煤泥水的来源及其特点.doc

第23页中国矿业大学2011届专科毕业生毕业论文1 煤泥水的来源及其特点煤泥水是选煤过程重要的工作介质，同时也是煤炭湿法加工过程产生的工业废水。在选煤工艺中煤泥水处理涉及面广、投资大，难于管理。煤泥水特别稳定，静置几个月也不会自然沉降，处理非常困难。为了满足煤泥水闭路循环的水质要求，防止煤泥水闭路循环过程中水质的恶化，保护环境，煤泥水的处理技术研究也愈显必要。煤矿煤泥水由于原煤性质的差异，它们的性质也存在一定的差异和共性。1.1 煤泥水的来源煤矿煤泥水可以分为两类：一类是由地质年代较短、灰分和杂质含量较高的原煤在洗选时所产生的；另一类是由地质年代较长，煤质较好的原煤在洗选时所产生的。1.2 煤泥水水质特性不同煤质的煤泥水由于原煤性质的差异，它们的性质有很大的差别，主要表现在：地质年代较长的煤煤化程度较高，所含灰分较少，因而煤泥水悬浮物浓度较小，处理起来比较容易，而地质年代较短的煤煤化程度较低，所含灰分较多，煤泥水悬浮物浓度较大，处理起来比较困难；同时由于地质年代较长的煤的硬度相对较高，不易在煤炭洗选加工过程中破碎，从而使煤泥水中250m 的煤泥颗粒含量相对较低，而地质年代较短的煤硬度较低、易破碎，致使煤泥中250 m的煤泥颗粒含量相对较高。不同煤质的煤泥水的性质也存在一定的共性。主要表现为：细微煤粒含量较高以及煤泥矿物组成主要成分相似，都是以SiO2为主，A12O3 次之。这些物质在煤泥表面形成较强负电荷的胶体颗粒，同性电荷间的斥力使这些微粒在水中保持分散状态。它们在水中不仅受到重力作用，还受到布朗运动的影响，因而，煤泥水往往还有胶体性质。由于胶粒带电将极性水分子吸引到它周围形成一层“水化膜”，“水化膜”能阻止胶粒间相互接触。在上述因素作用下，煤泥水形成稳定的胶体分散系，难于发生自然沉降。2 煤泥水处理的目的及其影响因素2.1 煤泥水处理的目的煤泥水治理的目标就是泥水分离。采用工业上成熟的固液分离技术，从煤泥水中分离、回收不同品质的细粒产品和获得尽可能纯净的循环水为重力选煤工艺和浮选工艺创造良好的条件，并尽可能做到洗水闭路循环最大限度的节约水资源；如果煤泥水必须排放时必须符合环境保护的排放要求，不污染环境。因此煤泥水处理流程的合理制定及其设备选型是非常重要的环节。2.2 煤泥水沉降影响因素煤泥水主要变现为悬浮液的性质，它的沉降性不仅受固相煤泥的影响，还受液相水的影响。在固相煤泥性质中，煤泥的粒度及灰分对絮凝、沉降性质影响最大；而煤泥的矿物组成较为复杂，随产地、煤种不同而不同，主要是石英、方解石、粘土和黄铁矿等，对煤泥水的处理及产品的脱水影响较大的是粘土矿物。由于粘土矿物遇水极易泥化且粒度微细，大大增加了煤泥水中细粒级的含量，这些微细颗粒物本身难以沉降而且还使煤泥水的粘度大大增加。因此粘度类矿物含量越高，意味着煤泥水处理越困难。另外，泥化的粘土矿物还能在煤粒表面形成覆盖层。由于粘土矿物亲水且灰分高，不仅加大脱水作业的难度，还导致产品煤灰分增高。在液相水的性质中，煤泥水的矿化度、硬度及pH值对煤泥的絮凝和沉降特性影响较大。正常情况下，在水的pH值较低时，硬度和矿化度越大越有利于煤泥水的沉降。在实际生产过程中，要达到较好的固液分离效果，就必须结合煤泥水的特点，采取有效的措施，减弱导致煤泥水难沉降因素的影响，从而有效地实现煤泥水的澄清。2.3常见的煤泥水处理工艺我国选煤厂应用的几种典型煤泥水流程及其优缺点如表1表1几种典型煤泥水流程煤泥水流程优点缺点应用场合直接浮选尾煤浓缩压滤易于洗水闭路；精煤得到充分回收；经济、环境效益好投资大； 运行成本高大中型炼焦煤选煤厂煤泥重介选尾煤浓缩压滤粗煤泥分选精度高，投资较小粗煤泥回收下限0.lmm，尾煤量大全重介、难浮选煤泥选煤厂煤泥水介重力选粗煤泥直接回收细煤泥浓缩压滤投资和运行费用比直接浮选 尾煤浓缩压滤流程稍低适于分选密度在1.6kg/L 以上的易选粗煤泥；细煤泥量大、脱水困难动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥水浓缩直接回收投资较小经济效益低；煤泥脱水困难，设备用量大； 洗水闭路难度大动力煤选煤厂及小型炼焦煤选煤厂煤泥沉淀池投资小，生产费用低洗水不能闭路；环境污染严重小型炼焦煤选煤厂3 煤泥水的分选工艺3.1 粗煤泥分选工艺分析我国煤炭分选方法与技术从粒度上讲主要包括(0.5mm)重选和细粒(0.3mm 部分经脱水处理后掺入块煤一起进入主选系统，典型流程如图1所示。