炼焦煤选煤厂的煤泥水深度澄清.pdf

洁 净 煤 技 术 2 0 0 6年 第1 2卷 第3 选煤厂的煤泥水处理的主要任务有2项 一 是煤泥水深度澄清,实现清水或低浓度洗水选 煤,为达到最佳分选效果创造良好的先决条件; 二是沉降的煤泥及时进行脱水回收, 以实现煤泥 不出厂, 避免污染环境及浪费资源。这2项任务 的完成是相辅相成、 紧密相关、 缺一不可的, 也只 有这样才能做到洗水良性闭路循环。 选煤厂的煤泥水处理难度甚大, 往往是正常 生产的瓶颈和最为薄弱的环节。对于特大型炼焦 煤选煤厂临涣选煤厂 简称临选 亦是如此。 1难度 临选原设计为年处理3 . 0 M t原料煤,设有2 套独立生产系统。为满足用户对精煤质量越来越 高的要求, 增强企业在市场上的竞争能力, 委托唐 山国华科技有限公司采用无压给料三产品重介质 旋流器选煤创新工艺及设备, 从2 0 0 0年开始先后 对1号、2号系统进行了技术改造, 还新建了3号 系统, 重介质旋流器选煤分选效果良好, 取得显著 经济效益。全厂实际总处理能力达1 0 7 0 t / h,2 0 0 5 年共入选原料煤5 . 2 0 M t。 临选有5台耙式浓缩机, 其中用于浮选前预先脱泥的煤泥浓缩机3台, 沉 淀面积各为7 0 7 m 2 ; 用于粗、 细煤泥水力分级的尾 煤浓缩机一台, 沉淀面积为1 5 9 0 m 2 ; 用于煤泥沉 降澄清的废水浓缩机一台,沉淀面积为2 1 9 0 m 2 , 该厂的煤泥水处理原则流程如图1所示。根据临 选入选周边各矿井的原料煤煤质特性,采用了浮 选前脱泥和选后两段浓缩、两段回收模式相结合 的流程。 预先排除浮选入料中的部分高灰细泥, 有 利于保证分选指标; 对于截粗后的中煤、 矸石磁选 机尾矿和浮选尾煤先后用水力分级和澄清作业进 行处理,既强化了沉降过滤离心脱水机和煤泥离 心机对粗煤泥的脱水回收,大幅度减小尾煤压滤 机的负荷, 又充分发挥其固液分离彻底的优势, 这 些无疑都是合理的。 图1煤泥水处理原则流程 为加速煤泥沉降澄清, 先后在废水浓缩机入 料中添加7 1 0净水剂水溶液 无机盐类凝聚剂 和聚丙烯酰胺水溶液。但是当入选原料煤中粘土 收稿日期 2 0 0 6 - 0 6 - 2 3 作者简介周忠琴（ 1 9 7 1 - ） ， 女， 贵州松桃人， 1 9 9 4年毕业于原淮南矿业学院选矿工程专业， 工程师， 一直从事选煤厂的技术管理工 作， 现在临涣选煤厂工程师室任职。 炼焦煤选煤厂的煤泥水深度澄清 周忠琴 1 , 王飞虎 1 , 王恒 1 , 李振奇 2 , 刘雨苗 2 , 李丽芳 2 1 .淮北矿业 集团 公司临涣选煤厂, 安徽淮北2 3 2 0 4 7; 2 .唐山国华科技有限公司, 河北唐山0 6 3 0 2 0 摘要 分析临涣选煤厂煤泥水处理的难度, 重点介绍矿物型凝聚剂 M C 创新技术及 其应用和效果。 关键词 矿物型凝聚剂; 煤泥水; 深度澄清 中图分类号 T D 9 4 2 . 7文献标识码B文章编号1 0 0 6 - 6 7 7 2 2 0 0 6 0 3 - 0 0 2 8 - 0 4 2 8 类矿物质增多, 全厂小时入选量大, 连续生产时 间延长时, 原来与2个生产系统配套的废水浓缩 机, 现在要承担3个生产系统的煤泥水深度澄清 任务就显得格外不相适应,致使其溢流浓度增 大, 大量细泥随洗水循环积聚, 造成了恶性循环、 连锁反应,甚至发生浓缩机压耙子恶性事故, 严 重影响正常生产。 煤泥水悬浮液按粒度组成可分成以下3种 类型 ①粗粒分散体系。由大于0 . 