第9章 煤泥水处理

228 第九章 煤泥水处理

随着采煤机械化程度的不断提高，我国选煤厂入选原煤中＜0.5mm级细粒煤的含量也逐年增多，给煤泥水处理及煤泥脱水回收增加了难度。而煤泥水处理及煤泥脱水回收是选煤厂生产的重要环节，是降低洗水浓度，实现洗水闭路循环的关键，它不仅关系到选煤厂的正常生产和发展，而且影响着选煤厂节水、回收煤炭资源，保护生态环境等经济效益和社会效益。

为此，我国广大选煤工作者不断研究，探讨煤泥水处理过程中的沉降、浓缩、澄清、过滤、压滤等固液分离的机理和实践，同时开发出一批新型、高效煤泥水处理及煤泥脱水回收设备，大大改善了选煤厂的生产条件，提高了选煤厂技术经济指标。

第一节 煤泥水的性质及其对选煤工艺的影响

在选煤工艺中，尤其在湿法选煤如重介、跳汰、槽选、浮选以及脱泥、水力分级中，都是以水作为工作介质。因而，选煤工艺是缺不了水的。

无论是作为分选介质的洗水，还是作为脱泥的喷水以及冲洗溜槽的运输水，除了补充部分随产品带走以及工作过程中自然蒸发而损失的水量外，绝大部分用水都要在经过处理后循环复用。这些在洗选流程中循环使用的工艺用水即称为循环水。

在湿法选煤中，原煤分级、脱泥、精选、脱水等作业分选成产品，其中很大一部分煤泥为产品所带走（主要为精煤所带走），但仍有不少的煤泥混在工艺用水中，这些流经选煤流程各作业，并混入煤泥的工艺用水称为煤泥水。煤泥水中的煤泥含量及其性质与很多因素有关。就内因而言，有煤和矸石的物理性质，如它们的硬度、泥化性质等，还有所含矿物杂质的性质等等；就外因而言，有井下开采和运输方法，选煤厂加工方法、流程，煤泥水水量，洗选效果等。因此，各选煤厂的煤泥水浓度、粒度组成、质量都有很大的差别。

为了有效地回收宝贵的矿物资源，消除工厂排放物对环境的污染，节约工业用水，必须对选煤厂的煤泥水进行处理。煤泥水处理的基本内容包括两部分：最大限度地从煤泥水中分离出固体物，以获得符合要求的分选介质循环——水， 229 这一步骤称为洗水澄清和煤泥水浓缩；第二部分就是煤泥处理。煤泥处理又分为粗煤泥回收和细粒煤泥处理。在整个煤泥水处理工序中，洗水澄清、浓缩、粗煤泥回收，细煤泥浮选以及浮选尾矿处理等作业的综合，即组成煤泥水流程。煤泥水处理是选煤生产中一项极其复杂而又十分重要的工作，也是衡量选煤厂管理水平的重要标志。

煤泥水中因含有煤泥颗粒，所以它的性质和纯水不同。煤泥水的特性突出表现在两个方面。其一是煤泥水的比重。煤泥水的比重是由水和其中固体物的含量及其比重决定的，也就是说，煤泥水中固体物的比重越大，含量越多，则所形成的煤泥水的比重越大（见表9–1）。当煤泥水作为分选介质时，这种比重的改变对于分选过程自然是会产生影响的。

表9–1 煤泥水比重与其中固体物含量和比重的关系

煤泥水浓度

固体物 (g/L)

比重(g/㎝3) 50 100 200 300 400 500 600

1.35 1.012 1.025 1.049 1.075 1.100 1.125 1.150

1.45 1.016 1.033 1.063 1.097 1.128 1.161 1.194

1.60 1.021 1.044 1.084 1.129 1.171 1.214 1.258

其二是煤泥水的粘度变化。含固体物煤泥水的粘度比纯水要高。单从煤泥水的固体含量来评定它的粘度是不够的，它的粘度变化还决定于煤泥的性质和煤泥的粒度组成。所以，虽然煤泥水的固体含量对它粘度有重要影响，但同样值得关注的是这些固体颗粒之间的复杂的相互关系。

一些资料表明，按粒度的大小可将煤泥分成两类：含有粒度大于35～45微米粗粒煤泥的煤泥水，这类煤泥水的进一步处理较容易；含有粒度小于35～45微米细粒煤泥的煤泥水，这种煤泥水的性质发生变化，从而使对它的进一步处理(澄清、浓缩、浮选和过滤等)十分困难。煤泥水中小于35微米的细粒含量增加时，煤泥水的粘度大幅度增高。可见，煤泥水中固体颗粒的粒度越小，细颗粒含量越多，煤泥水的性质将发生急剧变化。