主要流程为：矿井来煤经粗碎后，2000mm 全级进入主厂房，由双层筛分级脱泥处理后，0.3mm 部分泵送至高频筛脱水，并脱除夹带的0.3mm 细泥，筛上0.750.3mm粒级煤掺入脱泥后的原煤， 一并入主选系统进行洗选。3.1.2 螺旋分选机处理粗煤泥螺旋分选机是一种流膜分选设备，入料粒度范围是3.00.25mm，具有结构简单、单位处理能力大(可达摇床的10倍)、吨煤投资低、本身不需要动力、也无须风、水、介质等辅助材料，节能环保，操作维护简便等优点，它不仅降灰，而且脱硫效果显著，是处理煤泥的成功设备。在国外，螺旋分选机一直是分选细粒煤最普遍的设备之一，在我国作为粗煤泥的分选设备也得到较好应用。由螺旋分选机分选经脱泥（分级）后的粗煤泥（细粒末煤），可以减少块煤系统和浮选系统的负荷，降低生产费用，而且可减少浮选机对粗煤泥可浮性差造成的精煤损失。图2所示为该工艺的典型流程。螺旋分选机的缺点是：机身高度大，给料和循环的中矿需要砂泵输送，本身参数不易调节，难于适应给料性质变化，其有效分选密度较大，一般在1.8g/L左右，在较低密度分选时分选效果差和对片状矿粒富集效果差等，不适于对入料精选。对于一些氧化程度高，硫分较高，不宜采用浮选的易选煤泥，采用螺旋分选机分选可望得到良好的分选效果。国外对螺旋分选机技术应用于粗颗粒煤泥分选的研究极为重视，主要在两个方面取得了进展：(1)两段螺旋分选机粗选精选配置，降低了分选密度，改善了分选效率；开发了单台(柱)能实现粗选精选作业的螺旋分选机，较大程度拓展了螺旋分选机的适应性。(2)发展了能实现小于0.154mm超细粒煤有效重力分选的SX7螺旋分选机，并在美国成功应用。3.1.3 液固流化床分选机(TBS分选机和RC分选机)处理粗煤泥3.1.3.1 TBS(Teetered Bed Separator)分选机TBS分选机分选原理是基于颗粒在液固流态化床层中的干涉沉降，利用流态化床层的视在密度实现颗粒按密度分选的一种重力分选设备。分选过程是：入料由上部中心给入，在特殊机械结构的工作室内向下运动的同时分散开，并与上升水流相遇形成干扰床层，由于不同密度的物料颗粒在干扰床的作用下沉降速度不同，从而使轻、重物料得以分离。密度低于干扰床悬浮液密度的颗粒被浮起，从上部的溢流槽排出，成精煤产物。密度高于干扰床悬浮液密度的颗粒穿透干扰床，进入底流，成为尾煤产物。在此过程中，槽体中干扰床层悬浮液的密度必须相对稳定，一般由压力传感器式密度自动控制系统实现控制。图3所示为该工艺的典型流程。TBS分选机的特点：(1)入料粒度在40.1mm范围内能达到很好的分选效果。(2)有效分选密度在1.41.9g/cm3范围内可调。(3)全自动控制，无需人员操作。(4)对入料煤质变化的适应性较强。(5)无需复杂的入料分配系统，能耗低。(6)结构紧凑，占地小，维护简单，寿命长。(7)无需重介质和化学药剂，生产费用低。(8)没有动力消耗。TBS分选机的突出优点是，在低密度分选的工况下可稳定工作。但当入料煤可选性为难选时，重产物带煤量大，分选精度较低，分选精度随粒度减小而降低，宽粒级分选效果较差。3.1.3.2 RC(Reflux Classifier)分选机RC分选机基本原理与TBS相类似，但结构有所区别。TBS煤泥分选机为圆形，RC煤泥分选机为方形，RC煤泥分选机上部增加一套倾斜板，增大了单位面积处理能力。其主要是由倾斜板存在下颗粒在流态化床层中的干扰沉降。分选时，矿浆由分选槽侧面给入，重产物沿底流板向下滑动形成尾矿流，经由底流口排出，而轻产物在底部上升流的带动下，向上移动依次通过中矿板和溢流板形成溢流，从溢流口排出。其性质也与TBS有一定的共性。3.1.4重介质旋流器处理粗煤泥3.1.4.1小直径重介质旋流器分选小直径重介质旋流器可产生较高的离心系数，使粉煤颗粒受到的分选力远远大于其在重力场及大直径重介旋流器中受到的分选力，从而得到高效分选。