0 7 5 m m矿粒组 成, 因为其沉降速度大, 故可在重力条件下实现 自然沉降。 ②细粒分散体系。由0 . 0 7 5 ～ 0 . 0 1 2 5 m m矿粒 组成, 因为其沉降速度较慢, 需在絮凝或凝聚条 件下实现煤泥水沉降澄清。 ③类胶体分散体系。由0 . 0 1 2 5 m m以下矿泥 组成稳定性强的悬浮体系, 是造成选煤厂细泥积 聚的主要原因, 必须在快速凝聚条件下实现絮凝 沉降。 原则上讲, 任一种煤泥水均是由以上3种类 型构成的复杂分散体系, 关键是哪一类分散体系 占主导地位。 固体颗粒是煤泥水中的分散相, 它们本身性 质决定了悬浮液的类型。占煤炭组成8 0 的有机 质 净煤 自身易于沉降, 而粘土类矿物质则相 反, 并且还形成恶化沉降的环境, 所以煤炭中伴 生的矿物组分直接影响煤泥水沉降见表1。 临选入选原料煤的周边各矿井皆属陆相沉 积为主的煤田。煤炭中含有一定数量的粘土类矿 物质, 它遇水浸泡, 极易泥化成小于0 . 0 1 2 5 m m的 微细颗粒见表2。 这些灰分高的细泥比表面积大, 有强烈的离子交换吸附能力。典型的粘土类矿物 质的离子交换反应式如下 N a C a 2 C a 2 ←→ 2 N a N a 粘土颗粒表面上的低价离子和水溶液中的 钙镁离子交换吸附,使得它们在水中的数量减 少,致使水质变软见表3。所以,随着细泥的积 聚, 不但使得煤泥水有效粘度猛增, 而且导致水 中钙镁等金属离子含量大幅递减, 类胶体分散体 系越稳定, 矿粒越不容易沉淀, 以致陷于循环不 了的怪圈之中。 2对策 类胶体分散体系之所以稳定的原因有以下3 点 ①微细颗粒具有双电层结构, 其表面带有负 电荷, 互相之间因静电斥力, 使它们处于分散状 态。 ②微细颗粒表面具有未补偿的键能, 极性水 分子在它们表面定向排列, 形成水化膜, 阻止颗 粒接触碰撞。 ③微细颗粒质量甚轻,所受重力影响极小, 相对而言, 受水分子热运动影响极为强烈, 导致 它们稳定地悬浮在水体之中。 以上3点之中, 第1点是最主要的。选煤厂 循环水中含有一定数量的金属正离子 尤其是 钙、 镁离子 , 就可破坏类胶体的稳定态。它们压 缩微粒表面双电层, 中和或降低负电性, 减小未 补偿的键能, 消除静电斥力和水化膜影响, 微粒 在分子间的作用力下互相吸引接触凝聚成团, 克 服重力得以沉降。 中国矿业大学刘炯天教授曾对煤泥水中离 子平衡及作用机理进行系统的详尽研究, 开发了 添加矿物型凝聚剂创新技术, 首先提出用M C凝 聚剂对煤泥水进行沉降、 澄清。 煤泥难沉降的最根本原因是水的硬度低, 因 此可以添加价廉、 实效的矿物型无机电解质 M C, 人为增加水的硬度。水溶液中M C为钙正离 子和酸根负离子。 沉降难易程度 易 中等 难 表1伴生矿物对煤泥水沉降的影响 矿物种类 碳酸盐、 硫化矿、 及硫酸盐 粘土类矿物少, 有一定的碳 酸盐、 硫酸盐和硫化矿物 粘土类矿物为主 煤炭成因环境 海相沉积为主 海相、 陆相沉积综合 形成 陆相沉积为主 粘土类矿物 粘土类矿物 粒级/ m m 灰分/ 产率/ 表2 6 0 2号煤泥浓缩机溢流的粒度组成 0 . 0 4 5 2 1 . 1 7 4 . 1 7 0 . 0 4 5 ～ 0 . 0 3 0 2 3 . 3 8 3 . 3 3 0 . 0 3 0 ～ 0 . 0 1 2 5 4 8 . 2 9 6 6 . 2 5 0 . 0 1 2 5 6 3 . 8 5 2 6 . 2 5 计 5 0 . 4 1 1 0 0 . 0 0 特大型炼焦煤选煤厂的煤泥水深度澄清 表3临选水质指标 m g / L 总离子 含量 1 2 8 3 . 