脱泥浮选工艺的实践与认识

2005/9/12 9:51:21

脱泥浮选工艺的实践与认识

郭德　张秀梅　吴大为　顾长波　王占华

摘　要：以杏花选煤厂为例，较深入地分析了矸石易泥化、粘土含量大、水质又很软的选煤厂生产工艺系统所存在的问题.通过对确定煤泥浮选最佳粒度组成的研究，制定出了脱泥浮选生产工艺流程，全面地改善了浮选、过滤、澄清及洗煤生产环节的效果.明确指出：煤泥浮选应有一个最佳的粒度组成范围；浓缩浮选、直接浮选、半直接浮选不适用于细泥含量高的选煤厂；脱泥浮选工艺具有普遍推广应用价值，适合于各类选煤厂；耙式浓缩机是理想的原矿脱泥设备.
关键词：浮选；脱泥；粒度组成；耙式浓缩机
中图分类号：TD923⁺.9　　　文献标识码：A
文章编号：0253-9993(2000)02-0208-04

Practice and view of de-shime floatation technology

GUO De，GU Chang-bo，WANG Zhan-hua
(North China Mining School,Shanhe　101601,China)
ZHANG Xiu-mei
(North China Mining School,Shanhe　101601,China)
WU Da-wei
(North China Mining School,Shanhe　101601,China)
GU Chang-bo
　　(State-Run Xinji Energy Co Ltd,Huainan　232000,China)
WANG Zhan-hua
(Jixi Coal Mining Bureau, Jixi　158173,China)

Abstract：For example Xinghua prep plant, the problems that exist in the plant production technology process are analyzed deeply which is characterized high clay content, reject degradate in water easily and water soft. De-slime flotation flowsheet is made out through the study on confirmation of optimum the effect of the flotation, filtering, clarification and coal cleaning links. Pointing out definitely: de-slime flotation should has a rang of optimum size consist; thicken flotation, direct flotation and pilot-direct flotation dont apply to the plants which are characterized slime consist high. De-slime flotation has widespread use value and applies to all kinds of plants. Rake thickener is the idea de-slime equipments.
Key words：flotation;de-slime; size consist; rake thickener

　　煤泥水处理目前有浓缩浮选、直接浮选和半直接浮选3种流程，它们各自的优缺点及应用条件已为人们所认知.但对于矸石易泥化、细泥含量大而又不易沉淀的选煤厂煤泥水的处理，上述3种流程均不能取得理想效果.对实施浓缩浮选的选煤厂来说，原矿浓缩机的溢流和底流中细泥含量均较高，特别是溢流中细泥含量就更高，不但影响洗煤效果、污染精煤、破坏洗水平衡，而且对浮选、过滤影响也较严重；对实施直接浮选的选煤厂来说，由于细泥全部进入浮选，造成浮选和精矿过滤脱水的效果差，影响整个选煤生产系统；半直接浮选为介于浓缩浮选和直接浮选之间的一种流程，也不能从根本上解决细泥对生产的影响问题.杏花选煤厂就是属于这类情况.
　　高灰细泥给选煤生产环节带来的主要问题有：(1)高灰细泥恶性循环，污染精煤产品；(2)粒度组成偏细和泥质含量大，严重影响浮选和精矿过滤效果；(3)细泥在尾矿浓缩机中得不到根本处理，造成细泥积聚；(4)为改善洗水质量，不断补加清水，破坏生产洗水平衡，使低灰煤泥不经浮选而外排，造成精煤损失.要从根本上解决问题，首要的任务是在入浮前脱除细泥，其次要寻找新型凝聚剂，增加洗水水质硬度，使细泥在尾矿浓缩机中能快速有效沉淀.根据杏花选煤厂煤泥水的特点，改原来直接浮选为原矿用耙式浓缩机脱泥后浮选，实现了脱泥浮选工艺.几年的生产实践证明，脱泥浮选在该厂的应用是极为成功的.由于杏花选煤厂所存在的问题在我国各选煤厂中或多或少都存在，带有普遍性，所以脱泥浮选工艺在我国各选煤厂亦有普遍参考或应用价值.

1　脱泥浮选工艺流程及其关键问题

　　杏花选煤厂采用的原矿脱泥浮选工艺流程如图1所示.水洗精煤捞坑溢流用耙式浓缩机进行浓缩脱泥后入浮选，脱除的细泥即原矿脱泥浓缩机的溢流与浮选尾矿合并进入尾矿耙式浓缩机加药澄清，溢流循环作为洗煤用水.