在分选高硫、氧化、难选粉煤时，采用小直径重介质旋流器分选可得到良好的效果，降灰、脱硫效率较高。小直径重介质旋流器分选粒度范围为0.50mm(上限可提高到3或1mm)，分选精度可达到E=0.060.1(对粒度0.50.04mm)。但此工艺对磁铁矿粉的要求比较高，采用的磁铁矿粉不但粒度要比较细，而且真密度也要高。此外，该系统较复杂（需单独设立一套微细介质循环和回收系统），操作难度大，特细粒介质回收困难，生产成本高等。为简化工艺，我国开发了利用大直径重介质旋流器对加重质的分级、浓缩作用，将煤泥和精煤脱介筛（或弧形筛）筛下合格介质分流一同进入小直径煤泥重介质旋流器再选的粗煤泥分选工艺。3.1.4.2重介分级入选新工艺技术原煤经3(1.5)mm原煤分级筛进行预先分级脱泥，筛上50(80)3(1.5)mm级块煤进入块煤重介质旋流器进行分选，3(1.5)0.3mm 的细末粉经脱水处理后，进入细粒重介系统分选，从而实现重介质旋流器分选下限到0.3mm。该工艺(图4)采用一套介质回收净化系统，实现了803(1.5)mm 块煤人大直径重介质旋流器分选,3(1.5)0.3mm细粒煤人小直径重介质旋流器分选，这种工艺虽然减少了特细介质的制备环节(利用了大直径重介质旋流器分级浓缩作用产生的特细介质)，使介质系统大大简化，但煤泥重介质旋流器的分选精度直接受大直径重介质旋流器运行状况和分流介质中高灰细泥的影响，有时会出现系统密度不稳定现象。生产调节困难，高灰细泥污染严重，同时，由于大量细粒煤进入磁选机，增大了磁选机的工作负荷，介耗较高。3.1.5水介质旋流器处理粗煤泥水介质旋流器分选细粒煤工艺简单，生产成本低，布置方便。在上世纪80年代，煤炭科学研究总院唐山分院做了水介质旋流器分选粗煤泥的研究，尝试采用500mm 水介质旋流器分选1mm 细末煤,并取得了成功,得到了一定的推广。太原理工大学利用150mm、350mm水介质旋流器分选4mm细末煤的尝试也取得了成功,降灰幅度可达50，精煤产率在55左右。水介质旋流器应用范围很宽，既可以作为主选设备分选 13mm，而机械搅拌式浮选机的实际有效分选上限为0.25mm，浮选柱则更低,由此对于一般的“跳汰+浮选”工艺，在设备的有效分选粒度范围之间存在着薄弱的环节,不能对其中的粗煤泥进行有效的分选。同样在重介分选工艺中也存在着这样的环节，大直径旋流器的分选下限也不能和浮选的分选上限达到很好的配合。这样必然会对精煤的质量造成影响，而要保证产品质量，就必须以降低精煤产率为代价，同时，由于粗颗粒进入浮选环节，必然存在着跑粗现象，大量的低灰粗粒损失于尾煤中，降低了全厂的精煤产率。由此选煤厂的工艺中应该考虑分选设备的有效分选粒度范围，采用合理的三段分选来代替传统的两段分选，以提高选煤厂粗煤泥的分选效果，对于不同的分选工艺，采用不同的粗煤泥分选工艺和设备来提高分选精度，增加精煤产率。3.1.6.2设备的选取对粗煤泥的精选工艺也要选取合适的分选设备，对于跳汰和有脱泥环节的工艺，应选择螺旋分选机进行分选，不仅对粗煤泥进行了有效的分选，而且避免了浮选跑粗，降低了入浮量；对于重介旋流器分选工艺，可以利用原有的介质系统，选择煤泥重介旋流器分选，在达到分选粗煤泥，避免浮选跑粗目的同时，还可以简化工艺流程。3.1.6.3发展趋势关于粗煤泥分选设备，特别是水介质类分选设备，都有一个共同特点，即在高密度分选时，分选效率较高，分选密度降低时，其效率会有不同程度降低，特别是螺旋分选机和水介质旋流器。在低密度分选时，TBS分选机有相对优势，但应认识到，分选密度降低时，分选效率下降带来的直接后果是重产物中带煤量显著增大，在入料为难选煤时尤其明显。所以，上述设备的这一特点决定了其原则上只适应于高密度分选的工艺条件。尽管有文献报道TBS分选机可同时分选出低灰分的精煤和高灰分的尾煤，但可以发现其入料里中间密度物含量很低，原煤为易选或极易选，多数分选密度都很高，通常达到1.65g/cm3以上。对于难选煤，在分选出灰分为10.5左右的合格精煤时，理论分选密度介于1.41.5g/m3之间。采用上述设备时，都将出现较低的分选效率和较大的尾矿带煤损失，对分选价值较高的炼焦精煤产品显然不合适。