易泥化难沉降煤泥水处理的研究与实践

凌丽伟，吉英华，王召召

(河南能源化工集团 永煤公司新桥选煤厂，河南 永城476600)

新桥选煤厂是矿井型选煤厂，入选无烟煤，核定分选能力为1.5 Mt/a，采用主选跳汰+煤泥浮选+尾煤浓缩压滤的联合生产工艺，工艺环节包含原煤准备、跳汰分选、煤泥水处理和产品装车四大部分，可以实现全入选、部分入选和分级入选，产品结构为洗中块(80～50 mm)、洗小块(50～25 mm)、筛末煤(<13 mm)和洗末精煤(<13 mm)。建厂初期矿井煤质较好，但近年来，随着井下条件的改变，入选原煤煤质发生较大变化，尤其是2015年以来，煤质湿黏、易碎，块煤含量大幅下降，粉煤含量急剧升高。商品煤中>25 mm粒级块煤含量由建厂时的26%左右降低到目前的2%，分选系统内<0.5 mm粒级含量由8%左右提高到23%以上，浮选压力加大、产品质量波动较大；煤泥水浓缩沉降效果变差、循环水浓度持续升高，煤泥水处理环节成为制约生产的瓶颈。对此，新桥选煤厂借鉴当前行业内易泥化煤泥水处理方面的研究成果与实践经验，结合现场情况，开展入浮煤质、浮选药剂、絮凝沉降等方面试验研究[1-4]，提出整改措施并应用于生产实践，实践经验对其它选煤厂煤泥水处理具有一定的借鉴意义。

1 存在问题

2017年4月份，矿井工作面过风化氧化带，原煤灰分达到40%以上，较以往提高15%左右，煤质松软易碎、泥化严重，浮选入料浓度达到了200 g/L，入料灰分升高到35.78%以上，导致浮选效果变差，出现精煤灰分升高、尾煤灰分降低的情况，循环水浓度持续升高，最高达到160 g/L；浮选精煤压滤机(加压过滤机和快开压滤机)排料周期增长，处理量只有正常生产时的1/5，其中4月8日至4月12日情况最为严重，可燃体回收率由80%降至30%左右。由于入选原煤煤质变化，造成煤泥水系统出现一系列问题。

2 试验研究

2.1 入浮煤泥粒度分析

对浮选入料采样，做小筛分试验，试验结果见表1。分析可知：随着粒度减小，各粒级含量增大，灰分增大，>0.075 mm粒级含量占46.04%、灰分25.97%，<0.075 mm粒级占53.96%，灰分达到44.92%，说明原煤存在泥化现象，矸石泥化较为严重，浮选入料中高灰细泥含量高。由于这些微细颗粒间的静电斥力作用,颗粒处于分散状态，不能形成絮团，在沉降过程中仅依靠自身重力很难沉降，并在浓缩机溢流中积聚，需要添加高性能的煤泥水处理药剂，才能使颗粒相互聚团，加快其沉降速度，降低溢流浓度。[5]

表1 新桥选煤厂浮选入料小筛分实验

2.2 煤泥水沉降试验

煤泥水沉降试验中，采用聚丙烯酰胺(阴离子型，相对分子量1700万+)进行絮凝处理。针对煤质泥化严重，造成微细粒矿物不易沉降问题，需要进行凝聚剂和絮凝剂的混凝沉降试验，确定其添加比例和添加量。在浮选机尾矿槽直接采样，使用500 mL量筒做煤泥水沉降试验，选用三个不同厂家生产的絮凝剂(聚丙烯酰胺)，配制溶液浓度为0.1%。先进行三种不同絮凝剂的沉降对比试验，优选出一种絮凝剂；再利用优选出的絮凝剂和凝聚剂一起进行煤泥水混凝沉降试验，以确定药剂添加比例与添加量。试验中所用凝聚剂为江苏徐州C公司生产的凝聚剂。单独使用不同厂家絮凝剂的沉降试验结果如图1所示。

图1 单独使用不同厂家絮凝剂的沉降效果对比

通过图1可以看出，当煤泥水能够快速沉降时，山东阳谷A公司(生产中正在使用)、河南台前县B公司和江苏徐州C公司生产的聚丙烯酰胺用量分别为12 mg/L、8 mg/L和6 mg/L，结合生产情况，得出如下结论：

(1)使煤泥水达到相同的快速沉降效果，河南台前县B公司和江苏徐州C公司提供的絮凝剂样品，较目前现场用的絮凝剂用量可分别降低1/3和1/2。

(2)目前生产小时入选量为350 t左右，选煤用水量为3 m3/t，根据试验数据可得，当煤泥水快速沉降时，山东阳谷A公司、河南台前县B公司和江苏徐州C公司生产的聚丙烯酰胺使用量分别为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论上应达到25.2 kg/h，为以往添加量(2.5 kg/h)的10倍，但考虑到快速沉降可能会造成压耙事故，建议生产中适度增加用量，逐步降低循环水浓度。

(4)絮凝剂搅拌溶解时间至少需要40分钟，溶液浓度一般为0.1%～0.3%[4-7]，目前采用絮凝剂搅拌装置的体积为1.5 m3，药剂配制能力最大为4.5 kg/h，达不到煤泥水处理能力要求，需要增加絮凝剂添加能力。

采用优选出的絮凝剂，进行“凝聚剂+絮凝剂”混凝加药试验，试验结果见表2，当凝聚剂与絮凝剂添加量为2.5 mg/L和4.5 mg/L时，煤泥水达到快速沉降的效果，其中聚丙烯酰胺用量较单独使用(6 mg/L)时降低1/4，说明“凝聚剂+絮凝剂”的加药方式对新桥选煤厂煤泥水絮凝沉降具有明显效果。

