易泥化難沉降煤泥水處理的研究與實踐

凌麗偉，吉英華，王召召

(河南能源化工集團 永煤公司新橋選煤廠，河南 永城476600)

新橋選煤廠是礦井型選煤廠，入選無煙煤，核定分選能力為1.5 Mt/a，采用主選跳汰+煤泥浮選+尾煤濃縮壓濾的聯合生產工藝，工藝環節包含原煤準備、跳汰分選、煤泥水處理和產品裝車四大部分，可以實現全入選、部分入選和分級入選，產品結構為洗中塊(80～50 mm)、洗小塊(50～25 mm)、篩末煤(<13 mm)和洗末精煤(<13 mm)。建廠初期礦井煤質較好，但近年來，隨著井下條件的改變，入選原煤煤質發生較大變化，尤其是2015年以來，煤質濕黏、易碎，塊煤含量大幅下降，粉煤含量急劇升高。商品煤中>25 mm粒級塊煤含量由建廠時的26%左右降低到目前的2%，分選系統內<0.5 mm粒級含量由8%左右提高到23%以上，浮選壓力加大、產品質量波動較大；煤泥水濃縮沉降效果變差、循環水濃度持續升高，煤泥水處理環節成為制約生產的瓶頸。對此，新橋選煤廠借鑒當前行業內易泥化煤泥水處理方面的研究成果與實踐經驗，結合現場情況，開展入浮煤質、浮選藥劑、絮凝沉降等方面試驗研究[1-4]，提出整改措施并應用于生產實踐，實踐經驗對其它選煤廠煤泥水處理具有一定的借鑒意義。

1 存在問題

2017年4月份，礦井工作面過風化氧化帶，原煤灰分達到40%以上，較以往提高15%左右，煤質松軟易碎、泥化嚴重，浮選入料濃度達到了200 g/L，入料灰分升高到35.78%以上，導致浮選效果變差，出現精煤灰分升高、尾煤灰分降低的情況，循環水濃度持續升高，最高達到160 g/L；浮選精煤壓濾機(加壓過濾機和快開壓濾機)排料周期增長，處理量只有正常生產時的1/5，其中4月8日至4月12日情況最為嚴重，可燃體回收率由80%降至30%左右。由于入選原煤煤質變化，造成煤泥水系統出現一系列問題。

2 試驗研究

2.1 入浮煤泥粒度分析

對浮選入料采樣，做小篩分試驗，試驗結果見表1。分析可知：隨著粒度減小，各粒級含量增大，灰分增大，>0.075 mm粒級含量占46.04%、灰分25.97%，<0.075 mm粒級占53.96%，灰分達到44.92%，說明原煤存在泥化現象，矸石泥化較為嚴重，浮選入料中高灰細泥含量高。由于這些微細顆粒間的靜電斥力作用,顆粒處于分散狀態，不能形成絮團，在沉降過程中僅依靠自身重力很難沉降，并在濃縮機溢流中積聚，需要添加高性能的煤泥水處理藥劑，才能使顆粒相互聚團，加快其沉降速度，降低溢流濃度。[5]

表1 新橋選煤廠浮選入料小篩分實驗

2.2 煤泥水沉降試驗

煤泥水沉降試驗中，采用聚丙烯酰胺(陰離子型，相對分子量1700萬+)進行絮凝處理。針對煤質泥化嚴重，造成微細粒礦物不易沉降問題，需要進行凝聚劑和絮凝劑的混凝沉降試驗，確定其添加比例和添加量。在浮選機尾礦槽直接采樣，使用500 mL量筒做煤泥水沉降試驗，選用三個不同廠家生產的絮凝劑(聚丙烯酰胺)，配制溶液濃度為0.1%。先進行三種不同絮凝劑的沉降對比試驗，優選出一種絮凝劑；再利用優選出的絮凝劑和凝聚劑一起進行煤泥水混凝沉降試驗，以確定藥劑添加比例與添加量。試驗中所用凝聚劑為江蘇徐州C公司生產的凝聚劑。單獨使用不同廠家絮凝劑的沉降試驗結果如圖1所示。

