（环境工程专业论文）酸性高泥化煤泥水处理试验研究.pdf

摘要 西山煤电马兰矿选煤厂是座年产4 0 m t a 的大型选煤厂，其选煤工艺在生产过程 中，由于所洗原煤中的硫分含量较高，煤泥水偏酸性( p h 值为4 5 ) ，造成对生产设备 及管道的腐蚀，严重影响设备、管道正常使用寿命。为调整煤泥水p h 值，采用中和剂石 灰调节p h 值，但由于石灰投加采用简单的人工方式，导致周围环境差、投资费用高，同 时对p h 值不能有效控制，以致p h 值高达1 3 1 4 ，造成钙质沉淀物附着在管道及设备表面， 尤其是对筛网型的设备影响更为严重。同时其铝土页岩泥化造成煤泥水的严重泥化，细 泥含量增大，由于细泥含量大，煤泥沉速小，煤泥不易沉淀，导致细粒煤泥在工艺系统 中不断循环集聚，严重影响了企业正常生产及无法实现选煤厂煤泥水系统清水洗煤，洗 水闭路循环的要求。为实现社会环境效益、企业经济效益双赢，从技术上解决马兰矿酸 性高泥化煤泥水处理这一实际问题，探讨研究酸性废水以及高泥化煤泥水处理的技术参 数及工艺流程的选择就显得十分必要。 本文针对马兰矿选煤厂煤泥水酸性、高泥化的特点，重点研究了：p h 值调节药剂的 选择、投加方式及投加量的确定；煤泥水处理最佳絮凝药剂的选择和理想水力条件；煤 泥水处理的主要影响因素和药剂的投加量的确定。研究表明对其采用固体片剂n a o h 调 节p h 值能达到理想的处理效果，同时有药剂用量少，操作方便，工作环境干净的优点。 针对煤泥水特点选用聚丙烯酰胺n p a m 7 0 8 0 作为处理药剂，不仅经济，而且浑液面沉速 快、出水浊度低和p h 适用范围广，能实现良好的处理效果，完全能实现洗煤废水的闭路 循环。 同时研究得出：6 0 7 浓缩机( 一段) 、6 1 2 浓缩机( 二段) 入料煤泥水混合处理时( 混 合体积l g = l ：2 、s s = 3 0 5 0 玑) n p a m 7 0 8 0 投加量为4 - 8 m g l ，最佳g 值为1 5 0 3 0 0 s 一， 最佳t 值为5 1 0 s ，最佳g t 值为1 0 0 0 2 5 0 0 16 0 7 、6 1 2 浓缩机入料混合水样，采用分部投 加方式( 分两部投加) ，当煤泥水浓度s s - 2 0 4 0g l 时，n p a m 7 0 8 0 投加量为2 - 4 m g l ， 分部投加较一次投加可节省药剂约1 5 2 0 ；无机混凝剂与有机絮凝剂配合投加时，6 0 7 、 6 1 2 浓缩机入料混合水样，当煤泥水浓度s s - 2 0 - 4 0 9 l 时，无机药剂a 1 2 ( s 0 4 ) 3 投加量为 6 0 1 2 0 m g l ，n p a m 7 0 8 0 投加量为2 4 m g l ，最佳混合阶段g 值为5 0 0 7 5 0 s ，最佳t 值 为5 0 7 0 s ；最佳絮凝阶段g 值约为5 0 8 0 s 一，最佳t 值为1 0 2 0 m i n 。 在试验的基础上，依据6 0 7 段及6 0 7 、6 1 2 段煤泥水样在最佳的水力条件下，满足出 水浊度和浑液面沉速的情况下，建立浓度与投药量的关系数学模型：6 0 7 段煤泥水样絮 凝处理投药量与浓度数学模型y = 0 0 2 8 8 x + 0 7 t 5 5 ，r 2 - - - - 0 9 8 5 3 ：6 0 7 段煤泥水样在高泥 化条件下絮凝处理投药量与浓度数学模型y = 0 1 2 8 x - - 0 3 9 3 2 ，r 2 = 0 9 8 8 ；6 0 7 段、6 1 2 段混合煤泥水样絮凝处理投药量与浓度数学模型y - - 0 0 5 5 3 x + 0 0 5 4 1 ，r 2 - - 0 9 4 4 8 ；6 0 7 段、6 1 2 段混合煤泥水样在高泥化条件下絮凝处理投药量与浓度数学模型 y = 0 2 5 3 4 x 0 0 1 2 9 ，r 2 - 0 9 7 3 5 。 关键词：煤泥水、酸性高泥化、絮凝、分部投加、配合投加 a b s t r a c t t h em a l a 皿c o a lf i n no fx i s h a nc o a la n de l e c t r i c i t yi sal a r g es c a l ec o a ls e l e c t i n gf i n nw h i c hp r o d u c e s 4 0 m te v e r yy e a r a n di nt h ec o a ls e l e c t i n gc r a f ti nt h ep r o c e s s e so fp r o d u c t i o n ，b e c a u s et h ec o n t e n t so f s u l f i i r si i lt h ew a s h e dr a wc o a la r eh i g h ，a c i dc o a ls l u r r yw a t e r s ( p hi s a b o a t4 - - - 5 ) c a u s ee r o s i o n so f p r o d u c t i