表2 凝聚剂和絮凝剂配合使用时的沉降结果

2.3 实验机理分析

新桥选煤厂原煤存在泥化现象，矸石遇水后泥化更为严重，形成的微细颗粒表面带有负电荷，互相之间因静电斥力而保持分散状态，加上颗粒粒度较小沉降速度很慢,在煤泥水中大量存在造成“细泥”积聚，形成类胶体的分散体系，导致它们稳定地悬浮在水体之中，是煤泥水持续恶化的主要原因之一。添加凝聚剂后人为的增加正离子含量，中和或降低了微细粒粘土类矿物质表面负电荷，减弱颗粒间的同性斥力，破坏类胶体的稳定态，促使它们在分子键的作用下先碰撞接触形成凝块，然后在高分子絮凝剂作用下把凝块架桥絮凝成絮团，加大沉降速度，实现了快速沉降作用[6-8]。

2.4 煤泥水沉降试验结论

(1)絮凝剂添加量不足，现有絮凝剂加药装置添加能力达不到生产要求，需要增加药剂添加装置。

(2)生产中使用的絮凝沉降效果不理想，需要更换性能更好的絮凝剂。

(3)采用“凝聚剂+絮凝剂”混凝加药方式，可使煤泥水快速沉降，且絮凝剂用量能降低1/4左右。

3 改进措施

3.1 调整生产组织、煤泥减量生产

根据试验验结论，调整生产组织方式，变半分级入选为全分级入选，增大脱粉入选比例，把原煤分级筛筛孔由13 mm调整为8(6) mm，使原煤中大部分<8(6)mm粒级物料进入筛下末原煤中，最大限度的降低系统内细粒煤泥的含量，适当降低小时入选量，实施煤泥减量生产，减轻煤泥水系统负荷。[9-12]

3.2 优化浮选作业、改善浮选效果

(1)由于浮选入料浓度过高，直接影响了浮选效果，为此在煤泥水分级旋流器溢流口和粗煤泥弧形筛的筛面增加冲水管，适量补充清水，实现低浓度浮选[10]。

(2)调整浮选药剂，选用高性能的起泡剂和捕收剂，联系浮选药剂厂家配制针对性较强的浮选药剂。

3.3 优化浓缩沉降工艺、改善循环水质

(1)自制一套絮凝剂添加装置，装置由两部分组成，上方设置搅拌罐(3.5 m3)，配备功率为4 kW的搅拌电机，下方设置缓冲储罐(6 m3)，制定絮凝剂加药制度，使絮凝剂配制浓度控制到0.3%，搅拌时间达到40分钟以上，使絮凝剂充分溶解。

(2)新增凝聚剂搅拌装置，凝聚剂加药管引至浮选机尾矿槽，在加药管上增加2 m3/h的可变频螺杆泵1台，使搅拌好的凝聚剂可直接添加至浮选机尾矿槽。

(3)在凝聚剂和絮凝剂搅拌装置及管路改造完成后，采用“凝聚剂+絮凝剂”分段加药工艺，先在浮选机尾矿槽处添加凝聚剂，再在浓缩机入料管路内添加絮凝剂。

(4)为提高煤泥水快速沉降效果，采购江苏徐州C公司生产的凝聚剂和聚丙烯酰胺进行工业调试，解决煤质恶化时煤泥水难沉降的问题，保证清水洗煤。

(5)合理配置、使用凝聚剂和絮凝剂，其用量不易一次使用过高，防止造成压耙事故。

(6)增加班次，加大浓缩底流压滤处理量，经常性检测浓缩机底流浓度，避免浓缩机压耙事故发生。

4 实施效果

(1)通过煤泥减量入选，入浮煤泥量降低了近1/4，煤泥水系统的压力得到缓解。

(2)在浮选作业环节，针对煤质安排浮选药剂厂家及时调整药剂，使得浮选药剂选择性更强，并新增入浮煤泥稀释管路，浮选入料浓度降低至80～120 g/L，实现了高效浮选。

(3)增加絮凝剂添加装置，并实施“凝聚剂+絮凝剂”组合分段加药方式后，使得煤泥水沉降效果快速好转。

(4)在实施以上几项措施后，煤泥水得到快速沉降，2天内循环水变得澄清，循环水浓度降低至5 g/L以下。采取措施前后煤泥水处理效果对比数据见表3。

表3 煤泥水处理效果对比

5 结语

(1)当煤泥水系统中，悬浮物粒度小、浓度较高，难以自然沉降时，煤泥水系统的絮凝剂添加量就需要改变，如何调整需要通过沉降试验进行指导。

(2)絮凝剂的配制受溶液浓度和搅拌时间制约，性能较差的絮凝剂对添加系统的配制能力会有更高要求，现场用的絮凝剂制备装置能否满足要求，需通过试验进行确定。

(3)处理泥化严重，微细粒含量较高的煤泥水时，采用“凝聚剂+絮凝剂”的加药方案，先减弱微细粒间的静电斥力，破坏类胶体的稳定态，然后在高分子絮凝剂作用下把凝块架桥絮凝成絮团，可加大沉降速度，实现快速沉降作用。

(4)对于动力煤选煤厂，当煤质发生变化，粉煤含量较高时，可考虑脱粉入选，缓解煤泥水系统压力。

(5)浮选作业恶化，在确定浮选机性能正常情况下，首先考虑入浮浓度是否满足要求，其次考虑药剂制度是否合理，最后检查循环水浓度是否达标，找到原因对症下药。