絮凝劑在煤泥水處理中的應用
隨著選煤廠洗水閉路循環和環境保護要求的日益提高，煤泥水處理在選煤廠中變得越來越重要。近年來細粒煤分選設備得到很大發展，分選下限也越來越低，導致煤泥水的粒度組成發生了相應的變化，煤泥水中的-0.3 mm級含量占主要地位，由于大量極細顆粒的存在，使得煤泥水處理起來越來越困難。盡管國內同行在工藝流程和設備上不斷改進，這一難題仍困擾著選煤界。汾西礦業集團公司洗煤廠根據煤泥水的性質和絮凝劑的作用機理，在絮凝劑的使用上大膽嘗試，取得了良好的使用效果和經濟效果。
1 汾西礦業集團公司洗煤廠概況
汾西礦業集團公司洗煤廠采用跳汰—浮選聯合工藝流程，20世紀70年代建成并投產，設計能力為300萬t/a，1997年改擴建為400萬t/a的大型現代化選煤廠。改擴建后，煤泥水系統難以滿足生產要求，主要入洗5個礦別的原煤。隨著綜采放頂煤工藝的推廣應用及煤層結構的變化，原煤煤質較差，煤炭粉碎嚴重，煤泥含量特別是細泥含量增加，這就相應地增加了煤泥水處理系統的負擔，威脅著洗水閉路循環和正常的洗煤生產。由于入洗原料煤中-0.5 mm含量逐步增加，由原來的14%左右增加到20%左右，入洗礦別增加，煤質變化大，造成煤泥水系統負荷加大。為此，汾西礦業集團公司洗煤廠于2002—2003年分別增設了粗煤泥回收系統和過濾機自動化裝置來改善生產工藝，但效果較差，浮精煤產率低，洗水濃度不穩定，影響生產正常進行，不能從根本上解決細泥積聚問題。為改善浮選入料，凈化洗水，提高過濾機工作效率，汾西礦業集團公司洗煤廠通過合理使用絮凝劑成功地解決了這一系列問題。
2 絮凝劑的作用機理
煤泥水由煤和水組成，其性質既與煤的性質有關，又與水的性質相關，并受它們之間相互關系的影響，主要由煤泥濃度、黏度、灰分、化學性質及煤泥的粒度組成。其中煤泥的粒度組成很大程度上決定了煤泥水沉降過程的難易程度，且隨著粒度變細及細粒含量的增多，使顆粒的布朗運動加劇，煤泥水黏度增大，并使煤泥水具有某些膠體的性質，從而導致煤泥水長時間不能沉降，其均勻、穩定地懸浮在水體中，沉降效果差。在連續生產過程中，穩定懸浮并大量集聚，使原煤濃縮機和尾煤濃縮機溢流濃度不斷增高，進入洗水系統，造成惡性循環和連鎖反應，進而嚴重影響跳汰機和浮選機分選效果，而且還影響商品煤質量，更嚴重的是煤泥水外排導致環境污染。通過添加絮凝劑發生復雜的熱物理、化學過程，產生凝聚和架橋作用，降低或消除顆粒間的排斥力，中和顆粒表面電荷，使顆粒結合在一起，體積不斷增大。當顆粒聚集到一定體積程度時，便從水中分離出來，形成絮團，使沉降速度大大提高。
汾西礦業集團公司洗煤廠根據煤泥水的特性和絮凝劑的機理作用，在煤泥水中加入具有較長線形分子結構的高分子化合物（絮凝劑），這些高分子化合物在水中發生電離作用，并通過靜電鍵合、氫鍵合、共價鍵合等作用與煤泥水的固體顆粒發生吸附作用。由于這些線形化合物分子結構通常很長，因此通常可以同時黏附幾個顆粒，從而引起顆粒的聚集。我廠先后將絮凝劑應用于浮選精礦中起助濾作用，用于尾煤壓濾機、尾煤濃縮機和原煤濃縮機，起沉降分級、凈化洗水作用，都取得了明顯效果，改善了工藝的不足，提高了設備工作效率，節能降耗，提高精煤產率和穩定產品質量，實現煤泥水閉路循環。
3 合理使用絮凝劑以降低洗水濃度
一般洗煤廠的洗水主要由原煤濃縮機溢流、尾煤濃縮機溢流和壓濾機濾液等組成，其中原煤濃縮機溢流占70%，尾煤濃縮機占25%。2002年10月份前我廠原煤濃縮機溢流在15 g/L～130 g/L之間，生產任務大、生產時間較長時，更為突出，直接影響產品質量和產率，影響粗煤泥系統的正常運行。為此我廠2002年投資近百萬元增加了一套截粗環節，解決浮選入料問題，但未能從根本上解決，洗水濃度居高不下。我們通過分析，著手解決洗水的主要組成部分，通過多次試驗，2001年5月首先將絮凝劑配制成0.2%～0.5%加入尾煤濃縮機，使溢流水大為改善。如果生產穩定的情況下，洗水濃度一般穩定在30 g/L以下，不僅提高了洗水質量，還改善了浮選稀釋效果，但不能解決原煤濃縮機溢流的細泥在洗水中的聚集循環問題。
2003年10月我們將絮凝劑配制成0.1%～0.5%加入原煤濃縮機試驗，主要觀察浮選效果和溢流水濃度，通過兩個月的試驗，溢流水穩定在20 g/L以下，不僅循環水濃度得到解決，添加絮凝劑還改善了浮選效果，提高了細泥選擇性，入料煤漿濃度穩定，且產品質量合格穩定，抽出率較以往使用前提高了5%。我廠采用老式的周邊傳動濃縮機通過添加絮凝劑改善了沉降方式，由粗到細擴散沉降形成粗細集中沉降，減少了細泥向周邊擴散，加快了沉降速度，減少煤泥在水中的氧化程度，新鮮煤漿直接入浮。