圖1 單獨使用不同廠家絮凝劑的沉降效果對比

通過圖1可以看出，當煤泥水能夠快速沉降時，山東陽谷A公司(生產中正在使用)、河南臺前縣B公司和江蘇徐州C公司生產的聚丙烯酰胺用量分別為12 mg/L、8 mg/L和6 mg/L，結合生產情況，得出如下結論：

(1)使煤泥水達到相同的快速沉降效果，河南臺前縣B公司和江蘇徐州C公司提供的絮凝劑樣品，較目前現場用的絮凝劑用量可分別降低1/3和1/2。

(2)目前生產小時入選量為350 t左右，選煤用水量為3 m3/t，根據試驗數據可得，當煤泥水快速沉降時，山東陽谷A公司、河南臺前縣B公司和江蘇徐州C公司生產的聚丙烯酰胺使用量分別為25.2 kg/h、16.8 kg/h和12.6 kg/h。

(3)目前使用的聚丙烯酰胺用量理論上應達到25.2 kg/h，為以往添加量(2.5 kg/h)的10倍，但考慮到快速沉降可能會造成壓耙事故，建議生產中適度增加用量，逐步降低循環水濃度。

(4)絮凝劑攪拌溶解時間至少需要40分鐘，溶液濃度一般為0.1%～0.3%[4-7]，目前采用絮凝劑攪拌裝置的體積為1.5 m3，藥劑配制能力最大為4.5 kg/h，達不到煤泥水處理能力要求，需要增加絮凝劑添加能力。

采用優選出的絮凝劑，進行“凝聚劑+絮凝劑”混凝加藥試驗，試驗結果見表2，當凝聚劑與絮凝劑添加量為2.5 mg/L和4.5 mg/L時，煤泥水達到快速沉降的效果，其中聚丙烯酰胺用量較單獨使用(6 mg/L)時降低1/4，說明“凝聚劑+絮凝劑”的加藥方式對新橋選煤廠煤泥水絮凝沉降具有明顯效果。

表2 凝聚劑和絮凝劑配合使用時的沉降結果

2.3 實驗機理分析

新橋選煤廠原煤存在泥化現象，矸石遇水后泥化更為嚴重，形成的微細顆粒表面帶有負電荷，互相之間因靜電斥力而保持分散狀態，加上顆粒粒度較小沉降速度很慢,在煤泥水中大量存在造成“細泥”積聚，形成類膠體的分散體系，導致它們穩定地懸浮在水體之中，是煤泥水持續惡化的主要原因之一。添加凝聚劑后人為的增加正離子含量，中和或降低了微細粒粘土類礦物質表面負電荷，減弱顆粒間的同性斥力，破壞類膠體的穩定態，促使它們在分子鍵的作用下先碰撞接觸形成凝塊，然后在高分子絮凝劑作用下把凝塊架橋絮凝成絮團，加大沉降速度，實現了快速沉降作用[6-8]。

2.4 煤泥水沉降試驗結論

(1)絮凝劑添加量不足，現有絮凝劑加藥裝置添加能力達不到生產要求，需要增加藥劑添加裝置。

(2)生產中使用的絮凝沉降效果不理想，需要更換性能更好的絮凝劑。

(3)采用“凝聚劑+絮凝劑”混凝加藥方式，可使煤泥水快速沉降，且絮凝劑用量能降低1/4左右。

3 改進措施

3.1 調整生產組織、煤泥減量生產

根據試驗驗結論，調整生產組織方式，變半分級入選為全分級入選，增大脫粉入選比例，把原煤分級篩篩孔由13 mm調整為8(6) mm，使原煤中大部分<8(6)mm粒級物料進入篩下末原煤中，最大限度的降低系統內細粒煤泥的含量，適當降低小時入選量，實施煤泥減量生產，減輕煤泥水系統負荷。[9-12]