v ef a c i l i t i e sa n dp i p e l i n e sa n da f f e c tt h ep r o d u c t i v ef a c i l i t i e s o r d i n a r y l i f es e r i o u s l y i no r d e rt 0 a d j u s tt h ec o a ls l u r r yp hv a l u e ，w eu s et h en e u t r a l i z a i n ga g e n t - l i m et oa d j u s tt h e p hv a l u e ，b u tb e c a u s e t l l r o w i n gt h el i m ea d o p t st h es i m p l ea r t i f i c i a lm e t h o d ，a n di t w i l lc a u s et h eb a de n v i r o n m e n t ，t h eh i g h i n v e s t n l e n te x p e n s e s ，a n ds i m u l t a n e o u s l yt h ep h v a l u ec a n n o tb ee f f i c i e n t l yc o n t r o l e d ，s ot h a tt h ep hv a l u e r e a c h e s 勰h i g h a s1 3 1 4 ，w h i c hc r e a t e st h ec a l c a r e o u ss e t t l i n g a d h e r e dt ot h ep i p e l i n ea n dt h es u r f a c eo f t h ee q u i p m e n t s ，a n de s p e c i a l l yh a sm o r es e r i o u si n f l u e n c e so nt h es t r a i n e re q u i p m e n t s i m u l t a n e o u s l yi t sa l u m i n as h a l em i r e dp r o d u c e st h ec o a ls p a t es e r i o u s l ym i r i n g ，t h e c o n t e n t so ff i n e s f i tb e c a n 峙h i g h b e c a u s eo ft h el a r g ec o n t e n t so ff i n es i l ta n dt h el o ws e d i m e n t a t i o nv e l o c i t yo fc o a l s p a t e ，t h ec o a ls p a t ei sm o r ed i f f i c u l tt op r e c i p i t a t e ，l e a d i n g t ot h ef m eg r a i nc o a ls l u r r yu 搬a s i n 密yt o c i 豫l l a l ei nt h ec r a f ts y s t e mg a t h e r s , a n dh a sa f f e c t e dt h ee n t e r p f i s e sr e g u l a rp r o d u c t i o ns e r i o u s l ya n dc a n t a d i i e 、，et h er e q u i r e m e n to f t h ew a s h i n gw a t e r c l o s e dc i r c u i ta n dw a s h i n gw i t hc l e a nw a t e ro ft h ec o a l s l u r r yw a t e rs y s t e mi nt h ec o a ls e l e c t i n gf i r m i no r d 盯t o 化a l i z et h es o c i a le n v i r o n m e n tb e n e f i t ，t h ee n t e r p r i s ee c o n o m i ce f f i c i e n c yw i n - w i n ，s o l v e s m a l a ni n o r g a n i ca c i dh i g hp e l i z a f i o nc o a ls l u d g ew a t e r t r e a t m e n tt e c h n i c a l l y , t h ed i s c u s s i o n 柚d i n v e s t i g a t i o no nt e c h n i c a lp a r a m e t e ra n d t e