同忻选煤厂煤泥水处理工艺优化

2020-08-20王大卫薄春丽

同煤科技 2020年4期

王大卫薄春丽

（1.大同煤矿集团大地选煤工程有限责任公司山西大同037003；2.大同大学煤炭工程学院山西大同037003）

1 前言

目前我国常用的重选、浮选、跳汰等选煤工艺绝大部分以水作为分选介质。随着采煤机械化程度的逐步提高，煤粉占入洗原煤的比例也不断提高，煤粉分散在分选介质中，就形成了煤泥水[1]。煤泥水系统是选煤厂工艺最复杂、最难管理的生产环节，其运行效果的好坏决定了选煤厂能否正常生产，对选煤厂节约水资源、煤炭资源回收率，生态环境保护等方面也有直接影响。

同煤集团同忻选煤厂位于同忻矿工业广场之内，主要处理本矿井的来煤，属于大型矿井型选煤厂。选煤厂日生产能力30 303 t，小时生产能力1 893.94 t。

同忻矿井目前开采的石炭二叠系煤层，可采煤层共6个，各煤层顶底板大多为泥岩、炭质泥岩、高岭质泥岩和砂质泥岩，夹矸为砂质泥岩、高岭质泥岩等。煤层细泥含量较高，粘土层遇水易泥化，所形成细粒煤泥较难沉淀，在系统中循环集聚，导致煤泥水系统出现一系列问题，集中表现为以下几个方面：

1、大量高灰极细颗粒无法沉降，在系统中不断积聚，导致溢流水浓度增高，影响后续的脱水、脱介环节；

2、加压过滤机滤饼偏薄，脱饼困难，产品水分高；

3、加压过滤机运行不正常，滤布损伤严重，运行成本增加。

2 原因分析

针对以上问题，对煤泥水处理技术进行研究探讨，为同忻选煤厂煤泥水的处理、回收提供技术依据，保证选煤厂生产正常，洗水闭路循环，避免环境污染，实现社会效益和经济效益双赢。

2.1 水质分析

煤泥水中可溶性盐的组成、PH值、硬度、总离子度、矿化度等均会对煤泥沉降产生不同程度的影响。同忻选煤厂煤泥水水质测试结果见表1。

表1煤泥水水质分析

由表1可见，同忻选煤厂煤泥水的PH值为8.24，酸碱度偏碱性，会在一定程度上影响絮凝沉降效果；煤泥水硬度为16.3，属中等硬度水，且矿化程度不高，会给煤泥沉降带来了一定的困难，需在煤泥水中加入适量无机电解质，增加煤泥水中正离子的数量，以改善煤泥沉降效果。

2.2 粒度分析

粒度的大小是决定固液分离过程中煤泥颗粒与水介质之间相对运动速度的重要因素之一，其粒度组成对煤泥水处理难易程度有着重要的影响[2]。通常粒度越细，煤泥水越稳定，沉降就越困难，同忻选煤厂煤泥小筛分试验结果如下表所示。

表2原煤小筛分试验报告表

由表2可见，煤泥粒度相对较粗，-0.045 mm粒级的仅占2.10%，各粒级的灰分比较均匀。但同忻矿出井原煤煤质间歇性发生变化，尤其是遇火成岩时，煤泥中＜0.075 mm粒级含量会显著增加，占比接近50%，导致煤泥沉降困难，影响选煤厂生产。

2.3 物相分析

对同忻选煤厂浓缩机入料煤泥进行了X-射线衍射分析，结果如图1和表3所示。

图1浓缩机入料煤泥的X-射线衍射分析

表3矿物X-射线衍射分析报告

可以看出同忻选煤厂细煤泥试样衍射峰较多，物相组成复杂，其中，粘土矿物占比高达24.2%，粘土矿物粒度极细，吸水性和分散性强，遇水膨胀易形成稳定的胶体结构，使颗粒不易自然沉降。