煤泥水中固体物的影响表现在粘土质和泥质物对煤泥水的污染上，煤中的 230 这些物质在水中很易泥化，形成极小颗粒，如果颗粒表面带电荷，则形成稳定的胶态悬浮体。处于这种状态的煤泥水的粘度则大大增加了。

循环水的固体物含量高，给选煤工艺带来不良影响。

1、循环水浓度对洗选效果的影响

循环水浓度增加后，介质粘度增加，介质对沉淀物质的阻力也增加。在跳汰过程中，这就将使较细粒级煤泥的分选效率随之降低。双鸭山选煤厂的生产资料表明，当洗水浓度从35克/升增加到105克/升时，跳汰分选下限从60网目增大到40网目。某选煤厂循环水浓度从250～300克/升降到3克/升后，细粒精煤和矸石灰分变化如表9–2所示。可见，降低循环水浓度有利于降低洗选下限，改善细粒级的分选效果。一般认为，循环水的浓度以40～100克/升为宜。有人建议，含粘土质多的煤泥循环水浓度应以50克/升为宜；含粘土质少的煤泥循环水浓度以80克/升为宜，最多不能超过120克/升。应当记住，循环水浓度升高，对细粒级的分选是极为不利的。

表9–2 不同循环水浓度时细粒级的灰分

粒度/㎜ 精煤灰分/% 矸石灰分/%

循环水浓度/（g/l）

+,- 循环水浓度/（g/l）

+，-

250～300 3 250～300 3

3～0.5 6.8 5.1 -1.7 68.1 72.5 +4.4

–0.5 9.9 8.8 -1.1 29.4 46.4 +17.0

2、循环水浓度对分级、脱水工作的影响

由于介质粘度随循环水的浓度增加，所以循环水浓度增高必然使捞坑等分级效果恶化，介质粘度增加的结果是使沉淀物所受到的阻力增加，导致捞坑分级粒度变粗。双鸭山选煤厂当循环水浓度从35克/升增高到105克/升时，捞坑溢流浓度相应从62克/升增加到178克/升，致使溢流中大于40网目级的含量由0.5%增加到3%，出现了跑粗现象。同时，水介质粘度增大后，在捞坑中容易发生蓬拱现象，严重威胁安全生产，使分级效果进一步恶化，出现大量跑粗现象。

高浓度的循环水，尤其是受粘土泥质严重污染的循环水，还将严重地污染 231 精煤，特别是对细粒精煤污染更大，也增加了精煤脱水脱泥的困难，使精煤的水分、灰分都增高。双鸭山选煤厂细精煤用离心机脱水，当循环水浓度由50克/升上升到109克/升时，精煤水分由8.5%上升到10.5%，可见其影响之大。

3、循环水浓度增加给选煤工艺带来的严重后果

由于循环水增高能使跳汰分选下限变粗，精煤污染增加，澄清浓缩、分级设备发生跑粗现象，这将给选煤工艺带来严重后果。

（1）跳汰分选下限变大，也就是提高了浮选的粒度上限。这样，除了增加煤泥水系统的负荷之外，给浮选本身也带来许多困难，增加了费用。而且未经分选的粗煤泥混入精煤后，使精煤灰分增高。

（2）由于部分未能分选的粗煤泥和细粒泥质的污染，使得脱泥作业成为必不可少的工序。为了抵消由于煤泥污染而发生精煤灰分的增加，在跳汰操作中必然会降低分选比重，这样就增加了轻比重物在中煤、矸石中的损失，降低了精煤的回收率。

(3)由于循环水浓度大，造成澄清、分级、浓缩设备的分级不良，捞坑、角锥沉淀池的溢流进入大面积浓缩机后，只有粗的和较粗的煤粒沉淀较快，细粒很难沉，这就丧失了对煤泥水中细颗粒的处理机会，这部分细粒在系统中形成恶性循环。粗粒含量多的煤泥水在浓缩机中常发生压耙子、堵管道故障；在过滤机中不上煤饼；在浮选中将发生尾煤跑粗，增加尾煤损失。可见，跑粗对煤泥水系统工作的干扰是很严重的。

