萬年礦選煤廠改善煤泥水沉降效果的研究與應用

宋擁強，李甜甜，李 鵬

（峰峰集團有限公司邯鄲洗選廠，河北邯鄲 056041）

萬年礦選煤廠屬萬年礦井配套項目，于1987年建成投產，2018年1月劃歸邯鄲洗選廠。選煤廠采用跳汰選煤工藝，原設計篩選能力1.50 Mt／a，洗選能力 0.90 Mt／a，入洗粒度為 100～13 mm。2010年鑒于礦井生產能力提高以及市場和煤質的變化，擴建了一套洗選能力為0.90 Mt／a的末煤重介質系統(tǒng)［1-2]。

萬年礦選煤廠煤泥水沉降設備為兩臺直徑30 m的耙式濃縮機，分別單獨處理末煤重介質車間和塊煤跳汰車間的煤泥水。由于重介質車間煤泥水粒度組成細，煤泥水量大，煤泥水沉降效果差，且后續(xù)的煤泥壓濾效率低，導致生產中常因為濃縮機沉降后的上清液渾濁而不得已停機，每次停機處理煤泥需要1～2 h，導致生產非常被動，煤泥水處理成了制約生產的瓶頸。為解決這一問題，萬年礦選煤廠針對煤泥水處理現(xiàn)狀，從煤泥水沉降以及現(xiàn)場生產流程方面進行了研究和改造。

1 煤泥水沉降試驗

1.1 煤泥水粒度組成分析

煤泥水粒度組成是影響煤泥水沉降的一個重要因素。由于微細煤泥顆粒表面帶有大量負電荷，顆粒間的靜電斥力強，不利于煤泥水中微細粒的沉降［3-4]，所以，通常粒度組成越細，沉降越困難［5-6]。萬年礦選煤廠重介質、跳汰濃縮機入料粒度組成分析結果見表1。

表1 重介質、跳汰濃縮機入料粒度組成

從表1可以看出，兩種煤泥水粒度組成特別細，跳汰煤泥水濃度特別低，但高灰細泥含量非常大，所以，跳汰煤泥水沉降問題較小，但是壓濾速度很慢；而重介質煤泥水濃度較高，且高灰細泥含量高，所以，重介質煤泥水沉降效果差，且壓濾效率低。

1.2 沉降試驗過程

沉降藥劑只用絮凝劑，且藥劑用量非常大，這不僅增加了選煤廠成本，絮凝效果也差，而且，對后續(xù)壓濾脫水環(huán)節(jié)造成不利影響［7-8]。將凝聚劑和絮凝劑配合使用，才能強化細粒煤泥水的沉降，提高沉降效果，甚至節(jié)省藥劑成本［9-10]。通過沉降試驗，了解煤泥沉降特性，選擇最適合該煤泥水沉降的凝聚劑，并探索最佳的藥劑比例，指導現(xiàn)場生產，從而改善煤泥水的沉降效果。

1.2.1 試驗準備

試驗取樣：取重介質濃縮機入料進行煤泥水沉降試驗研究

藥劑準備：選煤廠現(xiàn)用絮凝劑濃度0.1%；有機高分子凝聚劑濃度0.5%；聚合氯化鋁濃度3%；明礬濃度1%。

1.2.2 沉降試驗

（1）單獨使用絮凝劑進行試驗。取煤泥水分別倒入兩個容積為500 mL的具塞量筒，分別往兩只量筒中加入絮凝劑10 mL、20 mL，記錄沉降效果。試驗如圖1所示。

圖1 煤泥水沉降2 min效果

從圖1可以看出，單獨使用絮凝劑進行煤泥水沉降，沉降效果差；即使絮凝劑加到20 mL以上，沉降效果仍沒有明顯改觀。加大絮凝劑的用量僅僅只是使煤泥水中部分煤泥成絮團且快速沉降，而上清液仍然渾濁，沒有明顯的沉降分界面。

（2）凝聚劑的選擇。分別對有機高分子凝聚劑、聚合氯化鋁、明礬進行了沉降效果的對比試驗。試驗表明，單獨添加有機高分子凝聚劑時，對煤泥水幾乎沒有沉降效果，單獨添加聚合氯化鋁與明礬時，煤泥水有所沉降，且效果相近。單獨添加聚合氧化鋁以及聚合氯化鋁與絮凝劑聯(lián)合添加時的沉降效果如圖2所示。

