胺(陽離子型、陰離子型和非離子型)復(fù)配比例、使用量和加料順序等因素對煤泥水絮凝的影響，得到了最佳的復(fù)配工藝。陶亞東等[32]對上灣選煤廠細泥集聚的煤泥水性質(zhì)進行分析，選用聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁對該廠低變質(zhì)程度煤泥水進行絮凝沉降試驗，并優(yōu)化了藥劑用量。WANG等[33]基于煤泥水(蒙脫石)沉降試驗，發(fā)現(xiàn)電解質(zhì)KCl可有效抑制蒙脫石的水化膨脹，并明顯降低聚丙烯酰胺的用量，提高其絮凝沉降效果。

2.2 前沿處理技術(shù)

煤泥水難處理主要可歸因于2方面：一方面，煤泥水是由高嶺石、伊利石、蒙脫石等黏土礦物組成的高度濃縮的微固液懸浮分散體系。這些細顆粒的存在，尤其是高嶺石黏土的存在，是煤泥水難以澄清的主要原因之一[34]。另一方面，煤泥水中顆粒粒度極細，導(dǎo)致沉降脫水困難。黏土類礦物質(zhì)遇水碎散成微米級顆粒，呈現(xiàn)膠體狀態(tài)，導(dǎo)致煤泥沉降和脫水困難。

黏土類礦物具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，易裂解形成大量(亞)微米級的細泥顆粒，長期穩(wěn)定懸浮在煤泥水中，且會發(fā)生水化、選擇性吸附、溶解及晶格取代作用等，表面荷負電，形成雙電層和水化膜，進而產(chǎn)生靜電斥力和空間位阻效應(yīng)，導(dǎo)致煤泥水凈化處理困難[35]。LI等[36]采用原位Zeta電位研究了黏土作用下的離子濃度與煤泥覆蓋過程的相關(guān)性，分析了鈣離子濃度和黏土礦物種類的作用規(guī)律和協(xié)同作用機理。Zeta電位是表征膠體顆粒荷電狀態(tài)的一個重要參數(shù)，其大小決定了煤泥水的沉降性能，Zeta電位越大，粒子間靜電斥力增大，此外顆粒表面彈性水化膜排斥作用，使得煤泥顆粒難以聚團，在水體系中呈現(xiàn)分散狀態(tài)，難以沉降。因此，大部分難沉降煤泥水研究圍繞如何減小煤泥水體系的Zeta電位展開。主要采用方法有調(diào)節(jié)水質(zhì)、外加電磁場處理、微波處理、微生物處理等。

2.2.1水質(zhì)調(diào)節(jié)技術(shù)

水質(zhì)調(diào)節(jié)技術(shù)的理論依據(jù)是：將高價金屬陽離子加入難沉降煤泥水中，可減少煤泥顆粒表面的負電性，壓縮雙電層，使煤泥水體系中的煤泥顆粒凝聚。在煤泥水中加入無機鈣鹽類后，煤泥水中的黏土礦物和疏水性煤顆粒表面會吸附一些無機陽離子，使煤泥水易沉降。張志軍等[37]研究發(fā)現(xiàn)煤泥水原生硬度是影響其沉降性能的關(guān)鍵因素，煤泥水原生硬度越低，越難處理，進一步提出了礦物顆粒實現(xiàn)自發(fā)凝聚的最低水質(zhì)硬度這一臨界硬度概念，并建立了基于DLVO理論的臨界硬度數(shù)學(xué)模型。MIN等[38]認為季銨鹽表面活性劑可以提高煤泥水的疏水性，降低顆粒表面電荷，促進煤泥水的沉淀和過濾。在季銨鹽存在的情況下，弱堿性溶液有利于高濁度煤泥水的疏水聚集和沉淀。這一理論對于現(xiàn)場難沉降煤泥水的處理有指導(dǎo)作用。在神東礦區(qū)大型動力煤選煤廠，礦井開采工作面過地質(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)高灰細泥時，通過加入工業(yè)鹽提高水質(zhì)硬度，在加速煤泥水沉降方面取得了良好效果。

pH值也影響難沉降煤泥水處理效果。張濤等[39]以煤泥水pH值為研究對象，通過沉降試驗得出pH值對煤泥水沉降效果的影響規(guī)律一致，堿性條件比酸性條件下的煤泥水絮凝沉降效果更好。

2.2.2深度分級

隨著選煤裝備發(fā)展，煤泥水的深度分級技術(shù)因成本低、效果好，仍是目前煤炭分選研究方向之一。進入濃縮池前，進行煤泥水深度分級，可大幅減少進入濃縮池的煤泥量。

