原矿脱泥浮选　洗水再澄清新工艺

2005/9/15 11:43:06

摘要　根据杏花选煤厂煤质、水质的特殊性，改进煤泥水处理工艺，由直接浮选改为原矿脱泥浮选，并利用洗水再澄清技术，成功地解决了极软尾矿水中细泥恶性循环问题，取得了显著的社会经济效益。
关键词　煤质　水质　细泥恶性循环　原矿脱泥　洗水再澄清

1　细泥循环对浮选过滤作业的影响
1.1　杏花选煤厂煤质、水质特点
　　杏花选煤厂是1987年建成投产的矿井型选煤厂，年处理能力为120万t。由于入选原煤中细颗粒含量大，矸石遇水极易泥化，在生产过程中产生了大量的高灰细泥，严重影响了浮选、过滤作业效果。同时，由于该厂工业用水属极软水，浮选尾矿浓缩澄清效果不好，大部分高灰细泥仍随溢流进入洗水中，又形成了细泥恶性循环。
1.2　细泥对浮选、过滤作业的影响
　　细泥对浮选作业的影响主要有两种情况，一是在浮选过程中，由于细泥表面积大，消耗浮选剂数量多，迫使粗颗粒在亏药条件下浮选。因此，粗颗粒的浮选效果降低了；二是从静电原理分析，细泥污染目的矿物表面，由于微小的细泥、脉石颗粒表面带的电荷电性和数量与目的矿物表面所带的电荷不同，因此发生细泥覆盖现象。细泥覆盖现象不仅发生在粗颗粒表面上，同时也发生在气泡表面上，其结果不仅改变了粗颗粒的表面性质，使原本就非常少的粗颗粒矿物可浮性降低，同时也减少了气泡的新鲜工作表面积。
　　杏花选煤厂原设计浮选工艺流程为原矿直接浮选（图1）。捞坑溢流经缓冲水池由泵打到矿浆分配箱，再进入搅拌桶。实践证明，这种工艺极不适应极细泥质的分离与浮选。其浮选效果见表1。浮选入料中-0.074mm的细颗粒占入料的81.07％，灰分高达62.46％，通过多次试验证明，浮选入料中循环的细泥量占原煤的7.22％，原生、次生煤泥仅占原煤的5.66％，新鲜矿浆量不足入浮量的50％。因而出现了浮选效果不好、精矿粒度细、灰分高、过滤机滤饼薄、水分大、脱落率低等工艺问题，恶化了浮选、过滤作业效果，降低了浮选机、过滤机的处理能力，致使一部分矿浆直接从矿浆分配器进入浮选原矿，或进入洗水中，造成整个煤泥水处理系统的紊乱。

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图1　直接浮选工艺流程图

表1　杏花选煤厂煤泥浮选效果　　　　　　　（％）

粒级（mm）	浮选入料		精矿（γ＝44.53）			尾矿（γ＝55.47）			浮　选完善度
粒级（mm）	产率	灰分	产率	灰分	分配率	产率	灰分	分配率	浮　选完善度
＋0.45	0.14	5.98	0.27	4.69	85.71	0.04	13.71	14.29	19.67
0.45～0.28	0.44	5.34	0.83	4.50	84.09	0.13	9.75	15.91	13.97
0.28～0.18	1.14	4.32	2.23	3.74	86.84	0.26	8.12	13.16	12.19
0.18～0.154	3.09	4.03	6.17	3.33	89.00	0.62	9.68	11.00	16.10
0.154～0.074	14.12	6.11	28.45	5.23	89.73	2.61	13.77	10.27	13.76
－0.074	81.07	62.46	62.05	18.08	34.08	96.34	85.40	65.92	64.50
合计	100.00	51.70	100.00	13.04		100.00	82.73

1.3　浮选尾矿水澄清效果不好，是产生细泥循环的又一重要因素
　　浮选尾矿经浓缩澄清后，溢流做循环水，由于杏花厂工业用水水质极软，尾矿中虽加了絮凝剂，极细泥质沉降分离效果仍不好。加上部分原矿进入浓缩，浓缩机入料浓度不断增高，浓缩溢流浓度也不断提高，有时高达80g/L以上，最低时也在28g/L以上。这部分高灰细泥进入系统后，再次污染了重选、浮选作业，产生了细泥恶性循环。见表2。

表2　煤泥水系统各点细泥含量　　　　　　　　　（％）

项目	捞坑溢流	浮选入料	浮选精矿	浮选尾矿	浓缩机入料	浓缩机底流	浓缩机溢流
＋0．074mm 　　γ 　　　　　　　A	15.74	18.65	37.95	3.66	14.51	32.63	0.50
＋0．074mm 　　γ 　　　　　　　A	7.84	5.94	4.80	12.45	5.56	6.09	15.44
-0.074mm　　γ 　　　　　　　A	84.26	81.35	62.05	96.34	85.49	67.37	99.50
-0.074mm　　γ 　　　　　　　A	66.80	60.58	18.08	85.40	64.69	26.75	83.23
总　　样　　γ 　　　　　　　A	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00
总　　样　　γ 　　　　　　　A	57.52	50.39	13.04	82.73	56.11	20.01	82.89
－0.074mm级煤的含量	29.42	38.95	91.22	0.92	32.65	90.79	4.24
-0.074mm级泥质含量	70.58	61.05	8.78	99.08	67.35	9.21	95.76