c h n i c a lp r o c e s sc h o i c eo fa c i d i cw a s t ew a t e ra n dt h eh i g h p e l z a t i o nc o a ls l u d g ew a t e rt r e a t m e n ta p p e a r se x t r e m e l ye s s e n t i a l t h i sa r t i c l ei nv i e wo ft h em a l a nc o a lf l m sc o a ls l u r r yw a t e ra c i d i t y , t h eh i g hm i r e d c h a r a c t e r i s t i c , t h ee m p h a s i sr e a s e r e h e sa r eo n - t h ec h o i c e0 1 1t h ep h v a l u er e g u l a t i o no fm e d i c a m e n t ，t h ed e t e r m i n a t i o n n l c 啪vi nt h r o w a d d i n ga n dt h ei n c r e m e n t ；t h ec h o i c eo fb e s tf l o c c u l a t i o nm e d i c a m e n ta n dt h ei d e a lw a t e r 州e rc o n d i t i o ni nt h ep r o c e s so ft h ec o a ls l u r r yw a t e r ；t h ed e t e r m i n a t i o no nt h et h r o w a d d i n gi n c r e 眦n t 姐dt h ek e v 砌睇n t 缸c t o ri nt h ep r o c e s so ft h ec o a ls l u r r yw a t e r t h er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a t ：u s e s s o l i d s u o en l e d i c 锄e n tn a o ht oa d j u s tp h v a l u ec a l la c h e i v et h ei d e a lp r o c e s s i n ge f f e c t , s i m u l t a n e o u s l yi th a s t h ea d v a n t a g e so fl e s sm e d i c a m e n t ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na n dc l e a nw o r k i n ge n v i r o n m e n t a i m sa t i t s c h a r a c t e r i s t i cs e l e c t i n gp o l y a c r y l a m d ep a m - 7 0 8 0 舔t h e p r o c e s s i n g m e d i c a m e n ti sn o to n l y e c o n o m i c a l i ，b u ta s l oh a sl a r g ev e l o c i t yi nt h ep r o c e s s i n go fm u d d y - l i q u i ds i n k i n g ，l o wt u r b i d i t yo fw a t e r l e a k a g e ，a n db r o a da v a i l a b l er a n g eo f p hv a l u e ，c a nr e a l i z eg o o dp r o c e s s i n ge f f e c t ，a c h i e v et h e r e a l i z a t i o no fw a s h i n gw a t e rc l o s e dc i r c u i tv e r s a t i l y t h es i m u l t a n e o u sr e s e a c hi n d i c a t e dt h a t ：w h e n6 0 7c o n c e n t r a t e r s ( p r i m a r ys e c t i o n ) a n d6 1 2 c o n c e n t r a t e r s ( s e c o n d a r ys e c t i o n ) e n t e rc o a ls l u r r yw a t e rm i xp r o c e s s i n g ( t h em i xv o l u m ec o m p a r e s = 1 ：2 ， s s = 3 0 - 5 0g l ) t h ei n c r e m e n to fn p a m - 7 0 8 0 i s4 - s m u lt h eb e s tgv a l u ei s1 5 0 - 3 0 0 s - 1 ，t h eb e s tt v a l u ei s5 1 0 s t h eb e s tg tv a l u ei s1 0 0 0 2 5 0 0 ；6 0 7a n d6 1 2c o n c e n t r a t e r se n t e rt h em a t e r i a lm i x w a t e r s a m p l e ，u s e st h eb r a n c h e st ot h r o w a d d s ( t od i v i d ei n t ot w o ) ，w h e nc o a ls p a t ed e n s i t ys s = 2 0 - 4 0g l , t h e m o u n t so ft h en p a m 一7 0 8 0i s2 4 m g l , t h eb r a n c ht h r o w sc a ns a v et h em e d i c a m e n ta p p r o x i m a t e l y1 5 - 2 0 c o m p a r a t i v et oo n et i m et h r o w ；i n o r g a n i cc o a g u l a t i n ga g e n tt h r o w sc o o p e r a t ew i t ht h eo r g a n i cf l o c e u l a n t w h e na d d s ，6 0 7a n d 6 1 2c o n c e n t r a t e r se n t e rt h em a t e r i a lm i x w a t e rs a m p l e ，w h e nc o a ls p a t ed e n s i t y s s = 2 0 - 4 0g l , i n o r g a n i cm e d i c a m e n ta 1 2 ( s 0 4 ) 3 t h r o w st h ei n c r e m e n ti s0 0 6 0 1 2 9 l , n p a m - 7 0 8 0 t h r o w st h ei n c r e m e n ti s2 - 4 m g l , b e s tm i x e st h es t a g egv a l u ei s5 0 0 - 7 5 0 s 一1 ，t h eb e s ttv a l u ei s5 0 - 7 0 s ； t h eb e s tf l o c c u l a t i o ns t a g eg v a l u ea p p r o x i m a t e l yi s5 0 - 8 0 s 一1 ，t h eb e s ttv a l u ei s1 0 2 0 m i n b a s eo nt h ee x p e r i m e n t a lf o u n d a t i o n ，a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o ni nw h i c h6 0 7s e c t i o na n d6 0 7 ，6 1 2 s e c t i o n so fc o a ls l u r r yw a t e rs a m p l e su n d e rt h eb e s tw a t e rp o w e rc o n d i t i o nc a ns a t i s f yt h ew a t e rl e a k a g e t u r b i d i t ya n dt h em u d d y - l i q u i dl e v e ls i n k i n g ，w ee s t a b l i s hm a t h e m a t i c a lm o d e l o nt h er e l a t i o nb e t w e e n d e n s i t ya n dm e d i c a t i o nq u a n t i t y ：6 0 7s e c t i o n so fc o a ls l u r r yw a t e rs a m p l e sf l o c c u l a t i o np r o c e s s i n gt h r o w s t h ed o s ea n d d e n s i t ym a t h e m a t i c a lm o d e ly = o 0 2 8 8 x + 0 7 1 5 5 ，t h es q u a r eo fr 2 = o 9 8 5 3 ；6 0 7s e c t i o n so fc o a l s l u r r yw a t e rs a m p l e sf l o