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图1　原矿脱泥浮选工艺流程
Fig.1　Flowsheet of de-slime flotation

1.1　原矿脱泥设施的选择
　　原矿脱泥有多种方法，如小直径水力旋流器、筛网旋流器、耙式浓缩机等.根据原矿量大、细泥含量高的特点，选择耙式浓缩机作为原矿脱泥设施是最合理的.其优越性表现在：处理能力大，调控能力强，保证脱泥作业的平稳可靠，也使工艺系统有较大的灵活性和适应性.
1.2　脱泥程度的确定
　　脱泥的一个主要目的是为了改善浮选、过滤效果.在一定的浮选条件下，存在一个最佳的粒度组成.在该粒度组成下浮选，可以最大限度地提高精矿产率和降低尾矿中可燃体的损失，提高整体浮选效率，同时也可大大改善精矿过滤效果.通过研究浮选入料最佳的粒度组成，确定出脱泥程度.在实践中通过控制原矿脱泥浓缩机的底流浓度来控制脱泥程度.
　　用湿法筛分将杏花选煤厂的浮选入料分成大于0.154 mm，0.154～0.074 mm，小于0.074 mm的粗、中、细3个粒级（注：考虑到脱泥实际情况，对于小于0.074 mm的煤泥水自然沉降0.5 h，只留取沉淀物料)，按单纯形重心设计的均匀设计原理安排试验点^［1］.按各实验点所规定的各粒级所占比例组成及相应克数配制试验用煤样，每个试样的重量为150 g.试验所用设备是容积为1.5 L的实验室用单槽浮选机，以煤油作捕收剂(用量(干煤)1 kg／t),GF作起泡剂(用量(干煤)0.3 kg/t)，矿浆浓度100 g/L,试验步骤及操作按国标进行.
　　结合各试验点的试验结果和试验点分布进行分析，发现相邻试验点的浮选结果（精矿灰分、尾矿灰分、精矿产率）有一定的变化规律.由于规律性较强，可对精矿灰分、尾矿灰分和精矿产率建立回归模型，从而得到精矿灰分、尾矿灰分和精矿产率的曲线，如图2所示.该厂要求精矿灰分不大于9.00％，尾矿灰分不小于60％.从图2中可见，尾矿灰分不小于60％的区域只有阴影区域，即小于0.074 mm的细粒级含量应在0～18％，0.074～0.154 mm的中等粒级含量应在30%～85%，大于0.154 mm的粗粒级含量应在15％～70％.

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图2　浮选结果的特性曲线
Fig.2　Curves of flotation results

　　试验表明，当进行3种粒级配比试验时，若细粒级含量不大，中、粗粒级含量较高，不但不会影响浮选效果，反而使得浮选速度虽然不是太快但较平稳，总精矿产率表现为很高.通过控制原矿脱泥浓缩机的底流浓度来控制其粒度组成，使得小于0.074 mm含量处在一个合适的范围是完全可以做到的.上述粒度级别组成是在实验室条件下取得的，和生产实际情况有差别，但为生产提供了一个方向，即要求小于0.074mm 粒级所占比例最好不要超过某一数值，以取得接近理想的效果.
1.3　原矿脱泥浓缩机脱出细粒物料的处理
　　脱泥设施所脱出的细粒物料的处理分2种情况：①这部分物料均为高灰细泥，没有再选价值，可和浮选尾矿合并（或单设浓缩机）加药剂沉淀，最终用压滤机脱水后作浮选尾矿处理；②这部分物料虽粒度较细，但灰分不是特别高，有再选的价值，这时应设置单独的细煤泥分选系统和脱水系统对这部分物料中的可燃体进行必要的回收.目前对较细煤泥的分选方式一般为微泡浮选（有的也采用选择性絮凝），压滤机脱水.这种流程的实质就是分级浮选流程.脱出的细粒物料究竟如何处理，要根据其性质通过方案论证来决定.杏花选煤厂原矿脱泥浓缩机脱出的高灰细泥，无再选价值，因此将其和浮选尾矿合并处理.
1.4　凝聚剂的研制开发
　　水质对煤泥水澄清有显著影响，这种影响主要是通过压缩双电层从而降低颗粒电位和电势能.对水质特别软的煤泥水，由于高灰细泥颗粒所带电荷得不到中和，使细泥呈高度分散状态，很难沉淀.如使其沉淀，需加大量常规无机凝聚剂生成聚离子多核络合物，以中和悬浮细泥粒子所带电荷并将其吸附生成细小絮凝物，再加上高分子絮凝剂，通过架桥形成较大的絮团，使之沉淀.这样做不但费用高，而且效果不好，有部分粘土细颗并没有完全沉降.杏花选煤厂就是如此.通过试验研究，开发了一种新型无机凝聚剂LM和聚丙烯酰胺配合使用，不但效果好，而且费用大大降低.