電磁振動高頻篩是一種新型的固、液物料篩分機械，被廣泛用于煤泥水的深度分級。采用電磁激振器驅(qū)動傳動系統(tǒng)，使傳動系統(tǒng)振動篩網(wǎng)，達到提高篩分效率的目的，具有操作簡單，性能穩(wěn)定、效率高、功耗低、動載小、自清理篩網(wǎng)能力強等特點，篩面振動強度高，可達8～10倍的重力加速度，篩分效率高，處理能力大，處理粒度0.20～0.15 mm。疊層高頻振動細篩一般具有5層篩面，物料在高頻振動篩面上經(jīng)歷脫水、造漿的循環(huán)流程，分級深度達0.2 mm。

2.2.3電場及磁場輔助沉降技術(shù)

電場輔助沉降技術(shù)的理論基礎(chǔ)是外加賦能場改變荷電難沉降煤泥顆粒的受力變化，從而發(fā)生加速沉降。李明明等[40]采用電化學(xué)方法對易產(chǎn)出高灰細泥的煤矸石中伊利石進行外加電場處理。發(fā)現(xiàn)通過提高電位梯度可以降低伊利石顆粒間的靜電作用能、親水排斥能等，促進顆粒間凝聚?？刂齐娀瘜W(xué)條件，對伊利石改性，可以有效提高伊利石顆粒間的凝聚沉降效果。董憲姝等[41]綜述了電場輔助沉降技術(shù)，提到部分學(xué)者采用電凝聚裝置對煤泥水進行澄清，可降低煤泥水處理中60%的聚丙烯酰胺用量。采用非對稱直流電流的電凝聚技術(shù)對黏土礦物懸浮液進行處理時，顆粒沉降速度顯著提高。目前電化學(xué)處理技術(shù)主要停留在試驗研究階段，存在電極消耗大和易鈍化等問題，目前尚無法工業(yè)化應(yīng)用。

磁場強化絮凝沉降是指在煤泥水中添加絮凝劑、磁種后，受到絮凝、吸附和架橋等作用，煤泥顆粒形成磁性絮團，在外加磁場的作用下，分離磁性絮團，從而快速煤泥水澄清。李建軍等[42]研究了煤泥水在預(yù)磁化-絮凝沉降方法作用下的沉降特性，揭示了煤泥水預(yù)磁化-絮凝沉降的作用機制。結(jié)果表明，在0.15～0.25 T磁場下預(yù)磁化2～3 min時，煤泥顆粒的Zeta電位降幅達10.4 meV，煤泥顆粒的表面水化膜明顯薄化。李桂春等[43]對煤泥水先進行磁場預(yù)處理，再進行絮凝沉降試驗，分析澄清區(qū)高度和清液濁度的變化。結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，煤泥水的沉降效果隨著磁場強度的增大、磁處理時間的增加而提高；當(dāng)陰離子型聚丙烯酰胺(HPAM)用量1.5 mL、磁場強度200 mT、磁處理時間30 min時，澄清區(qū)的高度最大，清液的濁度最小。

2.2.4微波處理技術(shù)

王楠等[44]在微波場下對煤泥水進行預(yù)處理，探究了微波能量場對煤泥水自然沉降以及微波預(yù)處理-絮凝協(xié)同沉降效果的影響規(guī)律。結(jié)果表明，煤泥水試樣經(jīng)過微波預(yù)處理，其自然沉降效果明顯改善，在微波預(yù)處理與絮凝劑的協(xié)同作用下，最佳藥劑量可以降低0.40 mL(降幅32%)，減少了藥耗，提高了沉降速度。SAHOO等[45]研究了微波預(yù)處理對水煤漿流變特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微波處理后，煤的表觀黏度低于未處理煤的表觀黏度。煤漿的非牛頓特性表現(xiàn)為黏度隨剪切速率的增加而逐漸降低。黏度的增加與濃度呈指數(shù)關(guān)系。趙寒絮[46]研究了煤泥水經(jīng)微波預(yù)處理后，加入絮凝劑、凝聚劑后的沉降效果，對藥劑添加量、微波功率和輻照時間進行了正交試驗。結(jié)果表明：適宜的微波功率和輻射時間可以提升煤泥水的沉降效果，并減少絮凝劑、凝聚劑等藥劑的添加量。目前微波處理煤泥水技術(shù)仍處于實驗室研究階段。