2　原矿脱泥浮选，洗水再澄清工艺改造
　　通过几年的生产调查和大量的技术分析，我们认为杏花选煤厂煤泥水浮选、澄清中的诸多问题根源在于极细泥质的分离与回收上。同时我们认识到细泥循环的出现是一个综合的生产工艺与原始的自然条件（即煤质、水质）不相适应的问题。要想解决这个问题，就必须从工艺改造入手。
2.1　采用原矿预脱泥、浓缩浮选的新工艺，改善浮选入料性质，提高浮选、过滤作业工作效果
　　根据杏花地区入浮煤泥中极细泥质含量大的特点，我们将原直接浮选工艺改为原矿脱泥、底流大排放的脱泥浓缩浮选工艺，见图2。该工艺将大部分细泥从浮选入料中分离出来，使之随浓缩机溢流进入尾矿浓缩机，进行二次澄清。这样可以得到浓度和质量较好的浮选入料，大大地改善了浮选入料的性质，提高了浮选机的分选效果（表3和表4）。可见，浮选入料中-0.074mm的泥质含量由61.05％降到12.11％，入料灰分由50.39％降到18.32％，精矿灰分由13.04％降到10.21％，过滤机处理能力提高1倍以上，滤饼水分降到28％以下。

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图2　原矿脱泥浮选工艺流程图

表3　改造后煤泥水系统各点细泥含量　　　　　　　（％）

项目	捞坑溢流	浮选入料	浮选精矿	浮选尾矿	浓缩机入料	浓缩机底流	浓缩机溢流
+0.074mm　　γ 　　　　　　　A	62.35	72.97	78.53	44.85	62.35	49.12	0.50
+0.074mm　　γ 　　　　　　　A	24.14	14.50	8.83	60.42	24.14	49.80	15.44
-0.074mm　　γ 　　　　　　　A	37.65	27.03	21.47	55.15	37.65	50.88	99.50
-0.074mm　　γ 　　　　　　　A	26.74	28.64	15.24	62.34	26.74	66.21	63.74
总　　样　　　γ 　　　　　　　A	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00
总　　样　　　γ 　　　　　　　A	25.12	18.32	10.21	61.48	25.12	58.15	63.50
－0.074mm级煤的含量	90.81	87.89	95.03	36.25	90.81	30.32	34.11
-0.074mm级泥质含量	9.19	12.11	4.97	63.75	9.19	69.68	65.89

表4　改造后杏花选煤厂煤泥浮选效果　　　　　　　（％）　　

粒级（mm）	浮选入料		精矿（γ＝83.50）			尾矿（γ＝16.50）
粒级（mm）	产率	灰分	产率	灰分	分配率	产率	灰分	分配率
+0.45	2.77	22.34	2.94	9.82	88.45	1.94	60.52	11.55
0.45～0.28	5.38	20.68	5.74	9.36	89.03	3.57	59.38	10.97
0.28～0.18	10．62	13.90	11.30	6.77	88.89	7.15	57.95	11.11
0.18～0.154	13.42	10.72	14.73	5.27	91.68	6.78	58.46	8.32
0.154～0.074	40.78	14.54	43.82	10.44	89.72	25.31	61.85	10.28
-0.074	27.03	28.64	21.47	15.24	66.33	55.15	62.34	33.67
合　计	100.00	18.32	100.00	10.21		100.00	61.48

2.2　选择阳离子添加剂与絮凝剂配合使用，使极软尾矿水再澄清
　　杏花选煤厂工业用水来自井下废水，水质硬度为0.8～1．21mg当量/L，属极软水。理论和实践表明，水质硬度即水中Ca²⁺、Mg²⁺含量及总盐量，对洗水澄清有重要意义。煤泥水中极细颗粒泥质表面带负电荷，软水中由于缺少Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子，使粘土颗粒所带电荷得不到中和，静电斥力使极细颗粒在水中呈高分散的稳定状态，很难沉淀。即使加入絮凝剂，也不能形成絮团。为此，我们选择溶解性好，货源充足的工业用氯化镁做阳离子添加剂，来改变水质硬度，同时与高分子聚丙烯酰胺配合使用。在每立方米煤泥水中加入50g氯化镁和2.4g聚丙烯酰胺，从而使水质浓度由1.21mg当量/L提高到10.14mg当量／L，浓缩机澄清水层在200mm以上，溢流水浓度由28g/L降到0.5g/L。这样就彻底解决了细泥恶性循环问题，实现了清水洗煤，为洗水闭路循环打下坚实的基础。

3　社会经济效益
3.1　经济效益
3.1.1　该工艺改造后，浮选精煤产率提高了2.52％，年增加精煤量：120万t×2．52％＝3．02万t，年增加效益：264元/t×3.02万t=797.28万元（不含税）。
3.1.2　清水洗煤后，跳汰机分选下限由0.60mm降到0.30mm，精煤产率提高0.66％，年增加精煤：120万t×0.66％＝0.79万t，精煤与混煤差价142元/t，故年增加效益：142元/t×0.79万t=112.46万元。
3.1.3　洗矸带煤由12％降到8.5％，则年多回收混煤：40万t×3.5％＝1.4万t，年增收：122元/t×1.4万t=170.8万元。
3.1.4　新工艺投产后年增加费用为21.92万元，其中年增加折旧、大修费为8.42万元，年增加药剂费用：900元/t×150t＝13.5万元。总计年净增加效益达797.28＋112．46＋170．8－21．92＝1058.62万元。
3.2　社会效益
　　新工艺投产当年即达到洗水三级闭路，外排水达到国家排放标准，杏花选煤厂被评为部级质量标准化选煤厂，1996年达洗水二级闭路，并多次被评为省级、市级环保先进单位。

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