3.2 優化浮選作業、改善浮選效果

(1)由于浮選入料濃度過高，直接影響了浮選效果，為此在煤泥水分級旋流器溢流口和粗煤泥弧形篩的篩面增加沖水管，適量補充清水，實現低濃度浮選[10]。

(2)調整浮選藥劑，選用高性能的起泡劑和捕收劑，聯系浮選藥劑廠家配制針對性較強的浮選藥劑。

3.3 優化濃縮沉降工藝、改善循環水質

(1)自制一套絮凝劑添加裝置，裝置由兩部分組成，上方設置攪拌罐(3.5 m3)，配備功率為4 kW的攪拌電機，下方設置緩沖儲罐(6 m3)，制定絮凝劑加藥制度，使絮凝劑配制濃度控制到0.3%，攪拌時間達到40分鐘以上，使絮凝劑充分溶解。

(2)新增凝聚劑攪拌裝置，凝聚劑加藥管引至浮選機尾礦槽，在加藥管上增加2 m3/h的可變頻螺桿泵1臺，使攪拌好的凝聚劑可直接添加至浮選機尾礦槽。

(3)在凝聚劑和絮凝劑攪拌裝置及管路改造完成后，采用“凝聚劑+絮凝劑”分段加藥工藝，先在浮選機尾礦槽處添加凝聚劑，再在濃縮機入料管路內添加絮凝劑。

(4)為提高煤泥水快速沉降效果，采購江蘇徐州C公司生產的凝聚劑和聚丙烯酰胺進行工業調試，解決煤質惡化時煤泥水難沉降的問題，保證清水洗煤。

(5)合理配置、使用凝聚劑和絮凝劑，其用量不易一次使用過高，防止造成壓耙事故。

(6)增加班次，加大濃縮底流壓濾處理量，經常性檢測濃縮機底流濃度，避免濃縮機壓耙事故發生。

4 實施效果

(1)通過煤泥減量入選，入浮煤泥量降低了近1/4，煤泥水系統的壓力得到緩解。

(2)在浮選作業環節，針對煤質安排浮選藥劑廠家及時調整藥劑，使得浮選藥劑選擇性更強，并新增入浮煤泥稀釋管路，浮選入料濃度降低至80～120 g/L，實現了高效浮選。

(3)增加絮凝劑添加裝置，并實施“凝聚劑+絮凝劑”組合分段加藥方式后，使得煤泥水沉降效果快速好轉。

(4)在實施以上幾項措施后，煤泥水得到快速沉降，2天內循環水變得澄清，循環水濃度降低至5 g/L以下。采取措施前后煤泥水處理效果對比數據見表3。

表3 煤泥水處理效果對比

5 結語

(1)當煤泥水系統中，懸浮物粒度小、濃度較高，難以自然沉降時，煤泥水系統的絮凝劑添加量就需要改變，如何調整需要通過沉降試驗進行指導。

(2)絮凝劑的配制受溶液濃度和攪拌時間制約，性能較差的絮凝劑對添加系統的配制能力會有更高要求，現場用的絮凝劑制備裝置能否滿足要求，需通過試驗進行確定。

(3)處理泥化嚴重，微細粒含量較高的煤泥水時，采用“凝聚劑+絮凝劑”的加藥方案，先減弱微細粒間的靜電斥力，破壞類膠體的穩定態，然后在高分子絮凝劑作用下把凝塊架橋絮凝成絮團，可加大沉降速度，實現快速沉降作用。

(4)對于動力煤選煤廠，當煤質發生變化，粉煤含量較高時，可考慮脫粉入選，緩解煤泥水系統壓力。

(5)浮選作業惡化，在確定浮選機性能正常情況下，首先考慮入浮濃度是否滿足要求，其次考慮藥劑制度是否合理，最后檢查循環水濃度是否達標，找到原因對癥下藥。