c c u l a t i o np r o c e s s i n gt h r o wt h ed o s ea n dd e n s i t ym a t h e m a t i c a lm o d e ly = o 1 2 8 x - - 0 3 9 3 2u n d e rt h eh i g hm i r e dc o n d i t i o n ，t h es q u a r eo fr 2 = 0 9 8 8 ；6 0 7s e c t i o n sa n d6 1 2s e c t i o no fm i x e sc o a l s l u r r y w a t e r s a m p l e s f l o c c u l a t i o n p r o c e s s i n g t h r o w s t h e d o s ea n d d e n s i t y m a t h e m a t i c a l m o d e l y = o 0 5 5 3 x + 0 0 5 4 1 ，t h es q u a r eo fr 2 = 0 9 4 4 8 ；6 0 7s e c t i o n sa n d6 1 2s e c t i o no fm i x e sc o a ls l u r r y w a t e rs a m p l e sf l o c c u l a t i o np r o c e s s i n gt h r o wt h ed o s ea n dd e n s i t ym a t h e m a t i c a lm o d e ly = o 2 5 3 4 x 加0 1 2 9 u n d e rt h eh i g hm i r e dc o n d i t i o n ，t h es q u a r eo fr 。= 0 9 7 3 5 k e yw o r d ：t h ec o a ls l u r r yw a t e r , h i g hm i r e da c i d i t y ，t h ef l o c c u l a t i o n ，t h eb r a n c ht h r o w s ，t h e c o o r d i n a t i o nt h f o w $ 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：品牟国 l 叩年朋媚 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：l 量辱饧 v 导师签名：鸡毛窆髟t 咖i 7 7 年明棚 20 0 7 年广只多户日 长安人学硕t ：学位论文 第一章绪论 1 1 课题来源、研究目的和意义 随着社会的发展和科技的进步，煤炭不经沈选直接利用已不符合各国的能源政策和 环保政策。发达国家的煤炭洗选比例很高，以几个主要产煤国为例：美国的5 5 ，澳大 利亚7 5 ，德国9 5 ，而我国至2 0 0 0 年底入选率仅为2 6 左右【。提高煤炭洗选比例、 增大原煤入洗量己成为我国开发“洁净煤技术和实施煤炭行业可持续发展战略的主要 内容。 马兰矿选煤厂是一座年产4 0 m t a 的大型选煤厂，其煤泥水最高流量为1 5 0 0 m 3 h 。 由于所洗原煤中的硫分含量较高，在开采和洗煤过程中，这些矿物在空气、水和细菌的 共同作用下，形成硫酸碱酸高铁溶液，并溶出煤炭中的多种离子，因而产生含铜、铁、 铅、锌、铬等的酸性废水。煤泥水偏酸性( p h 值大约为4 巧) ，造成对生产设备及管道 的腐蚀，影响设备管道的正常使用寿命。尤其铝土页岩泥化造成煤泥水的严重泥化，细 泥含量增大，煤泥水较难沉淀，所形成细粒煤泥在工艺系统中不断循环集聚，影响了正 常生产及洗水闭路循环。 目前厂方为了调整煤泥水的p h 值，在工艺系统中增加了投加石灰工艺，由于投加 石灰工艺过于简单，投加后的p h 值没有有效控制，造成煤泥水中的p h 值已到1 3 1 4 。 p h 值过高，造成钙质沉淀物附着在管道及设备表面，尤其是对筛网型的设备影响更大， 给正常生产带来不便。因石灰投加量大，年耗石灰费用约为6 0 万元，清洗附着在设备 上的钙质沉淀物所用酸洗药剂费和人工费每年约为4 0 万元。 本课题研究目的主要是针对酸性高泥化煤泥水难处理的难题，对酸性高泥化煤泥水 的处理与回用技术进行研究，为煤矿酸性高泥化煤泥水的处理与回用提供一项经济有 效、切实可行的技术措施，实现煤矿选煤厂煤泥水的闭路循环，减轻煤泥水对周围环境 的污染。并通过对马兰矿选煤厂煤泥水试验研究，提出经济可行的技术方案和技术参数， 为切实解决马兰矿酸性高泥化煤泥水问题，实现洗水闭路循环及实现社会环境效益、企 业经济效益双赢。 1 。2 研究背景 煤泥水是湿法选煤所产生的工业尾水，其中含有大量的煤泥颗粒，是煤矿的主要污 第一章绪论 染源之一。 我国是煤炭生产和消耗的大国，煤炭作为第一能源，在一次能源消耗的结构中占 7 6 左右。虽然我国原煤入选率比较低，仅为3 8 ，但截止2 0 0 0 年，我国己建有1 5 9 4 座选煤厂，每年洗煤3 3 6 6 5 1 0 6 t 。