3 9 1 4 8 0 . 8 2 项目 生产补加水 循环水 N a K 2 1 6 . 7 5 4 2 4 . 2 2 C a 2 6 9 . 5 7 1 3 . 6 2 M g 2 5 3 . 6 7 9 . 9 0 A l 3 1 . 3 4 0 . 6 1 F e 3 - - 2 . 8 8 C l - 5 8 . 5 5 1 0 1 . 1 3 S O4 - 2 3 0 0 . 6 8 4 4 6 . 6 9 H C O3 - / C O3 2 - 5 8 2 . 8 3 4 8 1 . 7 7 总硬度 德国度 2 2 . 1 0 4 . 1 9 2 9 洁 净 煤 技 术 2 0 0 6年 第1 2卷 第3 高灰分细煤泥脱水回收 压滤周期/ m i n K M 2 5 0 / 1 6 0 0型快 开式隔膜压滤机 6 0 4 0 X M Z 5 0 0 / 1 5 0 0 型箱式压滤机 1 0 0 8 0 澄清系数Δ 底流固体回 收率E1 底流液体混 杂率E2 浓缩效率η n 澄清浓缩设备技术特征 表4耙式浓缩机工艺效果指标 入料与产物特性工艺效果指标 设备 名称 型号 规格 单位 处理 能力 沉淀 面积 m 2 耙式浓缩机 C D 4 5 入 料 溢 流 底 流 浓度a 灰分 流量m 3 / h 浓度b 灰分 产率 固 液γ b 浓度c 灰分 产率 固 液γ c 2 . 4 5 1 . 5 9 2 4 0 0 0 . 0 1 - 7 . 9 7 3 0 . 0 5 1 . 5 3 9 2 . 0 3 0 . 9 9 6 9 9 . 6 2 5 . 7 2 9 3 . 9 0 Δ a - b a E1c a - b a c - b E2 a - b 1 0 0 - a c - b 1 0 0 - c ηn E1- E2 钙离子和絮凝剂分子加速细泥沉降的协同 作用示意图如图2所示。由于钙离子作用所形成 的小凝块,在线性高分子絮凝剂的架桥作用下, 形成了大絮团, 其质量大, 沉降速度快, 强化了煤 泥水的澄清。 图2钙离子和絮凝剂分子协同作用示意 3实施和效果 3 . 1实施 在刘炯天教授的煤泥水理论指导下和学习 兄弟厂的先进经验的基础上,临选于2 0 0 5年1 1 月进行工业性试验。开始时, 一次性向废水浓缩 机中投入5 t M C凝聚剂, 但不见效果。 分析原因是 临选的5台浓缩机和各类水池容有约2 . 5 1 0 4 m 3 的煤泥水, 将如此之大的水体的水质硬度在短时 间内大幅的提高, 必须投入数十吨的M C。 于是改 用循序渐进的方法, 即原先使用的7 1 0净水剂和 M C联合添加,逐步增大后者的比例。直到2 0 0 6 年3月全部使用M C以来, 尾煤浓缩机内澄清水 层持续地保持1 m深的范围, 溢流水清净, 完完全 全实现了清水选煤, 为选煤厂保质、 保量全面完 成生产任务创造了良好条件。 市场上销售的M C粉, 因使用范围各异, 有不 同的品种和规格, 通过实验室试验比较, 最终确 定采用价格较高但质量最好的医用M C粉。 M C粉溶解度很低, 溶解速度很慢, 为减少大 量未溶解的M C粉颗粒随煤泥一起沉淀, 不能发 挥应有作用而造成资源损失, 故不采用间断式干 粉直接投入的添加方式,用容积为6 m 3的搅拌 桶, 加入6 0 k g M C粉进行溶解, 根据生产系统开车 情况, 调整其水溶液添加量, 连续地加入废水浓 缩机中。 3 . 2效果 ①澄清浓缩工艺指标, 耙式浓缩机工艺效果 指标见表4。 