综上所述，煤泥水的性质与选煤厂技术经济指标关系密切，只有抓好煤泥水处理才能保证选煤厂获得较好的技术经济指标。

第二节 粗颗粒煤泥水的处理

对于采用湿法分选的选煤厂来说，经主选作业后就会产生大最的煤泥水，那么煤泥水的处理就从主选作业的下一道工序开始。

经主选作业产生的煤泥水，粒度组成极为复杂，但是粗颗粒含量最大，我们把这部分煤泥水称为粗颗粒煤泥水。它是煤泥水处理的第一步。粗颗粒煤泥水处理一般是进行分级，由于湿法选煤大都用水做介质，所以分级有时又叫水力分级。它是根据颗粒在水介质中的沉降速度不同，将宽级别粒群分成两个或多个粒 232 度相近的窄级别的过程。煤泥水的分级只分成粗、细两个不同的粒级。分级作业和筛分作业的性质相同，均是将粒度范围宽的粒群分成粒度范围窄的产物。但是筛分是比较严格地按几何尺寸分开，而分级则是按沉降速度差分开。

1．分级的实质

分级是在水介质中进行的，颗粒在水介质中的自由沉降速度可按斯托克斯公式求得：

从上式可以看出，υg取决于颗粒的粒度、颗粒的密度以及悬浮液的浓度。其中υg∝d2，即颗粒的粒度对υg的影响最大，而υg又决定分级，因此可以说对分级起主要作用的是颗粒的粒度，或者可以说粒度决定分级，有的书中习惯叫分级粒度。但υg又受颗粒的密度和悬浮液浓度的影响，实际上应尽量克服两者的干扰。选煤厂分级设备的分级粒度应与主选设备的分选下限相一致，这是因为分级的目的是把主选设备已完成分选的部分和未完成分选的部分区分开来，分别进行处理。分选设备的分选下限一般为0．3(O．2)～0．5mm。另外，在工艺上分级设备的分级粒度还与沉淀面积及设备的入料量有关。

2．分级原理

分散体系的煤泥水沉降可用在层流状态下的斯托克斯公式来描述，分级设备 233 中的沉降分离过程，一般可引用海伦模型。该模型假定：煤泥水的颗粒和流动速度在整个水池断面上是均匀分布的，并保持不变。悬浮液在分级设备中流动是理想的缓慢流动，颗粒只要一离开流动层，就认为已经成为沉物。该模型又称浅池原理。

在实际生产中，分级工作是一个连续的过程。物料由一端给入，溢流由另一端排出，沉物则由下部排出。若分级设备的长度为L，宽度为B，进入设备的煤泥水量为W。如果分级设备有足够的深度，煤泥水溢流从另一端排出时，其上部有一流动层，其厚度设为h，在流动层的下部的煤泥水可以认为是静止的。流动层中的颗粒同时受到两个力的作用，其一为重力，使颗粒具有一个下沉速度υ；其二是物料给入容器后受到的向前的推动力，因此，有一水平速度u。所以，颗粒在流动层中的运动轨迹是一条曲线。当入料量W一定时，曲线倾斜程度主要受颗粒大小的影响。按照海伦模型，颗粒从给料端运动到溢流端以前，不管在何处由于轨迹的偏移离开了流动层，那么该颗粒在流动层下部将继续下沉。最终作为沉物排出。反之，颗粒从给料端运动到溢流端，仍处于流动层中，则该颗粒将从溢流排出，成为溢流产品，见图9–1。

图9–1 分级原理示意图

按上面的分析有如下关系，煤泥水在设备中的水平流速u为：

234 颗粒从给料端运动到溢流端所需时间t1为：

式中S——分级设备面积(S=BL)。

任一粒度为d的颗粒，其下沉速度为υ，通过流动层所需时间t2为：

如果，某颗粒从给料端运动到溢流端所需时间t1大于其通过流动层的时间t2，即t1>t2，则该颗粒未到达溢流端时，已通过流动层，即成为沉物；反之，当tl

当t1=t2时，可得下式

W＝Sυ

该式反映了煤泥水流量、设备面积和分级粒度下沉速度之间的关系。对于固定的设备，在不同的处理量时，可求出不同的υ值，即有不同的分级粒度。当要求分级粒度一定时，所需要的分级面积S与煤泥水的流量成正比。当煤泥水的流量一定时，所需的分级面积S与分级粒度的下沉速度成反比，即与分级粒度成反比。要求的分级粒度越细，所需要的分级设备面积则越大。因此，可以通过控制分级设备的面积来控制分级粒度。