目前全国每年选煤用水量约8 4 亿m 3 ，占全国工业 用水量的0 7 4 。近几年大多数选煤厂装备了一些水处理设备，煤泥水的闭路循环率达 到了8 6 6 3 ，但由于技术、资金等方面的原因，每年仍有约4 0 0 0 万m 3 的煤泥水排放， 约占全国工业废水的0 1 左右。煤泥水的外排，严重污染了煤矿周围地区的环境。据 调查，我国5 3 2 条河流中，有8 2 受到污染，其中3 0 条5 0 0 k m 以上的河流中有1 8 条 受到煤泥水的污染【。 煤矿煤泥水的直接排放，不仅严重地污染了周围的环境，且还会造成大量煤泥的流 失。煤泥水经适当处理后回用于洗煤，不仅解决了环境污染问题，而且还会为企业带来 显著的经济效益，其中包括回收煤泥所得、节省洗煤用水的水费和免交的排污费。根据 统计，我国目前外排选煤废水含固体悬浮物( ，煤泥) 3 0 万t 以上，煤泥损失价值1 5 0 0 万元， 每年为补充洗煤用水多支出水费约2 5 0 0 万元，交纳超标排污费2 0 0 0 万元1 1 1 。 煤泥水的排放也造成了水资源的极大浪费，而人均水占有水资源量近2 2 6 0m 3 ，仅 为世界人均水占有水资源量的1 3 左右【2 1 。 可见，煤泥水已成为煤炭工业的主要污染源和煤炭损失源之一。煤泥水的处理与回 用不仅对环境保护具有重要意义，同时具有显著的经济效益和社会效益。 煤泥水的性质与所洗选的原煤性质有关，一般情况下，地质年代较长，煤质较好的 原煤所产生的煤泥水处理难度较小；而地质年代较短的年轻煤种遇水易泥化，选煤所产 生的煤泥水悬浮物浓度和c o d 浓度都很高，而且颗粒表面带有较强的负电荷，久置不 沉，难于处理。 1 3 煤泥水的产生和危害 1 3 1 选煤技术概述 原煤含有大量的杂质和灰分，如直接燃烧，不仅会造成煤炭资源浪费，而且还会加 重大气的环境污染。选煤厂选煤是合理利用煤炭资源、保护环境的最经济和最有效的技 术，是煤炭加工、转化为洁净煤燃料必不可少的基础和关键环节；通过选煤可以优化产 品结构，提高利用效率1 3 1 。因此，国际上公认选煤是实现煤炭高效、洁净利用的首选方 案。选煤的目的是去除原煤中含的杂质，提高煤炭的发热量和结焦性，降低灰分、硫分， 2 长安人学颂t j 学位论文 并为减轻燃煤地区的大气污染创造条件。 全球原煤平均入选比例在5 0 左右，但一些发达国家明显高于这一比例。如德国为 9 5 ，英国和澳大利亚为7 5 ，俄罗斯为6 2 1 ，南非为6 0 ，波兰为5 0 ，美国为5 5 1 1 1 。 由于这些国家原煤煤质好，分选方法先进，选煤设备性能可靠，因此，精煤产品质量高， 炼焦精煤灰分小于7 ，硫分小于1 ，水分小于1 0 1 4 1 。 中国原煤入选率低于世界平均水平，1 9 9 5 年全国原煤入选率仅为1 5 6 ， 2 0 0 0 年 末，全国原煤入选率上升到3 3 7 【，到2 0 0 2 年末，全国原煤入选率也仅达到3 5 1 5 。 表1 1 为2 0 0 0 年末中国选煤厂数量及入选情况。我国动力煤的入选率更低，到2 0 0 0 年 末仅为1 4 。由于中国选煤技术和设备性能还没有完全达到发达国家的水平，并且有相 当一部分原煤煤质低于发达国家，因此，炼焦精煤灰分和水分含量均高于上述发达国家， 2 0 0 0 年全国共生产炼焦精煤1 0 5 m t ，平均灰分9 5 ，水分1 0 3 5 i 6 1 。 表i i2 0 0 0 年末中国选煤厂数量及入选情况f 1 】 选煤厂 煤矿原煤产量设计能力入选量入选率 数量 类型 t 座 t at 国有重点煤矿 5 3 5 7 4 x1 0 62 3 73 6 4 7 8 x1 0 62 3 9 8 5 x1 0 64 4 8 地方重点煤矿 1 9 4 2 6 x1 0 61 7 6 9 3 1 0 6 5 6 8 x1 0 62 9 2 乡镇煤矿 2 6 9 1 7x1 0 61 1 8 16 4 2 1 x 1 0 64 0 x 1 0 6 t 4 9 合计 9 9 9 1 7x 1 0 61 5 9 45 2 1 9 9 x1 0 63 3 6 6 5 x1 0 63 3 7 选煤方法有许多种，概括起来主要分为湿选和干选两大类。 ( 1 ) 湿选，利用水或水与矿物组成的悬浮液选煤，包括跳汰、重介和浮游选煤三种方 法。虽然湿法选煤耗水量大，费用高，但分选效果好，因此，目前广泛采用的是湿选。 我国采用湿选方法选煤的选煤厂约占9 4 。 在2 0 世纪8 0 年代，国外基本以跳汰选为主，到9 0 年代，重介选煤的比例己由第 二位上升到第一位。目前美国的重介选煤比例己占6 6 ，法国占6 0 ，加拿大占5 6 。 我国目前还是以跳汰选煤为主【引。表1 2 为我国目前所采用的选煤方法占的比例。目前 我国研制的多次进气x 系列复配脉动跳汰机可使分选下限最低达到o 1 2 5 m m ，并降低了 顶水耗副引。 3 第一章绪论 表1 2 我国各种选煤方法所占的比例 方法跳汰重介浮选其它 比列( )5 2 2 81 4 6 ( 2 ) 干选，主要是利用煤与煤矸石的物理性质差别实现分选的。