同忻選煤廠煤泥水處理工藝優(yōu)化

王大衛(wèi)薄春麗

（1.大同煤礦集團大地選煤工程有限責任公司 山西大同037003；2.大同大學煤炭工程學院 山西大同037003）

1 前言

目前我國常用的重選、浮選、跳汰等選煤工藝絕大部分以水作為分選介質(zhì)。隨著采煤機械化程度的逐步提高，煤粉占入洗原煤的比例也不斷提高，煤粉分散在分選介質(zhì)中，就形成了煤泥水[1]。煤泥水系統(tǒng)是選煤廠工藝最復雜、最難管理的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其運行效果的好壞決定了選煤廠能否正常生產(chǎn)，對選煤廠節(jié)約水資源、煤炭資源回收率，生態(tài)環(huán)境保護等方面也有直接影響。

同煤集團同忻選煤廠位于同忻礦工業(yè)廣場之內(nèi)，主要處理本礦井的來煤，屬于大型礦井型選煤廠。選煤廠日生產(chǎn)能力30 303 t，小時生產(chǎn)能力1 893.94 t。

同忻礦井目前開采的石炭二疊系煤層，可采煤層共6個，各煤層頂?shù)装宕蠖酁槟鄮r、炭質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖，夾矸為砂質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖等。煤層細泥含量較高，粘土層遇水易泥化，所形成細粒煤泥較難沉淀，在系統(tǒng)中循環(huán)集聚，導致煤泥水系統(tǒng)出現(xiàn)一系列問題，集中表現(xiàn)為以下幾個方面：

1、大量高灰極細顆粒無法沉降，在系統(tǒng)中不斷積聚，導致溢流水濃度增高，影響后續(xù)的脫水、脫介環(huán)節(jié)；

2、加壓過濾機濾餅偏薄，脫餅困難，產(chǎn)品水分高；

3、加壓過濾機運行不正常，濾布損傷嚴重，運行成本增加。

2 原因分析

針對以上問題，對煤泥水處理技術(shù)進行研究探討，為同忻選煤廠煤泥水的處理、回收提供技術(shù)依據(jù)，保證選煤廠生產(chǎn)正常，洗水閉路循環(huán)，避免環(huán)境污染，實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益雙贏。

2.1 水質(zhì)分析

煤泥水中可溶性鹽的組成、PH值、硬度、總離子度、礦化度等均會對煤泥沉降產(chǎn)生不同程度的影響。同忻選煤廠煤泥水水質(zhì)測試結(jié)果見表1。

表1煤泥水水質(zhì)分析

由表1可見，同忻選煤廠煤泥水的PH值為8.24，酸堿度偏堿性，會在一定程度上影響絮凝沉降效果；煤泥水硬度為16.3，屬中等硬度水，且礦化程度不高，會給煤泥沉降帶來了一定的困難，需在煤泥水中加入適量無機電解質(zhì)，增加煤泥水中正離子的數(shù)量，以改善煤泥沉降效果。

2.2 粒度分析

粒度的大小是決定固液分離過程中煤泥顆粒與水介質(zhì)之間相對運動速度的重要因素之一，其粒度組成對煤泥水處理難易程度有著重要的影響[2]。通常粒度越細，煤泥水越穩(wěn)定，沉降就越困難，同忻選煤廠煤泥小篩分試驗結(jié)果如下表所示。

表2原煤小篩分試驗報告表

由表2可見，煤泥粒度相對較粗，-0.045 mm粒級的僅占2.10%，各粒級的灰分比較均勻。但同忻礦出井原煤煤質(zhì)間歇性發(fā)生變化，尤其是遇火成巖時，煤泥中＜0.075 mm粒級含量會顯著增加，占比接近50%，導致煤泥沉降困難，影響選煤廠生產(chǎn)。

2.3 物相分析

對同忻選煤廠濃縮機入料煤泥進行了X-射線衍射分析，結(jié)果如圖1和表3所示。

圖1濃縮機入料煤泥的X-射線衍射分析

表3礦物X-射線衍射分析報告

可以看出同忻選煤廠細煤泥試樣衍射峰較多，物相組成復雜，其中，粘土礦物占比高達24.2%，粘土礦物粒度極細，吸水性和分散性強，遇水膨脹易形成穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，使顆粒不易自然沉降。

2.4 電位分析

固體顆粒的電動電位是影響絮凝的重要因素[3]，同忻選煤廠濃縮機入料煤泥顆粒表面的電動電位測試結(jié)果如圖2所示。

圖2濃縮機入料煤泥表面Zeta電位與pH值的關(guān)系

可以看出，煤泥顆粒表面在水中荷負電，且隨著pH值的逐步增加，其表面Zeta電位絕對值也逐步變大，當pH值在7～8時，表面電位達到-32 mv左右。粘土礦物和煤泥顆粒的表面均帶有大量同性負電荷，形成一種穩(wěn)定的膠體體系，導致煤泥難以沉降、可濾性差，最終導致煤泥水系統(tǒng)紊亂，影響選煤廠正常生產(chǎn)。