相比之下，基于重介分选原理的煤泥重介旋流器则具有较高的分选效率和分选精度，如果在现行煤泥重介旋流器分选工艺的基础上进行改进和完善，应是炼焦煤选煤工艺中粗煤泥分选技术的首选。既然每种分选方法或设备都存在自身缺陷，都有一定的适应性(主要指可选性和粒度组成)，特别是水介质类分选设备，无论其原理多先进，总有一个分选效果最佳的粒度范围。为拓宽入料粒度范围，如果不在原理上或设备结构上有实质性改进，则总有一个粒度范围的物料分选效果不能满足需求。这就需要通过先进合理的工艺流程设计，利用一种分选设备的优势补充另一种分选设备的不足，以达到分选效果的最佳化，这在细颗粒分选流程设计方面尤其重要。有人曾研究了水介质旋流器精选和螺旋分选机扫选的组合工艺对细颗粒煤的分选效果。水介质旋流器分选合格灰分的精煤产品，螺旋分选机的高密度重产物作为最终尾煤，螺旋分选机低密度轻产物返回水介质旋流器。研究表明：当水介质旋流器Ep=01、螺旋分选机Ep=015时，水介质旋流器和螺旋分选机组合工艺的分选精度Ep=006。显然，通过科学合理的工艺流程设计，达到利用一种分选设备的优势补充另一种分选设备的不足，以实现分选效果最佳化目标是可行的。国外选煤工艺中采用不同设备工艺组合的模式有：水介质旋流器精选一螺旋分选机扫选工艺，两段水介质旋流器组合工艺，两段螺旋分选机组合工艺等，在不同程度上弥补了单台或单种分选设备的不足，提高了综合分选效率。3.2 煤泥浮选工艺浮选不仅是精选煤泥，而且是一种有效的净化洗水工艺过程。浮选是目前细粒煤泥最有效的分选方法之一，浮选对于选煤厂煤泥水处理以及提高选煤厂的经济效益起着重要的作用。3.2.1浮选入浮流程结构分析分选产品脱水后的煤泥水如何送入浮选，即浮选入料方式的确定是细煤泥作业流程的关键问题。目前国内外常用的浮选入浮流程结构概括起来有三种，即浓缩浮选、直接浮选、半直接浮选流程。3.2.1.1浓缩浮选流程浓缩浮选流程，是指全部煤泥水进入浓缩机，经浓缩后，溢流作为选煤用循环水，底流进入浮选作业，如图6所示。这种流程的特点是浓缩机底流浓度较高，在300400g/L之间,在煤浆处理装置中用清水稀释到100200g/L再进入浮选，所以浮选浓度较高、粒度较粗。图6 浓缩浮选流程该流程的缺点：大量细泥集聚在洗水系统中循环，不能外排，造成循环水浓度高，常达到100200g/L，不仅影响重选的分选也影响浮选效果；因循环水浓度高，捞坑跑粗；细粒浮选速度快，在浮选机第一、二槽浮起，此时槽内矿浆浓度高，选择性差；粗粒浮起慢，常常损失于尾矿中。另外，为了降低洗水浓度，须增加向系统中的补加清水量，从而导致洗水不平衡，外排煤泥水，造成煤泥流失，污染环境。该流程的优点：这种流程因采用容量很大的浓缩机作为一个缓冲设备，提高了入浮物料的稳定性，能有效降低煤泥水输入量对浮选入料浓度的影响，浓缩系统抗干扰能力强，可提高浮选浓度。该流程的适应条件：80年代以前，中国选煤厂基本上使用浓缩浮选流程。有的选煤厂处理效果较好。有的选煤厂浓缩机溢流浓度偏高，洗水质量差，必须补加清水，外排煤泥来降低循环水浓度，造成环境污染资源浪费。其原因是对浓缩浮选流程的特点及适应条件认识的不够充分。通过实践证明，浓缩浮选适应于煤质变化大而频繁，细泥含量少，煤泥不易泥化的选煤厂。3.2.1.2直接浮选流程直接浮选流程，是指全部煤泥水，不经浓缩机浓缩，通过缓冲池后，直接进浮选，浮选尾煤进浓缩机，在浓缩机中添加絮凝剂或有足够的沉淀面积，所得清净的溢流作循环水使用。底流用压滤机脱水，实现厂内煤泥水闭路循环，如图7所示。图7 直接浮选流程该流程克服了浓缩浮选的缺点。近年来，在国内外得到了广泛地应用。中国新设计的炼焦煤选煤厂多采用直接浮选流程。一些老选煤厂如田庄选煤厂、邢台选煤厂的煤泥水处理系统工艺流程也由浓缩浮选流程改为直接浮选流程，实现了洗水闭路。该流程的优点：流程简化，作业环节减少，取消了大面积浓缩设备，减少了厂房面积，降低基建投资和生产成本；浮选入料均匀，消除“跑粗”现象；浮选浓度降低，适于细粒浮选，提高了煤泥水的选择性；直接浮选缩短了煤泥水在水中的浸泡时间，改善了煤粒表面疏水性,提高煤泥的可浮性,缩短了浮选时间；消除了细泥循环，降低了循环水浓度，由原来的100150gL降低到lgL左右，减少了清水用量，改善了选煤粒度下限,提高精煤产率；减轻了泥化现象。