干选不用水，主要 有风选、拣选、摩擦选、磁选、电选、微波选、空气重介流化床选煤等，其中已实现工 业应用的有空气重介流化床选煤和风力选煤。 流化床选煤可分为两类，一类是根据两种颗粒的粒度差别进行分离。其原理是：粒度 大的块状物不参与流化，而粒度小的粉状物能够流态化，不参与流化的大颗粒沉在床底， 能够流化的小颗粒流态化后不断溢出床面，从而达到分离的目的；另一类是气固流化床 对矿物的分选。其原理是：以微细颗粒作为固相加重质，形成具有一定密度的流化床层， 不同密度组成的被分离矿物( 由有用矿物与无用矿物组成) 进入流化床层后按床层密度分 层，轻者上浮，重者下沉，从而实现气固流化床对矿物的分选用。 1 3 2 煤泥水的产生 湿法洗煤需要大量的水，以跳汰洗煤为例，每入选i t 原煤约需3 - 5 m 3 循环水1 7 1 。而 这些水经过洗选过程后就含有了大量的细小颗粒，通常把这种含有粒径小于1m m 的悬 浮粒子的洗煤水叫煤泥水。 煤泥水有两种，一种是高泥质原煤洗选所产生的煤泥水，这类废水悬浮物浓度高， 颗粒细小，且表面带有较强的负电荷，是一种稳定的胶体体系，难于处理。而我国有相 当数量的原煤是年轻煤种，属于高泥质化原煤，洗选所产生的煤泥水浓度高，处理难度 大。另一种是煤质较好的原煤洗选所产生的煤泥水，这类废水所含的颗粒粒度较大，浓 度较低，处理相对比较容易。 1 3 3 煤泥水对环境的污染 1 3 3 1 悬浮物的污染1 1 】 悬浮物是煤泥水中的主要污染因子，煤泥水中的悬浮物严重超标，一般超标几十倍。 煤泥水中的悬浮物主要是细小的煤粒为主，这些悬浮物大量进入水体后，水体的浊 度增加、透光度减弱，产生的主要危害是： ( 1 ) 使水体色度加深，透光性减弱，影响水生生物的光合作用，抑制其生长繁殖， 妨碍水体的自净作用； ( 2 ) 由于微生物对有机悬浮固体的代谢作用，会消耗掉水体中的溶解氧； 4 长安大学硕i ：学位论文 ( 3 ) 悬浮固体中的可沉固体，沉积于河底，造成底泥积累与腐化，使水体水质恶化； ( 4 ) 悬浮固体可作为载体，吸附其他污染物质，随水流迁移污染。 另外，水体受溶解固体污染后，使溶解性无机盐浓度增加，如作为给水水源，水味 涩口，甚至引起腹泻，危害人体健康 1 0 l 。 1 3 3 2 煤的染色作用对水体的色度影响 据研究发现煤是一种特殊的染色体，对水体有一定的染色作用，从而造成水体的色 度严重超标。在接纳煤泥水的水系中，颜色皆呈黑色，严重影响水的透明度，直接破坏 自然环境，给人以污浊厌恶之感。尤其是在风景游览地区，影响更大。 1 3 3 3 选煤药剂的污染 煤泥水处理，尤其是采用浮选方法时需要加各种不同的药剂，其中包括捕收剂( 煤 油、轻柴油等) 、起泡剂( 松油、杂醇类等) 、调整剂( 酸、碱等) 等，另外在煤泥浓缩、煤 泥压滤过程中也要投加絮凝剂。由于药剂的使用，使得外排水中的一些指标超标，给环 境造成严重污染。 1 4 煤泥水处理技术现状 煤泥水治理的目标就是泥水分离，即不仅要得到清洁达标的水，而且还要得到含水 率低、易于脱水的煤泥。近年来，世界各国环保专家将煤泥水的处理与回用做为矿山废 水处理的一个重点内容进行专项研究。 1 4 1 国外煤泥水处理现状 目前，世界上一些产煤大国如俄罗斯、美国、德国、英国、澳大利亚、乌克兰、南 非、波兰等基本上实现了煤泥水的零排放，分离出来的煤泥也得到了有效的利用。 这些国家的原煤煤质总体较好，分选方法先进，选煤设备性能可靠，产生的煤泥水 适当处理后即能满足回用洗煤的要求。采用的处理基本工艺是：煤泥分选尾矿浓缩一 压滤。典型工艺见表1 3 。 5 第一章绪论 表1 3 典型的煤泥水处理工艺1 1 1 煤泥水流程优点缺点 直接浮选一尾煤浓缩一压滤 易于实现洗水闭路，精煤得剑充分回收，经济、环境效益好 到投资人，运行成本高 煤泥重介选一尾煤浓缩一压精煤泥回收下限o 1 m m ，尾 粗煤泥分选精度高，投资较小 滤煤量大 适一于分选密度在1 6 k g l 以 煤泥水介重力选一粗煤泥直投资和运行费用比直接浮选 上的易选粗煤泥：细煤泥量 接同收一细煤泥浓缩压滤一尾煤浓缩一压滤流程稍低 大、脱水困难 煤泥分选设备性能的优劣直接影响煤泥水的性质及处理的难易程度。近几年，世界 各国非常重视高效煤泥分选设备的研制与开发。澳大利亚研制的干扰床层分选机s ) 利用干扰床层实现按密度分层，分选最佳粒度范围为0 2 5 m m 1 1 l 。美国y a n gd c 研制开 发扬氏填充式跳汰机，能够有效分选小于2 5l am 微细颗粒，并具有较好的脱硫降灰的功 削1 1 】。扬氏填充式跳汰机又名柱式跳汰机，于1 9 9 6 年申请了国际专利。其主要特点是 在跳汰室内放入充填物形成若干个格槽，形成一个既有稳态又有脉动的上升水流。脉冲 水流由柱底附近给入，物料在网格式上升液流的作用下进行分层，重物料颗粒由底部排 出，轻物料颗粒由顶部溢流排出。澳大利亚研制的k e l s e y 离心跳汰机可分选 0 0 6 3 - 0 0 3 8 m m 的煤泥。美国研制的f a l c o n 离心分选机，工作时产生的离心力为3 0 0 9 ， 可有效分选0 6 - - 0 0 4 3 m m 的煤泥。 