2　原矿脱泥浮选的生产实践

　　杏花选煤厂在原直接浮选的基础上增建一台30 m的耙式浓缩机作为原矿脱泥设施，实现了原矿脱泥浮选.
　　(1) 消除了细泥的恶性循环，为改善浮选效果创造了条件
　　捞坑溢流（即脱泥浓缩机入料）中小于0.074 mm的含量为37.65％，灰分为28.64％，而原来的捞坑溢流中小于0.074 mm的含量和灰分分别为81.07％和62.46％.表明经过几个循环，生产达到正常时，本系统较好地解决了细泥在系统中的积聚问题.
　　通过控制底流浓度，使浓缩机底流中小于0.074 mm的含量达到24.52％，虽然高于指导性指标不超过18％的要求，但总体来说大大改善了浮选的入料粒度组成和灰分.同时浮选入料浓度由原来的56.4 g/L提高到138 g/L,使浮选入料条件得到了极大改善.
　　脱泥浓缩机溢流中小于0.074 mm的含量高达98.74％，灰分53.50％.这部分物料显然没有再选的价值.同时也可看出，如若这部分煤泥水不做澄清处理而直接作为洗煤循环水，将会对洗煤效果产生较大影响，污染洗精煤.
　　(2) 浮选效果大为改善，消除了细泥对精矿的污染，浮选精矿产率提高
　　虽然由于过滤机滤液的循环，使得浮选入料中小于0.074 mm含量增加为27.03％，但总体来说浮选入料粒度组成和所得出的最佳粒度组成范围较接近，浮选效果大为改善，精矿产率达到83.50％.浮选精矿中小于0.074 mm粒级的含量由原来的62.05％降到21.47％，灰分由18.08％降到15.24％，其中泥质由8.78％降到4.97％，大幅度消除了细泥对精矿的污染.浮选机处理能力由原来的0.25 t/(m^3.h)提高到0.65 t/(m^3.h)，浮选能力大幅度提高，过去外排的近60％的原矿现在全部入浮.
　　(3) 过滤机的性能得到充分发挥
　　除浮选精矿中小于0.074 mm含量大幅度降低外，其浓度由原来的160 g/L提高到240 g/L，过滤机工作效果得到极大改善.滤饼厚度由原来的10 mm提高到25 mm以上，单位面积处理量可由0.003 t/ (m^2.h)提高到0.202 t/(m^2.h)，水分由原来的37％降到28％，滤饼自动脱落率达到89.90％，不但降低了工人的劳动强度，而且保证了最终产品水分稳定.
　　(4) 改善洗煤条件，降低分选下限，减少了细泥对精煤的污染，提高了洗选效率
　　脱出的细泥煤泥水和浮选尾矿一并进入尾矿浓缩机，加入新开发的LM凝聚剂和聚丙烯酰胺，使高灰细泥煤泥水得到了有效澄清，溢流水浓度由原来的87 g/L降到0.5 g/L以下，实现了清水洗煤.洗煤的分选下限由原来的0.6 mm降到0.23 mm.洗精煤中+1.8密度级的含量由原来的15％降到0.62％，小于0.5 mm粒级中小于0.074 mm粒级的含量由原来的22.99％降到9.35％，灰分由37.82％降到20.06％.洗矸石中-1.4密度级的含量由3.82％降到1.48％.洗煤效率由80％提高到88％.所消耗的清水量由原来的0.96 m³/t(原煤)降到0.28 m³/t(原煤).

3　结　　论

　　（1）脱泥浮选工艺流程，消除了细泥对产品的污染，改善了浮选条件和过滤脱水条件，消除了细泥积聚，为清水洗煤创造了条件，其优越性是明显的.杏花选煤厂的实践是值得研究和借鉴的一种煤泥水流程.特别是在矸石易泥化，原矿中细泥含量大，不易沉淀的选煤厂应优先采用这种流程.
　　（2）采用单纯形重心设计的均匀设计理论对浮选入料最佳组成范围进行确定是科学合理的.不但为脱泥浮选工艺指明了脱泥的程度，而且对研究其它选煤厂入浮粒度组成是否理想以及开展浮选理论的研究都有重要的意义.
　　（3）LM凝聚剂和高分子絮凝剂配合使用，适用于水质软、高灰细泥含量高的煤泥水的沉降.

作者简介：郭德（1964-），男，山东成武人，副教授。1987年毕业于原淮南矿业学院，现从事选矿工程方面的教学和科研工作。有2项成果先后获省、市级的科技进步奖，在国内外刊物上发表论文20余篇。
作者单位：郭德（北矿业高等专科学校能源工程系，河北三河　101601）　
张秀梅（北矿业高等专科学校能源工程系，河北三河　101601）　
吴大为（北矿业高等专科学校能源工程系，河北三河　101601）　
顾长波（国投新集能源公司，安徽淮南　232000）　
王占华（鸡西矿务局，黑龙江鸡西　158173）

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