絮凝劑在煤泥水處理中的應(yīng)用
隨著選煤廠洗水閉路循環(huán)和環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，煤泥水處理在選煤廠中變得越來越重要。近年來細(xì)粒煤分選設(shè)備得到很大發(fā)展，分選下限也越來越低，導(dǎo)致煤泥水的粒度組成發(fā)生了相應(yīng)的變化，煤泥水中的-0.3 mm級(jí)含量占主要地位，由于大量極細(xì)顆粒的存在，使得煤泥水處理起來越來越困難。盡管國內(nèi)同行在工藝流程和設(shè)備上不斷改進(jìn)，這一難題仍困擾著選煤界。汾西礦業(yè)集團(tuán)公司洗煤廠根據(jù)煤泥水的性質(zhì)和絮凝劑的作用機(jī)理，在絮凝劑的使用上大膽嘗試，取得了良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效果。
1 汾西礦業(yè)集團(tuán)公司洗煤廠概況
汾西礦業(yè)集團(tuán)公司洗煤廠采用跳汰—浮選聯(lián)合工藝流程，20世紀(jì)70年代建成并投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為300萬t/a，1997年改擴(kuò)建為400萬t/a的大型現(xiàn)代化選煤廠。改擴(kuò)建后，煤泥水系統(tǒng)難以滿足生產(chǎn)要求，主要入洗5個(gè)礦別的原煤。隨著綜采放頂煤工藝的推廣應(yīng)用及煤層結(jié)構(gòu)的變化，原煤煤質(zhì)較差，煤炭粉碎嚴(yán)重，煤泥含量特別是細(xì)泥含量增加，這就相應(yīng)地增加了煤泥水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，威脅著洗水閉路循環(huán)和正常的洗煤生產(chǎn)。由于入洗原料煤中-0.5 mm含量逐步增加，由原來的14%左右增加到20%左右，入洗礦別增加，煤質(zhì)變化大，造成煤泥水系統(tǒng)負(fù)荷加大。為此，汾西礦業(yè)集團(tuán)公司洗煤廠于2002—2003年分別增設(shè)了粗煤泥回收系統(tǒng)和過濾機(jī)自動(dòng)化裝置來改善生產(chǎn)工藝，但效果較差，浮精煤產(chǎn)率低，洗水濃度不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，不能從根本上解決細(xì)泥積聚問題。為改善浮選入料，凈化洗水，提高過濾機(jī)工作效率，汾西礦業(yè)集團(tuán)公司洗煤廠通過合理使用絮凝劑成功地解決了這一系列問題。
2 絮凝劑的作用機(jī)理
煤泥水由煤和水組成，其性質(zhì)既與煤的性質(zhì)有關(guān)，又與水的性質(zhì)相關(guān)，并受它們之間相互關(guān)系的影響，主要由煤泥濃度、黏度、灰分、化學(xué)性質(zhì)及煤泥的粒度組成。其中煤泥的粒度組成很大程度上決定了煤泥水沉降過程的難易程度，且隨著粒度變細(xì)及細(xì)粒含量的增多，使顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)加劇，煤泥水黏度增大，并使煤泥水具有某些膠體的性質(zhì)，從而導(dǎo)致煤泥水長時(shí)間不能沉降，其均勻、穩(wěn)定地懸浮在水體中，沉降效果差。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，穩(wěn)定懸浮并大量集聚，使原煤濃縮機(jī)和尾煤濃縮機(jī)溢流濃度不斷增高，進(jìn)入洗水系統(tǒng)，造成惡性循環(huán)和連鎖反應(yīng)，進(jìn)而嚴(yán)重影響跳汰機(jī)和浮選機(jī)分選效果，而且還影響商品煤質(zhì)量，更嚴(yán)重的是煤泥水外排導(dǎo)致環(huán)境污染。通過添加絮凝劑發(fā)生復(fù)雜的熱物理、化學(xué)過程，產(chǎn)生凝聚和架橋作用，降低或消除顆粒間的排斥力，中和顆粒表面電荷，使顆粒結(jié)合在一起，體積不斷增大。當(dāng)顆粒聚集到一定體積程度時(shí)，便從水中分離出來，形成絮團(tuán)，使沉降速度大大提高。