3 試驗研究

3.1 絮凝劑配方優(yōu)化

為確定最佳的沉降過濾效果，我們對石炭二疊系煤泥水進行了絮凝劑配方優(yōu)化試驗研究，結(jié)果顯示：在單獨使用絮凝劑時，石炭二疊系煤泥水上清液可得到一定程度的改善，但沉降速度、壓實層密實程度等都達不到理想要求。這是因為煤泥中大量的粘土礦物和顆粒表面荷有較高的負電荷，這些電荷在固液界面上產(chǎn)生一定的電位差，吸引與固體表面電性相反、電荷相等的離子，進而在煤泥周圍形成影響沉降的雙電層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。所以我們考慮向煤泥水中加入凝聚劑，以消除煤泥微粒固體表面的負電荷，減小顆粒之間排斥力，使煤泥中的微細顆粒凝聚成較大顆粒，強化煤泥沉降效果。

圖3雙電層的結(jié)構(gòu)示意圖

分別選用CaCl2、MgCl2及聚合氯化鋁(PAC)3種凝聚劑進行試驗，研究其對煤泥顆粒表面電位的影響情況，以便選擇最佳凝聚效果的藥劑，實驗結(jié)果見圖4。

圖4煤泥表面電動電位隨凝聚劑加入量的變化關(guān)系

由圖4可見，在三種凝聚劑的作用下，煤泥表面的Zeta電位均隨藥劑量的增加不斷向零電點靠近。其中，添加聚合氯化鋁時電位變化最明顯，增大趨勢最大，當藥劑用量為14 g/m3時點位接近零電點，添加CaCl2和MgCl2電位變化趨勢相對緩慢，藥劑用量高達30 g/m3時仍未到達零電點。可以確認，添加聚合氯化鋁能夠更好的中和石炭系煤泥表面的電性，壓縮顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)，進而改善細粒煤泥凝聚效果。

多次的對比試驗結(jié)果顯示：單獨加入無機凝聚劑聚合氯化鋁(PAC)時，絮團體積小、數(shù)量少，且處于分散狀態(tài)；單獨加入有機高分子絮凝劑聚丙烯酰胺時，煤泥絮團較大，但各絮團之間空隙很大，所形成絮團的壓實程度較差；而凝聚劑和絮凝劑聯(lián)合作用時，產(chǎn)生的煤泥絮團體積大、數(shù)量多，壓實程度也最好。

3.2 壓濾工藝參數(shù)優(yōu)化

在煤質(zhì)和設(shè)備工況一定的前提下，過濾壓力的大小對過濾效果的好壞有直接影響，理論上增大過濾壓力，可以加快過濾速度，但壓力增大的同時，濾餅的壓實阻力逐步增大，進而阻礙過濾的順利進行[4]。因此并非壓力越大，過濾過程越能順利進行。對同忻選煤廠煤泥水進行了不同壓力條件下的過濾試驗，見表4。

表4不同壓力下的過濾試驗

可見：當過濾壓力為0.6 MPa時，濾餅水分最低為21.05%，壓力繼續(xù)增高，濾餅水分反而升高。

3.3 濾布材料優(yōu)選

濾布的選擇對煤泥水過濾效果的好壞影響很大，在壓濾機使用過程中，濾布起著極其關(guān)鍵的作用。為了取得好的截留效果和過濾速度，需要根據(jù)煤泥粒度大小、密度、化學成分和過濾的工藝條件來合理選擇濾布。目前選煤廠使用最廣泛的是無紡氈布和尼龍濾布，因此，我們進行了不同壓力條件下相同網(wǎng)目的無紡氈布和尼龍濾布的過濾對比試驗，結(jié)果見表5。

試驗結(jié)果表明，尼龍濾布對同忻選煤廠煤泥的脫水效果更好，濾餅水分更低，但濾液不如使用無紡濾布清澈，考慮經(jīng)濟效益，選擇使用尼龍濾布。

表5無紡氈布與尼龍濾布在不同壓力下的試驗

4 結(jié)論

通過對大同煤礦集團公司同忻選煤廠煤泥水特性及其處理工藝進行研究探討，確定了合理的藥劑配比方法、合適的壓濾工藝參數(shù)和理想的過濾介質(zhì)材料。為同忻選煤廠煤泥水處理提供了理論依據(jù)，具有極強的指導價值，優(yōu)化了選煤廠煤泥水系統(tǒng)處理工藝，保證了選煤廠正常生產(chǎn)，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。