该流程的缺点：直接浮选虽然有上述优点，很受青睐，但仍有一些不足。入料浓度偏低，如不能保证合适的入浮浓度(80lOOg/L)，就要增加药剂消耗；需要设置适当容量的缓冲池，来稳定浮选操作；直接浮选因相对于浓缩浮选浓度偏低，故需要处理能力大的浮选机；浮选尾煤必须澄清，因此必须要加絮凝剂或凝聚剂。该流程的应用，关键在于综合掌握该流程的适应条件。该流程适于煤泥含量大，尤其是细泥含量大的选煤厂，浮选尾煤采用压滤机脱水。但这种工艺极不适应极细泥质的分离与浮选。3.2.2.3半直接浮选流程半直接浮选流程是介于上述两者之间的流程，溢流水一部分进入浓缩机，一部分直接进入浮选作业。该流程比较灵活，适用于煤质变化大的选煤厂，一般在选煤工艺流程中有主再选作业的选煤厂中考虑，一般主洗捞坑的溢流有较高浓度直接作为浮选入料，再洗捞坑溢流因煤泥含量少，浓度较低直接作为循环水使用。该流程目前主要用于浓缩浮选流程的老选煤厂改造，一方面减少了细泥的恶性集聚，另一方面可保证循环水正常循环，对主洗循环水不产生负面影响。3.2.2.4浓缩分级浮选流程随着浮选设备的更新和浮选技术的完善，在传统的浓缩浮选和直接浮选的基础上，针对一般浮选机对较粗煤泥分选效果明显，而浮选柱对较细煤泥分选效果明显的这种情况，提出了一种新的浮选工艺流程，即分级浮选流程。浓缩分级浮选流程是煤泥水经浓缩后，底流由分级旋流器组进行分级，旋流器底流进入浮选机进行分选；溢流进入微泡浮选柱进行分选；浮选机精煤进入过滤机脱水，浮选柱浮精进入压滤机脱水。如图8所示图8 分机浮选工艺流程该流程适用于中央型选煤厂当各矿煤质均不尽相同，有的粉煤含量较高，有的泥质性较强，有的不同粒级灰分差别较大，煤泥粒度组成较宽的情况。不同粒级的煤泥通过不同的分选设备得到充分有效的分选，提高精煤泥回收率。3.2.2浮选流程结构分析浮选流程是保证煤泥水浮选获得理想的技术经济指标的重要条件。流程结构的确定取决于原煤的性质，以及对产品的质量要求。3.2.2.1一段浮选流程图9 一段浮选流程结构该流程结构简单、操作方便、处理量大。适用于分选可浮性好或对精煤质量要求不太严格的煤泥。3.2.2.2两段开路浮选流程两段浮选流程结构如图10所示，该流程是把在浮选机后几室灰分较高的泡沫产品作为最终中煤。可得到较低灰分的精煤和可废弃的高灰分尾煤，而浮选精煤产率有所降低。当中煤基本上是煤和矸石的连生体时，采用这样的流程是合适的。但由于需要一套浮选中煤脱水回收等设备，使全厂的生产系统复杂化。图10 两段浮选流程结构3.2.2.3中煤返回再选的浮选流程结构中煤返回再选的浮选流程结构如图11所示图11 中煤返回再选的浮选流程结构该流程的目的是提高浮选精煤产率。返回量主要取决于中煤和入料的灰分，两者相近时才是合理的。当中煤和矸石基本上是单体解离时，采用此流程才有意义。此流程适于可浮性中等的煤泥，对煤质变化有较强的适应性。但由于中煤返回形成循环负荷，使操作复杂，并降低浮选机的处理能力。3.2.2.4一次精选的浮选流程粗选精煤全部精选的流程结构如图12所示图12 粗选精煤全部精选的浮选流程结构当粗选精煤达到最终精煤合格指标时，也可采用部分粗选精煤精选的浮选流程结构，即分支浮选流程结构，如图13所示图13 部分粗选精煤精选的浮选流程结构精选流程结构复杂，浮选机处理能力低，只有当分选可浮性差的煤泥或生产低灰分精煤时才采用。精选一般采用较低的煤浆浓度，粗选精煤经过一次精选，灰分可降低12.5。3.2.3浮选设备3.2.3.1机械搅拌式浮选机浮选的主要设备是机械搅拌式浮选机。机械搅拌式浮选机的浮选行为是在重力场中进行的, 在浮选机工作时，随着叶轮的旋转，槽内矿浆从四周经槽底由叶轮下端吸到叶轮叶片之间，同时，由鼓风机给入的低压空气经空心轴和叶轮的空气分配器，也进入其中。矿浆与空气在叶片之间充分混合后，从叶轮上半部周边向斜上推出，由定子稳流和定向后进入整个槽子中。气泡上升到泡沫稳定区，经过富集过程，泡沫从溢流堰自流溢出,进入泡沫槽.还有一部分矿浆向叶轮下部流去,再经叶轮搅拌,重新混合形成矿化气泡，剩余的矿浆流向下一槽，直到最终成为尾矿。