2.4 电位分析

固体颗粒的电动电位是影响絮凝的重要因素[3]，同忻选煤厂浓缩机入料煤泥颗粒表面的电动电位测试结果如图2所示。

图2浓缩机入料煤泥表面Zeta电位与pH值的关系

可以看出，煤泥颗粒表面在水中荷负电，且随着pH值的逐步增加，其表面Zeta电位绝对值也逐步变大，当pH值在7～8时，表面电位达到-32 mv左右。粘土矿物和煤泥颗粒的表面均带有大量同性负电荷，形成一种稳定的胶体体系，导致煤泥难以沉降、可滤性差，最终导致煤泥水系统紊乱，影响选煤厂正常生产。

3 试验研究

3.1 絮凝剂配方优化

为确定最佳的沉降过滤效果，我们对石炭二叠系煤泥水进行了絮凝剂配方优化试验研究，结果显示：在单独使用絮凝剂时，石炭二叠系煤泥水上清液可得到一定程度的改善，但沉降速度、压实层密实程度等都达不到理想要求。这是因为煤泥中大量的粘土矿物和颗粒表面荷有较高的负电荷，这些电荷在固液界面上产生一定的电位差，吸引与固体表面电性相反、电荷相等的离子，进而在煤泥周围形成影响沉降的双电层结构，如图3所示。所以我们考虑向煤泥水中加入凝聚剂，以消除煤泥微粒固体表面的负电荷，减小颗粒之间排斥力，使煤泥中的微细颗粒凝聚成较大颗粒，强化煤泥沉降效果。

图3双电层的结构示意图

分别选用CaCl2、MgCl2及聚合氯化铝(PAC)3种凝聚剂进行试验，研究其对煤泥颗粒表面电位的影响情况，以便选择最佳凝聚效果的药剂，实验结果见图4。

图4煤泥表面电动电位随凝聚剂加入量的变化关系

由图4可见，在三种凝聚剂的作用下，煤泥表面的Zeta电位均随药剂量的增加不断向零电点靠近。其中，添加聚合氯化铝时电位变化最明显，增大趋势最大，当药剂用量为14 g/m3时点位接近零电点，添加CaCl2和MgCl2电位变化趋势相对缓慢，药剂用量高达30 g/m3时仍未到达零电点。可以确认，添加聚合氯化铝能够更好的中和石炭系煤泥表面的电性，压缩颗粒表面的双电层结构，进而改善细粒煤泥凝聚效果。

多次的对比试验结果显示：单独加入无机凝聚剂聚合氯化铝(PAC)时，絮团体积小、数量少，且处于分散状态；单独加入有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺时，煤泥絮团较大，但各絮团之间空隙很大，所形成絮团的压实程度较差；而凝聚剂和絮凝剂联合作用时，产生的煤泥絮团体积大、数量多，压实程度也最好。

3.2 压滤工艺参数优化

在煤质和设备工况一定的前提下，过滤压力的大小对过滤效果的好坏有直接影响，理论上增大过滤压力，可以加快过滤速度，但压力增大的同时，滤饼的压实阻力逐步增大，进而阻碍过滤的顺利进行[4]。因此并非压力越大，过滤过程越能顺利进行。对同忻选煤厂煤泥水进行了不同压力条件下的过滤试验，见表4。

表4不同压力下的过滤试验

可见：当过滤压力为0.6 MPa时，滤饼水分最低为21.05%，压力继续增高，滤饼水分反而升高。

3.3 滤布材料优选

滤布的选择对煤泥水过滤效果的好坏影响很大，在压滤机使用过程中，滤布起着极其关键的作用。为了取得好的截留效果和过滤速度，需要根据煤泥粒度大小、密度、化学成分和过滤的工艺条件来合理选择滤布。目前选煤厂使用最广泛的是无纺毡布和尼龙滤布，因此，我们进行了不同压力条件下相同网目的无纺毡布和尼龙滤布的过滤对比试验，结果见表5。

试验结果表明，尼龙滤布对同忻选煤厂煤泥的脱水效果更好，滤饼水分更低，但滤液不如使用无纺滤布清澈，考虑经济效益，选择使用尼龙滤布。