由表4可看出 a .由于溢流水浓度很低, 所以澄清系数Δ ≈ 1, 表明M C粉的添加使得煤泥得到深度澄清。 b .由于溢流中携带固体物极少, 所以底流固 体回收率E 1≈1 0 0 。 c .澄清浓缩设备的任务不但是使悬浮液得 以净化, 而其底流要有足够的浓度, 为后续的细 泥脱水回收设备压滤机创造良好的生产条 件, 由于该浓缩机底流浓度高, 所以底流的液体 混杂率也是较低的。 d .以上数据和简析表明,由于浓缩机的固、 液 分离效果好, 所以浓缩效率指标是相当不错的。 ②煤泥脱水回收设备实际处理能力 添加M C粉后煤泥脱水回收设备的实际处理 能力有大幅度的提高见表5。 浮选精煤脱水回收设 备加压过滤机的卸料周期减少了6 0 . 7 1 , 现 在一台设备的实际处理能力是过去的2 . 5 4倍, 其 原因是溶于水中的钙离子也压缩浮选精煤表面的 双电层, 使其表面电性降低, 水化层变薄, 疏水性 进一步提高。另外,由于细泥能及时有效沉降回 收, 其在煤泥水中积聚问题彻底解决。浮选精煤中 细泥含量也必然减少。鉴于以上2点, 所以可过滤 性得到极大改善, 比滤阻 单位厚度的滤饼阻力 显著降低, 设备处理能力成倍增加。 尾煤压滤机的能力提高包括2个方面 压滤 时间缩短和滤饼脱落率提高 同时减轻了职工的 劳动强度 ,其原因除细泥表面疏水性得到改善 m 3 / hm 21 . 1 0 t / hm 2 0 . 0 2 2 1 9 0 浮选精煤脱水回收 卸料周期/ s G P J 9 6加压过滤机 2 8 0 1 1 0 项目 添加M C粉前 添加M C粉后 表5煤泥脱水回收设备的实际处理能力 3 0 新矿集团一环保项目获联合国注册 联合国C D M执行理事会近日宣布中国一水泥废热回收项目山东新汶矿业集团泰山水泥废热回 收项目正式获得联合国注册。该项目是目前中国第一家正式获得联合国注册的水泥余热发电项目。 据悉, 该项目设计装机容量1 3 . 2 M W, 年发电量约1亿k Wh, 能够供给水泥生产线3 0 的电力, 每 年还可以减排二氧化碳1 0 . 5 9万t, 节约标准煤5万t。 到目前为止, 全球共有2 2 5个项目获得联合国注册, 其中, 中国共有1 1个项目在联合国获得注册。 “ “ “ “ 信 “ “ “ “ 息 “ “ “ “ 检 “ “ “ “ 索 外, 还与絮凝剂添加量减少有关。高分子絮凝剂 各链节因氢键作用可吸附水分子,随其用量增 加, 絮团结构越显蓬松, 含水量越大。絮凝剂用量 减少后, 浓缩机底流中粘稠的大絮团减少, 杜绝 了底流泵管道堵塞的事故。 煤泥脱水回收设备的能力不足, 也常是选煤 生产薄弱之处, 添加M C粉之后, 一举扭转了这 一被动局面。 ③经济效益 a .直接经济效益,单位药剂消耗量和费用见 表6。 絮凝剂和7 1 0净水剂联合添加的成本为0 . 2 7 元/ t原料煤。 絮凝剂和M C粉联合添加的成本费为 0 . 1 9元/ t原料煤。按2 0 0 6年计划入选5 . 0 6 M t原料 煤计算, 全年可节约药剂费用4 0 . 5万元。 b .间接经济效益,絮凝剂和M C联合添加 后, 也给企业带来了很多间接效益。首先, 加压过 滤机及压滤机的处理能力得到提高, 大大减少了 滤板、 滤布等的维修费用; 其次, 循环水的质量得 到彻底控制, 为整个工艺的生产创造了良好的条 件, 减少了生产事故发生率, 增加了台时利用率, 提高了生产效率, 降低了生产成本; 另外, 循环水 可直接代替部分生产清水, 也降低了水耗, 节约 了大量的水资源。 