綜合使用電化學(xué)、聲化學(xué)等新型煤泥水處理方式成為國內(nèi)外研究的新方向。王浩等[47]研究了超聲波和電化學(xué)協(xié)同作用下的煤泥水沉降效果機制，發(fā)現(xiàn)協(xié)同作用下煤泥疏水性增加，含氧官能團減少；與單獨電化學(xué)作用下煤泥水沉降相比，上清液濁度降低了5.88 NTU，沉降速度提高了2 cm/min。ZHAO等[48]對超聲波-電化學(xué)協(xié)同處理難沉降煤泥水進行研究，發(fā)現(xiàn)超聲波可以促進電化學(xué)反應(yīng)，并分析了電極、電解質(zhì)、超聲能量密度、超聲時間等因素對難沉降煤泥水的影響規(guī)律，獲得了最佳超聲條件為:超聲頻率29 kHz，能量密度0.5 W/m3，超聲時間4 min。

2.2.5微生物絮凝技術(shù)

微生物絮凝劑屬于天然有機高分子絮凝劑的范疇，是微生物菌體分泌的生物高分子物質(zhì)。微生物的特定組成決定了其作為絮凝劑具有可分解性以及對環(huán)境無毒無害的性質(zhì)。

目前，微生物絮凝煤泥水的研究僅處在菌種的篩選階段，面臨菌種分離提純、微生物分泌物分離等難題[49]。煤泥水絮凝沉降研究中，侯志翔[50]研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌產(chǎn)絮凝劑、煙曲霉產(chǎn)絮凝劑在各自最佳絮凝工藝參數(shù)條件下絮凝率分別可達83.1%和81.6%，同時使用2種絮凝劑時，沉降效果更優(yōu)，絮凝率可達92.3%。王滔[51]采用黑曲霉和黃孢原毛平革菌協(xié)同、多黏類芽孢桿菌和球形紅假單胞菌復(fù)合協(xié)同凈化處理煤泥水，取得了很好的絮凝效果。LIANG等[52]采用白腐真菌產(chǎn)生的生物絮凝劑聯(lián)合助凝劑CaCl2對高濃度微細煤泥水進行處理，在最優(yōu)試驗條件下獲得了很好的絮凝效果(絮凝活性達98.71%)。冀敏敏[53]采用球紅假單胞菌、枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌對煤泥水進行多級絮凝試驗研究，均取得了較好的絮凝結(jié)果。

3 煤泥水終端處理技術(shù)與裝備

3.1 煤泥水處理設(shè)備的大型化、國產(chǎn)化

由于煤炭資源的整合和煤電企業(yè)的合并重組，選煤廠處理能力逐年提升，促使了大型煤泥水處理設(shè)備(濃縮機、壓濾機)的開發(fā)應(yīng)用。隨著我國制造業(yè)的長足發(fā)展和企業(yè)降本增效需求的增加，煤泥水處理設(shè)備的國產(chǎn)化穩(wěn)步推進。研發(fā)的各種規(guī)格型號的離心脫水機逐漸接近國際先進水平，并在選煤廠大量應(yīng)用[54]。

3.2 煤泥水處理設(shè)備的高效化

濃縮和壓濾是煤泥水處理流程的終端環(huán)節(jié)。對于難沉降煤泥水的后續(xù)處理更應(yīng)該關(guān)注高效的濃縮和壓濾技術(shù)。最常用的濃縮澄清設(shè)備有水力旋流器、深錐濃縮機、高效濃縮機、傾斜板沉淀槽等。

高效濃縮機因具有處理量大、結(jié)構(gòu)簡單、濃縮效果好、占地面積小等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)場生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)與普通濃縮機相比，高效濃縮機的濃縮效果好，且單位處理量提高4～9倍，相同處理量其投資建設(shè)成本低30%[55]。