机械搅拌式浮选机从第一室到最后一室，电机功率、搅拌强度、充气量均相同，满足不了物料的可浮性随分选过程愈来愈差的分选要求；而且浮选机槽体浅，精煤泡沫层薄(大约200300mm),泡沫夹带高灰细泥多，选择性差，分选效率低；矿浆在浮选槽中的停留时间长，而较长的浮选时间要求较大的浮选空间，从而限制了浮选机的处理能力。3.2.3.2浮选旋流器浮选旋流器是应用离心力场来强化浮选行为的，这种浮选旋流器由气泡发生器和旋流器主体组成。气泡发生器采用文丘里管和静态搅拌器的内部结构，能在入料的同时吸入气体并把气体粉碎成气泡。旋流器主体采用圆筒式, 内设有阻尼盘和反射盘。入料口位于旋流器中上部, 与旋流器相切；尾矿出口位于旋流器底部, 并切线出料。其浮选原理为：通过气泡发生器把矿浆和气体(泡)的混合体高速沿切线方向给入旋流器；在旋流器内矿浆体产生切向旋转。气泡与疏水煤粒作用，使气泡矿化,产生类似疏水煤粒密度降低的效果, 而亲水矸石颗粒则不会与气泡作用。这样, 等于加大了疏水煤粒和亲水矸石颗粒之间的密度差异。按旋流器的分选原理, 矿化气泡沿径向向旋流器中心运动并形成泡沫柱从溢流管排出, 而亲水的矸石颗粒则保留在矿浆中沿旋流器器壁向下运动，最终从底流口排出，从而完成整个分选过程。旋流器底部的反射盘约束泡沫柱沿垂直方向向上运动；旋流器上部的阻尼盘约束泡沫柱的上升速度, 从而在旋流器上部形成短时稳定的泡沫层。在浮选旋流器分选过程中，粒度较小的疏水煤粒在旋流器上部即可随矿化气泡向内运动进入泡沫区；直径较大的疏水煤粒则要运动到旋流器下部, 直至粘附到足够的气泡才会随矿化气泡向内运动；直径太大的疏水煤粒, 即使粘附到了一定的气泡, 但由于矿化气泡聚结体密度太大, 最终还会从底流口排出。因此, 浮选旋流器存在着一个有效浮选粒度上限。实践表明，浮选旋流器产生的气泡小, 浮选速度快，对煤泥特别是对细粒煤泥分选效果较好, 但是如果单独分选0.2mm(或0.3mm)粒级的煤泥, 其分选效果还将有显著改善。在实际应用中浮选旋流器有效解决了泡沫产品中非选择性夹带问题，同时具有良好的浮选性能，占地面积小、占有空间小(缩小厂房建筑体积)、制造简单、安装方便、容易操作、节省电力、降低浮选成本等普通机械搅拌式浮选机无法比拟的诸多优点。目前可应用于中小型选煤厂及浮选能力不足的选煤厂。随着设备的大型化, 该浮选设备亦可应用于大型选煤厂。3.2.3.3浮选柱作为煤泥浮选的新方法浮选柱浮选,是近年来的研究热点。浮选柱以其独特的设计, 正逐渐成为选煤厂煤泥浮选回收的主流设备。尤其是其对高灰细泥含量大的煤泥的良好适应性, 更是成为众多选煤厂煤泥浮选工艺改造的热点。浮选柱的逆流给矿中矿循环泡发生器喷淋水二次富集，这些优势是普通浮选机所无法比拟的。3.2.3.3.1传统浮选柱传统浮选柱为高 67m 的圆柱体，底部装有一组微孔材料制成的充气器，上部设有给矿分配器,给入的矿浆均分布在柱体的横断面上,缓缓下降,在颗粒下降过程中与气泡碰撞,实现矿化。浮选柱内浮选区的高度远大于其他浮选机，矿粒与气泡碰撞和粘着的概率大。浮选区内浆气流的湍流程度较低,粘附在气泡上的疏水性矿粒不易脱落。浮选柱的泡沫层可达数十厘米,二次富集作用特别显著,且可向泡沫层淋水加以强化,往往一次粗选便可获得高质量的最终精矿。这种浮选柱在我国应用已多年,选择性好,适用于细粒物料,但充气器易堵塞是其推广应用的主要障碍。3.2.3.3.2新型浮选柱近年来,国内外对浮选柱进行了深入广泛的研究，新型充气器和新型结构已用于工业生产，其中最引入注目的有静态浮选柱、微泡浮选柱和旋流微泡浮选柱。3.2.3.3.2.1静态浮选柱静态浮选柱是美国1986 年研制的,特点是在柱中充填波纹板，形成众多孔道。当空气通过众多孔道时被粉碎成气泡，上升的气泡被强制地与矿粒接触，增加了矿化概率。顶部给入的淋洗水顺着孔道向下流，不断带走脉石，尾矿从底部阀门排出。该机断面0.610.61m、高6m ,每小时可处理煤泥0.25t ,效果很好。3.2.3.3.2.2微泡浮选柱(Mircrocell)该浮选柱的特点是采用新型的微泡发生器。这种多孔管微泡发生器是在压力管道上设一微孔材质的喉管，喉管通过密封的套管同压缩空气相连，煤浆由上部柱高2/3处给入,泡沫层厚度0.60.8m，与柱高和直径无关。