重介质旋流器自上世纪4 0 年代问世以来，经不断改进与发展，其基本结构形式和 性能发生了很大变化，除传统型旋流器外，目前还出现了平底型和切线排料型旋流器等。 研究表明，切线排料的平底型旋流器的入料量和底流排量比传统型旋流器分别高2 1 和 7 5 1 1 2 】。南非的jb o s m a n 对旋流分离器的分离效果进行研究，认为涡流式渐开线入料 口的旋流器具有最大单机处理能力，并建议采用轴流式旋流器，可以改善进入溢流中的 短路斜流。如果借助水喷射器将水喷射到旋流底部，可使进入底流中的短路斜流减少 5 0 1 1 3 1 。圆筒形重介旋流器在近2 0 年里得到了较大的发展，出现了有压入料的涡赛尔 旋流器和无压给料的戴纳型重介旋流器( d wp ) 。早在上世纪8 0 年代，英国煤炭公司研 制开发了l 氓c o d e m s 圆筒形重介质旋流器，分选1 0 0 4 ) 5 m m 级原煤，最大直径为 1 2 0 0 m m 。改进旋流器结构，减少紊流的影响一直是研究重点。澳大利亚j k 矿业中心开 6 长安大学硕一 j 学位论文 发的一种新型分级旋流器( j k c c ) ，机体上部轴向逐渐收缩，并呈锥形，溢流管采用厚壁 和特殊形状，底流口径向面上设凸台。实验证明，其分离效果明显优于传统旋流器。煤 泥重介旋流器近几年研究的也比较多。澳大利亚j k 矿业中心研制成功的j k d m c 新型 结构重介质旋流器，采用超细磁铁矿介质( 小于9 0um ) 分选煤泥，对1 0 1 2 5 r a m 或 0 。5 1 2 5 m m 粒级取得了较好的分选效果1 1 4 l 。c u s t o m 煤炭总公司的初步实验表明，采用 微细磁铁矿粉重介质旋流器工艺可以有效地处理0 1 0 5 - 0 0 2 5 r a m 级粉煤，但介质回收问 题尚未根本解决。南非的研究人员提出，分选小于0 0 7 5 r a m 的粉煤，介质的粒度组成 中小于o 0 1m m 的含量必须大于5 0 才能取得良好的分选结剁引。 唯一可以选到0 m m 的煤泥分选方法是浮选法，是目前国外采用比较多的一种煤泥 分选方法，主要用于粒径小于0 5 r a m 煤泥的分选。浮选分反向浮选和正向浮选，煤泥 浮选常用正向浮选。正向浮选是在浮选机内加入煤的捕收剂以及适量的起泡剂，将煤浮 出。 对于煤泥浮选，目前国外研究较多的主要有两个方面，一是浮选设备，二浮选药剂。 理论研究表明浮选速度是矿粒粒径的函数。投加浮选药剂的目的是改善被浮选煤泥颗粒 表面的性质，增加煤泥颗粒的粒径。浮选药剂的研究包括药剂的选择与投加、调整剂的 种类与投加等。耶尔德兹技术学院的埃森波拉特在浮选液中加入少量无机阳离子 f e c l 3 6 h 2 0 后，使煤的电位降低，提高煤的可浮性。美国r h y o o n 等采用新开发的药 剂对韩国的无烟煤煤样进行了实验室实验，可成功地分选上限为2 3 m m 的煤炭，并对 1 4 1 - 0 r a m 煤泥进行半工业性实验，取得了很好结果。美国等研究将油性浮选药剂乳化， 使之分散在水介质中，形成均匀的乳浊液后再进行投加。由于水性乳浊液易于同水性矿 浆混合接触，药剂更易被煤粒吸附，使煤粒表面的疏水性和煤粒的可浮性进一步提高， 从而节省了浮选药剃。 煤泥浓缩目前国外常采用的设备有耙式浓缩机、深锥浓缩机、煤泥沉淀池等。耙式 浓缩机用于煤泥水或浮选尾煤水的浓缩及澄清。深锥浓缩机用于处理各种煤泥水( 特别 是浮选尾煤) 以得到高浓度的沉淀及洁净的溢流。煤泥沉淀池主要用于回收煤泥或浮选 尾煤以及澄清滤液和离心等。煤泥沉淀池包括分段沉淀池、通用煤泥沉淀池和尾矿场。 耙式浓缩机在国外使用较多，不仅处理能力大，而且溢流水质也好。例如在澳大利亚南 w a l k e rg r e e k 煤矿，原煤处理量为6 0 0 t h 的重介质选煤厂( 入料范围6 0 - 0 r n m ) ，仅设一 台1 4 m 直径的耙式浓缩机，即可以处理全厂1 1 4 0 m 3 h 的尾矿，并实现洗水闭路循环。 多数煤泥浓缩需要投加凝聚药剂，强化煤泥的沉淀与浓缩。投加的凝聚药剂主要有铝盐、 7 第一章绪论 铁盐混凝剂和有机高分子絮凝剂，如非离子型的聚丙烯酞胺等。s c h r o e d e r 等人早在1 9 8 4 年就详细地研究了细粒级煤泥水的胶体稳定性和铝盐混凝剂对煤泥水的脱稳凝聚作用 1 1 】 o 从上述的分析介绍可以看出，国外发达国家煤泥水的处理系统都比较完善，煤泥水 得到了有效的处理，实现了闭路循环。国外发达国家煤泥水处理所采用的煤泥分选一尾 矿浓缩一压滤处理工艺的各工艺单元的设备性能都比较好，尤其是煤泥分选设备性能 好，为煤泥水的后续处理煤泥浓缩和煤泥脱水创造了良好的条件。 而国外发达国家在煤泥水处理所用的凝聚药剂研究较少，在浓缩和脱水阶段所投加 的凝聚药剂比较单一，主要是有机高分子絮凝剂。 1 4 2 国内煤泥水处理现状 我国是产煤大国，虽原煤入选率低于世界平均水平，但煤泥水的处理与回用与原来 相比也有了长足的进步，煤泥水的闭路循环率有了很大的提高。表1 4 为我国选煤厂煤 泥水闭路循环率。 表i a 我国选煤厂煤泥水闭路循环率【1 1 项目1 9 8 51 9 9 01 9 9 52 0 0 0 原煤