汾西礦業(yè)集團(tuán)公司洗煤廠根據(jù)煤泥水的特性和絮凝劑的機(jī)理作用，在煤泥水中加入具有較長線形分子結(jié)構(gòu)的高分子化合物（絮凝劑），這些高分子化合物在水中發(fā)生電離作用，并通過靜電鍵合、氫鍵合、共價(jià)鍵合等作用與煤泥水的固體顆粒發(fā)生吸附作用。由于這些線形化合物分子結(jié)構(gòu)通常很長，因此通？梢酝瑫r(shí)黏附幾個(gè)顆粒，從而引起顆粒的聚集。我廠先后將絮凝劑應(yīng)用于浮選精礦中起助濾作用，用于尾煤壓濾機(jī)、尾煤濃縮機(jī)和原煤濃縮機(jī)，起沉降分級(jí)、凈化洗水作用，都取得了明顯效果，改善了工藝的不足，提高了設(shè)備工作效率，節(jié)能降耗，提高精煤產(chǎn)率和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)煤泥水閉路循環(huán)。
3 合理使用絮凝劑以降低洗水濃度
一般洗煤廠的洗水主要由原煤濃縮機(jī)溢流、尾煤濃縮機(jī)溢流和壓濾機(jī)濾液等組成，其中原煤濃縮機(jī)溢流占70%，尾煤濃縮機(jī)占25%。2002年10月份前我廠原煤濃縮機(jī)溢流在15 g/L～130 g/L之間，生產(chǎn)任務(wù)大、生產(chǎn)時(shí)間較長時(shí)，更為突出，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率，影響粗煤泥系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此我廠2002年投資近百萬元增加了一套截粗環(huán)節(jié)，解決浮選入料問題，但未能從根本上解決，洗水濃度居高不下。我們通過分析，著手解決洗水的主要組成部分，通過多次試驗(yàn)，2001年5月首先將絮凝劑配制成0.2%～0.5%加入尾煤濃縮機(jī)，使溢流水大為改善。如果生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，洗水濃度一般穩(wěn)定在30 g/L以下，不僅提高了洗水質(zhì)量，還改善了浮選稀釋效果，但不能解決原煤濃縮機(jī)溢流的細(xì)泥在洗水中的聚集循環(huán)問題。
2003年10月我們將絮凝劑配制成0.1%～0.5%加入原煤濃縮機(jī)試驗(yàn)，主要觀察浮選效果和溢流水濃度，通過兩個(gè)月的試驗(yàn)，溢流水穩(wěn)定在20 g/L以下，不僅循環(huán)水濃度得到解決，添加絮凝劑還改善了浮選效果，提高了細(xì)泥選擇性，入料煤漿濃度穩(wěn)定，且產(chǎn)品質(zhì)量合格穩(wěn)定，抽出率較以往使用前提高了5%。我廠采用老式的周邊傳動(dòng)濃縮機(jī)通過添加絮凝劑改善了沉降方式，由粗到細(xì)擴(kuò)散沉降形成粗細(xì)集中沉降，減少了細(xì)泥向周邊擴(kuò)散，加快了沉降速度，減少煤泥在水中的氧化程度，新鮮煤漿直接入浮。
通過原煤和尾煤濃縮機(jī)的同時(shí)使用，2004年全年洗水濃度完成13g/L，實(shí)現(xiàn)了清水洗煤，洗水組成明顯變化，即尾煤濃縮機(jī)溢流占70%，原煤濃縮機(jī)占25%。將壓濾機(jī)溢流之間進(jìn)入洗水改為進(jìn)入尾煤濃縮機(jī)二次凈化以來，洗水濃度班、日、月均在10 g/L以下，實(shí)現(xiàn)了清水洗煤，洗水全部復(fù)用，改變了以往根據(jù)洗水指導(dǎo)生產(chǎn)，定期換水的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了煤泥水閉路循環(huán)。關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)了清水洗煤，提高了跳汰機(jī)分選效率，減少了產(chǎn)品污染，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高精煤產(chǎn)率。
4 通過底流大排放來提高浮選機(jī)通過量
由于添加絮凝劑改變了原煤濃縮機(jī)沉降方式，由原來的擴(kuò)散型變?yōu)榧谢旌闲停两邓俣燃涌，減少積聚時(shí)間，只有連續(xù)穩(wěn)定地排放才能起到一定的作用。根據(jù)浮選機(jī)最佳入料濃度（120 g/L）制定排放制度，實(shí)現(xiàn)浮選機(jī)最大通過量，由試驗(yàn)前的100 m3/h左右提高到250 m3/h左右，加快浮選速度，實(shí)現(xiàn)底流大排放，保證濃縮機(jī)清水層1.5 m～2 m，減少了細(xì)泥積聚，排放出循環(huán)水系統(tǒng)，由壓濾機(jī)把關(guān)處理。存在問題是長時(shí)間停車導(dǎo)致剛開車時(shí)浮精灰偏高，可通過采取浮選系統(tǒng)遲停早開的辦法加以解決。通過改善浮選機(jī)入料條件，不僅提高了浮選機(jī)工作效率，而且使產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)較使用絮凝劑前發(fā)生顯著變化，浮選精煤灰分合格率、穩(wěn)定率有較大改善，浮選精煤產(chǎn)率提高至少2%，尾礦灰分提高10%。