淋洗水加入泡沫中间(可由试验确定),水量按断面计算时约20cm3/ mincm2。用直径2.4m的微泡浮选柱处理高灰(60%)、细粒(小于150目)、低浓度(3%6%固体)、曾用大型浮选机处理得不到合格指标的煤泥水时，一次分选便得出灰分10%、可燃体回收率60%的好指标。3.2.3.3.2.3旋流微泡浮选柱逆流式旋流微泡浮选柱的工作原理如图14所示。浮选柱包括粗选段、精选段和扫选段。精选段的顶部设有泡沫喷洗装置和精矿收集槽。给矿管位于柱高的约2/3处,尾矿从柱体底部引出。气泡发生器是该设备实现浮选的关键部件。用循环泵将矿浆从粗选段底部抽出加压后, 喷入气泡发生器, 在完成中矿循环的同时，吸入空气和粉碎气泡，并通过压力释放析出大量微泡，然后沿切线进入旋流段。气泡发生器在产生合适气泡的同时，也为旋流段提供旋流力场。旋流段的工作是扫选回收浮选段未分选的精煤颗粒，以提高精煤回收率，增加浮选尾矿灰分。气泡在柱体内上升矿化并不断受到清洗，清除夹带的高灰物，上部较厚的泡沫层以及冲洗水的喷淋作用使精矿的品位大大提高，从而使旋流微泡浮选柱具有很高的精煤回收率和选择性。图14旋流微泡浮选柱原理图1-精选段(泡沫区) ；2-尾矿箱 ；3-粗选段(捕集区) ；4-扫选段 ；5-微泡发生器旋流微泡浮选柱的优点：(1) 结构设计新颖合理、构造简单, 柱体短(5.5m) , 占地面积小。 (2) 微泡浮选, 单位容积处理能力大。由于浮选柱集浮选和重选于一体, 在1 个柱体内能完成粗选、精选和扫选作用。所以, 高灰细泥对精煤的污染小, 精煤的灰分低, 回收率高, 完全适用于小于0.5mm 的煤泥浮选。尤其适合于灰分高、粒度特细( 0.045mm的煤泥颗粒，剩余的煤泥颗粒在二段浓缩通过絮凝沉降作用被浓缩回收。这种流程实现了煤泥的分级回收，减轻压滤生产负荷，延长了沉降时间，增加了沉降面积，因此可以有效解决由于煤泥量大而回收能力有限等原因引起的煤泥水难沉降问题。但对静置沉降数天乃至数月都不能澄清的难沉降煤泥水，仅仅从工艺上改造显然也不能解决问题，需要添加絮凝药剂。4.2絮凝药剂4.2.1以聚丙烯酰胺为例说一下絮凝剂的添加和使用聚丙烯酰胺为固体，在使用时先把它溶解到水里中，配比成一定比例的溶液，一般为1kg：lO00kg。配比的溶液根据煤泥水浓度、流量及对煤泥的絮凝情况来调节。通常我们有几种方法判断配比的絮凝剂溶液添加量，(注：絮凝剂加入二段浓缩池人料口处)。(1)看添加絮凝剂溶液后煤泥的絮凝情况若添加絮凝剂溶液后煤泥水翻起的水花为黑色，即为絮凝剂溶液添加量不够，那就增加絮凝剂溶液添加量；若添加絮凝剂溶液后煤泥水翻起的水花为白色，但煤泥水成稠状，即为絮凝剂溶液添加量过多那就减少絮凝剂溶液添加量；若添加絮凝剂溶液后煤泥水翻起的水花为白色，煤泥水不成稠状，即为絮凝剂溶液添加量合适。(2)通过二段浓缩池溢流水及二段浓缩池清水层厚度来调节絮凝剂溶液添加量。若二段浓缩池溢流水为清水，说明絮凝剂溶液添加量合适；若二段浓缩池溢流水为黑水(煤泥水)，说明絮凝剂溶液添加量不够。其中有两点值得注意： (1)二段浓缩池溢流水为清水,但清水层厚度太深，必须把絮凝剂溶液添加量减少，因为清水层厚度太深，意味着絮凝剂溶液添加量过多，这样不但浪费聚丙烯酰胺使用量，增加了成本，而且大量絮凝剂溶液进入到洗水内，会使浮选酸碱度发生变化，直接影响浮选分选效果，因为聚丙烯酰胺偏碱性。(2)必须保证浓缩池底流正常抽排。若浓缩池底流抽排量少,会导致大量煤泥积压于浓缩池内，最终溢流水成黑水(煤泥水)，即使添加再多的絮凝剂溶液也无济于事，不但成本增加，而且会造成恶性循环。4.2.2煤泥水加药自动化系统选煤厂采用人工配置药剂、人工加药，不但增加了工人劳动强度，而且对药剂的熟化程度很难把握，对煤泥水流量和浓度很难准确掌握，因此药剂添加不准确。絮凝剂加量过少，煤泥水澄清效果差，不能实现清水循环；絮凝剂添加过量，不仅造成了药剂浪费，而且容易出现反混现象，煤泥水也不容易澄清。因此如何准确控制絮凝剂的使用量成为决定煤泥水澄清效果的关键所在。近年来，关于煤泥水自动加药和定量控制的研究层出不穷，一些研究结果在选煤厂中实际使用，并取得了较好的效果。