由圖2可見，單獨添加聚合氯化鋁6 mL，沉降效果明顯：有較大的絮團產生，且上清液澄清；但是單獨添加聚合氯化鋁時，沉降速度較慢。聚合氯化鋁配合絮凝劑使用時，沉降效果最佳：當聚合氯化鋁用量為6 mL，絮凝劑用量2 mL時，沉降效果較好。

圖2 煤泥水沉降效果示意

1.3 試驗總結

（1）從試驗情況來看，該煤泥在單獨使用絮凝劑進行沉降時，沉降效果差，藥劑量消耗高；

（2）聚合氯化鋁與明礬效果相當，在使用聚合氯化鋁作為凝聚劑進行沉降時，沉降效果好，煤泥能快速成團，上清液澄清；如配合絮凝劑進行沉降，沉降速度快。

2 選煤廠煤泥水系統(tǒng)改造

2.1 藥劑添加制度

通過試驗探索，最終選定明礬和聚合氯化鋁兩種無機凝聚劑。在原有凝聚劑攪拌桶處配置3%濃度的聚合氯化鋁添加到煤泥水中，以沉降試驗結果為指導，并且根據現(xiàn)場煤泥水的沉降效果，調整凝聚劑和絮凝劑的添加量。生產中，由于明礬的溶解速度較慢，所以將明礬堆撒到濃縮池溢流槽內，通過溢流水的流動慢慢溶解到生產循環(huán)水中，對循環(huán)水進一步凈化。

2.2 煤泥水粒度組成改善

根據兩種煤泥水的粒度組成及濃度分析，并結合現(xiàn)場沉降效果，為減輕重介質濃縮池的壓力，將重介質煤泥水往跳汰濃縮池進行分流摻配，在保證跳汰濃縮機處理效果的前提下，盡量減輕重介質系統(tǒng)煤泥水沉降壓力；另外，將矸石磁選尾礦與精煤磁選尾礦分離后，矸石磁選尾礦經高頻篩脫水后，篩下水進重介質濃縮池，進一步改善重介質煤泥水粒度組成。改造后，重介質濃縮池底流粒度組成如表2所示。

表2 摻粗后重介質濃縮池底流粒度組成

與改造前重介質濃縮池入料粒度組成相比，煤泥水中高灰細泥的比例大幅度降低，而0.074 mm以上較粗粒級含量增大，整體來看，粒度組成得到了很大改善。

2.3 加強尾煤壓濾車間的管理

為了節(jié)省開支，萬年礦選煤廠壓濾機濾布從未定期更換過，這是導致壓濾機脫水效率低的一個重要因素。本次改造中，批量更換濾布，并要求停機時沖洗濾板和濾布。

2.4 提高煤泥脫水環(huán)節(jié)的處理能力

由于萬年礦選煤廠尾煤壓濾機處理能力與煤泥量不匹配，且尾煤壓濾效率低，導致連續(xù)長時間生產后，濃縮池中煤泥沉降層高達1 m多，無法及時排出沉降煤泥，最終導致濃縮池溢流水發(fā)黑，所以，解決煤泥水系統(tǒng)問題的根本在于提高后續(xù)煤泥壓濾脫水環(huán)節(jié)的處理能力。為解決這一問題，在壓濾車間新增加1臺壓濾機，并增加1臺臥式沉降離心脫水機，保證濃縮池中沉降的底流煤泥能夠及時連續(xù)排出。

2.5 改造效果

（1）經本次改造后，尾煤車間壓濾機壓濾效果提高，單臺壓濾周期縮短20 min以上；

（2）濃縮池溢流水澄清透明，且實現(xiàn)了整班清水洗煤。

3 總 結

（1）萬年礦選煤廠煤泥水粒度組成極細，煤泥水沉降困難。通過摻粗的形式，解決了該問題，不僅改善了煤泥水的沉降效果，同時，對后續(xù)煤泥壓濾也起到了積極作用。

（2）通過實驗室探索試驗，萬年礦選煤廠煤泥水沉降用藥劑必須是凝聚劑與絮凝劑配合使用，才能使煤泥水沉降效果最佳。

（3）后續(xù)煤泥脫水環(huán)節(jié)的處理能力對濃縮機的沉降效果起到制約性作用。萬年礦選煤廠通過增加設備，提高了煤泥脫水處理能力，從根本上解決了煤泥水系統(tǒng)的問題。