通過原煤和尾煤濃縮機的同時使用，2004年全年洗水濃度完成13g/L，實現了清水洗煤，洗水組成明顯變化，即尾煤濃縮機溢流占70%，原煤濃縮機占25%。將壓濾機溢流之間進入洗水改為進入尾煤濃縮機二次凈化以來，洗水濃度班、日、月均在10 g/L以下，實現了清水洗煤，洗水全部復用，改變了以往根據洗水指導生產，定期換水的生產方式，實現了煤泥水閉路循環。關鍵是實現了清水洗煤，提高了跳汰機分選效率，減少了產品污染，保證了產品質量，提高精煤產率。
4 通過底流大排放來提高浮選機通過量
由于添加絮凝劑改變了原煤濃縮機沉降方式，由原來的擴散型變為集中混合型，沉降速度加快，減少積聚時間，只有連續穩定地排放才能起到一定的作用。根據浮選機最佳入料濃度（120 g/L）制定排放制度，實現浮選機最大通過量，由試驗前的100 m3/h左右提高到250 m3/h左右，加快浮選速度，實現底流大排放，保證濃縮機清水層1.5 m～2 m，減少了細泥積聚，排放出循環水系統，由壓濾機把關處理。存在問題是長時間停車導致剛開車時浮精灰偏高，可通過采取浮選系統遲停早開的辦法加以解決。通過改善浮選機入料條件，不僅提高了浮選機工作效率，而且使產品各項指標較使用絮凝劑前發生顯著變化，浮選精煤灰分合格率、穩定率有較大改善，浮選精煤產率提高至少2%，尾礦灰分提高10%。
5 提高設備工作效率
我廠浮選精煤采用PG116型圓盤真空過濾機脫水，浮選水分為28%～32%之間，大大影響了出廠精煤水分。為了改善過濾效果，降低精煤水分，提高真空過濾機處理能力，通過采取分析影響過濾速度因素得知，只要增加濾餅空隙率，減少濾餅比表面積和壓縮性指數，就可降低濾餅的比阻。基于這一原理，當比阻較小時（浮精粒度較粗）過濾效果較好；浮精粒度較細，黏度較大時，過濾濾餅薄，效果差。通過使用絮凝劑，改變了懸浮液的顆粒結構，便于形成疏松多孔的聚合體，起到降低濾餅比阻的作用，以獲得孔隙較多、結構強的濾餅。通過添加0.01%～0.02%濃度的絮凝劑作為助濾劑，工藝效果明顯改善，濾餅水分降低2個百分點，使過濾自動化發揮作用，處理量大幅度增加，濾餅脫落率提高，降低了工人的勞動強度。由以前開6臺過濾機減少為5臺，操作工人由6人減少到3人，工作效率大大提高。
我廠2004年進行尾煤濃縮機工藝改造，采用JZN—22高效濃縮機和XMGZ300/1600—X/U壓濾機完善煤泥水工藝。由于煤泥粒度組成特性，壓濾機一個循環需60 min，通過我們添加絮凝劑后，工作循環減少為40 min，且產品水分降低2%，濾餅成型速度快，產品水分較低，脫落率高，減輕了工人勞動強度，提高了設備工作效率。
6 加強工藝環節的管理
煤泥水是選煤廠工藝較復雜的環節，為確保煤泥水工藝系統正常運行，我們加強了工藝環節的管理，通過控制主要工藝參數，來調節絮凝劑的添加量。采用探桿對濃縮機分層和分級情況進行檢測、跟蹤，利用濃度計、流量計跟蹤和控制濃縮機底流的排放量，并對濃縮機入料、排料和溢流進行濃度檢測，以這些參數作為依據，確定絮凝劑的添加量和濃度配比，使絮凝劑的添加達到了高效性和經濟性兼顧的目的。
7 取得的效果
通過合理使用絮凝劑和加強煤泥水環節管理，有效地完成了選煤廠浮選系統的主要任務，提高了精煤產率，降低了洗水濃度，各種消耗除絮凝劑外明顯下降。電耗僅為計劃的46%，油耗為0.9kg/t干煤泥，大型設備真空泵、高壓泵、煤泥泵等運行周期延長6～12個月。煤泥水系統實現閉路循環，杜絕了煤泥水外排，洗水濃度控制在10g/L左右，基本實現清水洗煤。產品質量得到提高：精煤灰分指標降低2%；浮精煤水分降低2%；尾煤灰分提高10%；綜合精煤產率提高1.5%；設備負荷減少866.9 kW/h；洗煤機處理量由250 t/h提高到325 t/h。
8 結語
在細粒級物料脫水、沉降、分級過程中，合理地添加絮凝劑可以降低洗水濃度，同時可以達到提高設備工作效率和產品質量的目的。在使用過程中應注意選擇適用的絮凝劑并選擇合適的加藥點，以便獲得良好的經濟和社會效益。
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