如图17所示的煤泥水加药自动化系统。图17系统控制原理框图该系统包括两项功能，一为药剂自动配置功能，系统根据指令自动配置特定浓度的絮凝剂溶液。二为药剂定量自动添加功能，系统首先自动检测浓缩机入料流量、浓度，然后PLC按一定方案计算所需要添加絮凝剂量，并根据溢流水浊度对加药量进行修正，最后通过计量泵定量添加絮凝剂。国内现有的大多数絮凝剂自动添加系统基本都是靠浓度计检测溢流水浓度来初步决定絮凝剂添加范围，然后根据溢流水浊度反馈来决定加药量的具体这种系统在实际应用中也存在一些问题，如滞后现象严重（因为煤泥水在浓缩池中有一个沉降过程，将溢流水作为检测对象显然存在严重的滞后问题）、浓度计质量不过关而影响控制效果。陈友良等提出了一种煤泥沉降效果检测系统，其核心组成为红外线光电开关，它利用被检测物体对红外线的遮光或反射，由同步选通而检测物体的有无。该系统主要检测指标为煤泥水混液面沉降速度，因此滞后性小，且可以较好的反映絮凝剂投加量等各种因素的综合效果。此外，相关设备能更好的适应煤泥水环境要求，提高了工作效率，满足了生产要求。5 煤泥脱水设备的选择在湿法选煤中，中、细粒煤中水分的高低是影响商品煤质量高低的重要因素。而对于炼焦用煤，精煤水分高，会增加热能消耗，延长焦化时间，降低焦炉产率，缩短炼焦炉使用寿命。在运输时,精煤会随着水分渗出而流失,既浪费宝贵的能源资源，又污染环境，尤其在冬季寒冷的地区，会发生冻车皮事故，严重影响车皮的周转率，给铁路运输造成不必要的经济损失，因此，降低当前选煤厂出厂商品煤的最终水分是煤炭行业急待解决的主要问题之一，是关系到节能、节运、保护环境和充分利用国家资源的重大问题。因此，煤的脱水是湿法选煤厂不可缺少的重要生产环节，选煤产品水分的大小是衡量选煤产品质量高低的一个重要指标。煤炭脱水设备选择适宜，既可节省设备投资，又可使生产过程便于管理。目前，煤泥脱水设备有圆盘真空过滤机、加压过滤机，沉降过滤式离心机、煤泥离心机、快开式压滤机、板框压滤机、带式压滤机、高频振动筛等。5.1脱水设备的选择当采用重介旋流器、螺旋分选机或煤泥重介旋流器组(入料粒度为20.15mm)分选工艺，而矸石易产生泥化现象时，粗煤泥脱水设备可选择煤泥离心机，细煤泥脱水设备选用加压过滤机配以快开式压滤机，从保证产品水分、节省投资、经济效益等方面考虑比较合理。各选煤厂矸石水分要求不高，设计上通常选用高频振动筛对粗粒矸石进行脱水。尾煤煤泥水处理设备一般选择板框压滤机和快开式压滤机。当煤泥采用浮选时，浮选精煤脱水一般选用圆盘真空过滤机、加压过滤机，精煤压滤机；而当煤泥浮选采用浮选柱时，浮选精煤脱水一般选用快开式压滤机。5.2几点思考5.2.1压滤机作为煤泥水的把关设备的弊端鉴于压滤机固液分离彻底，将其做为煤泥脱水的最终把关设备。但经长期生产实践表明，该设备的使用有很大的局限性。主要表现在：(1)滤饼水分高、黏结成团、问断卸料。若将其掺入中煤入仓，装车时易堵仓口，并给用户带来极大因难。若单独销售，因交通运输不便，滤饼长期堆放会造成资源浪费。(2)当煤泥中的微细黏土类矿物质含量多时，压滤机的单位处理量极低，无法及时回收全部煤泥。煤泥在水中浸泡时间长，产生泥化现象，致使大量细泥在洗水系统中积聚，洗水浓度剧增造成恶性循环。严重影响重力分选和浮选工艺效果。有时只能将煤泥水外排，从而污染环境、浪费资源。(3)由于煤泥中的粗颗粒控制不好，大于0.5mm颗粒进入压滤机，影响其正常工作。当采用中煤重介质旋流器工艺后，其中煤、矸石磁尾也进入煤泥水处理系统。(4)浓度为160gL的浓缩机溢流用做选前脱泥筛和选后脱介筛的喷水，脱泥和脱介效率极低，产物带泥量大，“跑介严重”。脱介筛筛下水进入磁选机，其入料浓度远远超过磁选机的要求范围，致使磁性物回收率低，介质消耗大。在此情况下，浓度约为200g/L的精煤磁尾，入浮选，即使添加大量的起泡剂，也形不成泡沫层，以致无法生产，使得浮选尾煤携带大量煤泥，直接到浓缩机，进一步加大浓缩机的负荷。5.2.2发展趋势加压过滤机以处理能力大、产品水分低(M 在18.020.0)、物料松散、便于与其他产品掺混，近年在各选煤厂广泛使用；快开式压滤机在技术方面发展迅速，市场占有率逐年提高。与普通压滤