5 提高設(shè)備工作效率
我廠浮選精煤采用PG116型圓盤真空過濾機(jī)脫水，浮選水分為28%～32%之間，大大影響了出廠精煤水分。為了改善過濾效果，降低精煤水分，提高真空過濾機(jī)處理能力，通過采取分析影響過濾速度因素得知，只要增加濾餅空隙率，減少濾餅比表面積和壓縮性指數(shù)，就可降低濾餅的比阻；谶@一原理，當(dāng)比阻較小時(shí)（浮精粒度較粗）過濾效果較好；浮精粒度較細(xì)，黏度較大時(shí)，過濾濾餅薄，效果差。通過使用絮凝劑，改變了懸浮液的顆粒結(jié)構(gòu)，便于形成疏松多孔的聚合體，起到降低濾餅比阻的作用，以獲得孔隙較多、結(jié)構(gòu)強(qiáng)的濾餅。通過添加0.01%～0.02%濃度的絮凝劑作為助濾劑，工藝效果明顯改善，濾餅水分降低2個(gè)百分點(diǎn)，使過濾自動(dòng)化發(fā)揮作用，處理量大幅度增加，濾餅脫落率提高，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由以前開6臺(tái)過濾機(jī)減少為5臺(tái)，操作工人由6人減少到3人，工作效率大大提高。
我廠2004年進(jìn)行尾煤濃縮機(jī)工藝改造，采用JZN—22高效濃縮機(jī)和XMGZ300/1600—X/U壓濾機(jī)完善煤泥水工藝。由于煤泥粒度組成特性，壓濾機(jī)一個(gè)循環(huán)需60 min，通過我們添加絮凝劑后，工作循環(huán)減少為40 min，且產(chǎn)品水分降低2%，濾餅成型速度快，產(chǎn)品水分較低，脫落率高，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備工作效率。
6 加強(qiáng)工藝環(huán)節(jié)的管理
煤泥水是選煤廠工藝較復(fù)雜的環(huán)節(jié)，為確保煤泥水工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行，我們加強(qiáng)了工藝環(huán)節(jié)的管理，通過控制主要工藝參數(shù)，來調(diào)節(jié)絮凝劑的添加量。采用探桿對濃縮機(jī)分層和分級(jí)情況進(jìn)行檢測、跟蹤，利用濃度計(jì)、流量計(jì)跟蹤和控制濃縮機(jī)底流的排放量，并對濃縮機(jī)入料、排料和溢流進(jìn)行濃度檢測，以這些參數(shù)作為依據(jù)，確定絮凝劑的添加量和濃度配比，使絮凝劑的添加達(dá)到了高效性和經(jīng)濟(jì)性兼顧的目的。
7 取得的效果
通過合理使用絮凝劑和加強(qiáng)煤泥水環(huán)節(jié)管理，有效地完成了選煤廠浮選系統(tǒng)的主要任務(wù)，提高了精煤產(chǎn)率，降低了洗水濃度，各種消耗除絮凝劑外明顯下降。電耗僅為計(jì)劃的46%，油耗為0.9kg/t干煤泥，大型設(shè)備真空泵、高壓泵、煤泥泵等運(yùn)行周期延長6～12個(gè)月。煤泥水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，杜絕了煤泥水外排，洗水濃度控制在10g/L左右，基本實(shí)現(xiàn)清水洗煤。產(chǎn)品質(zhì)量得到提高：精煤灰分指標(biāo)降低2%；浮精煤水分降低2%；尾煤灰分提高10%；綜合精煤產(chǎn)率提高1.5%；設(shè)備負(fù)荷減少866.9 kW/h；洗煤機(jī)處理量由250 t/h提高到325 t/h。
8 結(jié)語
在細(xì)粒級(jí)物料脫水、沉降、分級(jí)過程中，合理地添加絮凝劑可以降低洗水濃度，同時(shí)可以達(dá)到提高設(shè)備工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在使用過程中應(yīng)注意選擇適用的絮凝劑并選擇合適的加藥點(diǎn)，以便獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
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