4结语 矿物型凝聚剂创新技术实用性强、少投入、 多产出, 能取得立竿见影的效果, 且M C粉来源 广泛、 价格低廉、 不结水垢。该技术彻底解决了中 国选煤厂煤泥水澄清的难题, 并且还提高了煤泥 脱水回收设备的实际处理能力。临选成功的应用 促进了生产发展, 又一次证明了“ 科学技术是第 一生产力” 。像临选这样煤泥水难处理的特大型 选煤厂在短短的时间内就实现了煤泥水深度澄 清, 无疑对全国各类型选煤厂都起到了良好的借 鉴作用。对刘炯天教授在煤泥水处理领域所做出 的贡献, 表示敬佩和感谢 项目 表6单位药剂消耗量和费用 M C粉 - - 8 3 . 2 3 7 . 1 4 8 0 - 0 . 0 4 聚丙烯酰胺 1 2 . 3 5 . 5 9 . 1 4 . 1 1 6 8 8 0 0 . 2 1 0 . 1 5 7 1 0净水剂 4 4 . 7 1 9 . 9 - - 1 2 6 5 0 . 0 6 - 添加 M C前 添加 M C后 单 位 用 量 g / t原料煤 g / m 3 g / t原料煤 g / m 3 单价 元/ t 吨煤成本 元/ t原料煤 添加M C前 添加M C后 D e p t hC l a r i f i c a t i o no f S l i meWa t e ri nO v e r s i z e d C o k i n gC o a l C l e a n i n gP l a n t Z H O UZ h o n g - q i n 1 , WA N GF e i - h u 1 , WA N GH e n g 1 , L I Z h e n - q i 2 , L I UY u - m i a o 2 , L I L i - f a n g 2 1 . L i n h u a nC o a l C l e a n i n gP l a n t , H u a i b e i M i n i n g G r o u p C o m p a n y, A n h u i , H u a i b e i , 2 3 2 4 0 7 , C h i n a; 2 . T a n g s h a nG u o h u a S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yL t d . , T a n g s h a n, H e b e i , 0 6 3 0 2 0 , C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e r a n a l y s et h ed i f f i c u l t i e so f d i s p o s i n gs l i m ew a t e r i n L i n h u a nc o a l c l e a n i n gp l a n t , a n de m p h a s i z e dt h ea p p l i c a t i o na n de f f e c t o f t h ei n n o v a t i v et e c h n o l o g yo f m i n e r a l c o a g u l a n t M C . K e y w o r d s m i n e r a l c o a g u l a n t ; s l i m ew a t e r ; d e p t hc l a r i f i c a t i o n 特大型炼焦煤选煤厂的煤泥水深度澄清 3 1