高效快速壓濾機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、生產(chǎn)效率高、運行穩(wěn)定可靠、適用性廣等特點。LAI等[56]采用計算流體力學(xué)方法研究了濾餅內(nèi)部的微空隙結(jié)構(gòu)對液體流動的影響，濾液通道的微觀結(jié)構(gòu)及尺寸是影響液體外排的主要因素，可通過添加納米級別的二氧化硅改善通道微觀形態(tài)，進一步提高過濾速率和脫水效果。楊濤和王穿金[57]基于ZKG300/2000快開高效壓濾機對淮南礦業(yè)集團煤泥的處理實踐發(fā)現(xiàn)，與普通板框壓濾機相比，快開高效壓濾機單位處理能力、產(chǎn)品水分和自動化程化均具有顯著優(yōu)勢，其入料、卸料等輔助時間短，處理量提高了2.5倍，濾餅水分降低2%左右。劉俊娥[58]通過分析KZG300～450/2000-U快開式壓濾機在西山煤電西曲礦選煤廠的應(yīng)用實踐得出，快開式壓濾機大大提升了煤泥卸料、濾布清洗等環(huán)節(jié)的自動化程度，取得了很好的應(yīng)用效果，在保障生產(chǎn)質(zhì)量的同時，可以大幅降低勞動強度。此外，LIN等[59]研制了一種流體剪切強度逐級遞減的流化床絮凝器，評價了設(shè)備在處理難沉降煤泥水絮凝過程的工藝性能，對床體內(nèi)部顆粒的表觀流速進行研究。

3.3 煤泥水處理設(shè)備的自動化與智能化

神東煤炭集團開發(fā)了基于煤泥水濃縮過程入料特性與固液界面協(xié)同的智能化控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控煤泥水處理系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)，通過分析煤泥水入料，生成藥劑添加量的前饋模型；采用超聲波發(fā)射源獲取濃縮機內(nèi)煤泥水清水層界面，實時準(zhǔn)確檢測煤泥水濃縮過程真實狀態(tài)，反饋優(yōu)化藥劑制度，形成入料特性與濃縮裝置界面參數(shù)協(xié)同的控制策略，實現(xiàn)煤泥水濃縮系統(tǒng)穩(wěn)定運行[60]。

高勇等[61]為了解決大隆礦選煤廠煤泥處理系統(tǒng)人工加藥精確度低、影響生產(chǎn)等問題，研發(fā)了自動加藥系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用模糊控制理論，結(jié)合大隆礦選煤廠加藥實踐，總結(jié)出自動添加藥劑的模糊控制規(guī)則，完成模糊控制器的設(shè)計。該系統(tǒng)能適應(yīng)隨時變化的煤泥水，參數(shù)可隨時調(diào)整，藥液配制均勻，避免了人工配藥不準(zhǔn)確和加藥量變化不及時造成的藥劑浪費現(xiàn)象，在加藥平衡點上與手工加藥相比可以節(jié)約藥劑費用10%。

4 結(jié)語與展望

系統(tǒng)綜述了難沉降煤泥水的全流程和全過程管控方法，有助于系統(tǒng)解決選煤過程中難沉降煤泥水處理難題。筆者從煤炭高效干法脫粉、次生煤泥減量、矸石預(yù)先脫泥、循環(huán)水量和生產(chǎn)組織管理等方面闡述了煤泥源頭管控的煤泥減量化技術(shù)，從工藝設(shè)備與藥劑優(yōu)化、水質(zhì)調(diào)節(jié)、深度分級、電場及磁場輔助沉降、微波預(yù)處理、微生物絮凝等方面分析了難沉降煤泥水的處理技術(shù)，以及向大型化、國產(chǎn)化、高效化、智能化等方向發(fā)展的煤泥水終端處理裝備。

1)采用高效篩分設(shè)備(馳張篩等)干法脫粉、優(yōu)化選煤工藝參數(shù)和設(shè)備操作、減小次生煤泥和矸石細泥、加強循環(huán)水量管理等煤泥減量化生產(chǎn)組織手段，可從源頭上控制難沉降煤泥水的產(chǎn)生量，這是當(dāng)前煤泥水處理中最為經(jīng)濟有效的方法，可為后續(xù)煤泥水處理節(jié)約大量成本。

2)基于濃縮與壓濾流程及設(shè)備改進、藥劑開發(fā)與藥劑制度優(yōu)化的傳統(tǒng)煤泥水處理方法需要結(jié)合理論研究強化工程應(yīng)用；水質(zhì)調(diào)節(jié)、外加電場及磁場處理、微波預(yù)處理和微生物絮凝等新技術(shù)的應(yīng)用，顯示了其獨特的煤泥水絮凝處理效果，但由于電極材料等消耗較大、處理成本較高，也存在一定技術(shù)瓶頸，目前仍處于實驗室研究階段。需要進一步加強新技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用攻關(guān)，使高效低耗的先進技術(shù)惠及難沉降煤泥水的處理。

3)煤泥水處理技術(shù)與裝備是選煤廠升級改造的重點和難點，大型化、國產(chǎn)化、高效化和智能化的煤泥水處理終端設(shè)備對選煤廠的自動化，乃至智能化具有重要的支撐和引領(lǐng)作用。