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(guò)處理循環(huán)再利用。 所以在洗煤過(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(wú)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(guó)邢臺(tái)煤礦選煤廠首先發(fā)展起來(lái)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(guò)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(wèn)題。

圖2 浮選精煤濃縮過(guò)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(guò)濾工藝。 就是將原來(lái)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(guò)濾改為濃縮過(guò)濾。改進(jìn)后，一臺(tái)過(guò)濾機(jī)能頂兩臺(tái)以上過(guò)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(jiàn)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?。盒枰蹌┗蛘咝跄齽?；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(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)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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