有机凝聚法在煤泥水系统中的应用

Posted 2023-01-12 水系

篇首语：不学习历史的人注定要重复错误。——丘吉尔本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了有机凝聚法在煤泥水系统中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

介绍了鹤煤集团福兴选煤厂浮选煤泥水系统的现有生产状况和存在问题，尝试用有机凝聚法解决煤泥水泥化沉降差的问题。根据工业试验效果，提出有机凝聚法在现有生产情况下存在的问题。
0.引言
鹤煤集团福兴选煤厂原设计入洗能力为90万t/a，2006年和2010年分别改扩建浮选系统、原煤准备和主洗系统之后，入选能力提升至150万t/a。采用>50mm动筛跳汰，0.75mm～50mm脱泥无压三产品重介质旋流器，0.75mm～0.15mm螺旋溜槽和<0.15mm直接浮选，尾煤压滤回收工艺。
主要洗选设备有3WTMC1200/850型和XJM-S16A-3型槽浮选机两台，GPJ-96A型加压过滤机一台等，煤泥厂内回收。
1.煤泥水处理系统存在的问题
福兴选煤厂煤泥水系统工艺流程如图1所示。
主洗车间<0.75mm煤泥水进入浮选车间，在浮选车间里先经过原煤分级旋流器组分级为0.75mm～0.15mm粗煤泥和<0.15mm细煤泥，粗煤泥去螺旋分选机分选出螺旋精煤和螺旋尾煤，螺旋精煤再通过精煤旋流器组分级，底流粗颗粒经弧形筛和离心机脱水之后成为粗精煤。原煤、精煤两组旋流器溢流自流到浮选矿浆预处理器，在矿浆预处理器内加入起泡剂和捕收剂，自流进入浮选机。<0.15mm煤泥在浮选机内分选出浮选精煤和浮选尾煤两种产品。

由于矿井工作面过断层，入洗原煤煤质发生较大变化，特别是<0.75mm的原煤灰分上升幅度较大(平均上升8%左右)，对煤泥水系统的正常生产造成了较大困扰，导致循环水浓度过高、介质消耗上升、浮选抽出率下降等一系列问题。
1)煤泥水处理系统设备陈旧、入料浓度不稳定和入料细颗粒含量较大。
2)所使用絮凝剂不适合当前煤质，需求量大，已达加药能力极限，为满足生产，不得不提高现场所使用的絮凝剂添加量。此时，除自动药剂制备系统极限运转外，还需额外增加一处人工配药点，间隔20min就要配制一次，配药频繁。
3)絮凝剂添加量大，易导致压耙事故。大量添加絮凝剂易使煤泥发黏，影响后续压滤脱水效果，降低压滤效率，入料周期延长，最终可导致压耙事故。
4)生产成本高。目前福兴选煤厂的两处絮凝剂制备点每月需2.3t，聚合氯化铝每月需3t，两者药剂成本在4万元/月以上。
2.有机凝聚剂品种确定
2.1相关基本概念
絮凝作用机理是凝聚和絮凝两种作用过程。凝聚过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程，是颗粒由小到大的量变过程。而絮凝过程是所形成的细小的凝聚体在絮凝剂的桥连下生成大体积的絮凝物的过程，絮凝作用是量变过程达到一定程度时的质变过程，絮凝作用是由若干个凝集作用组成的、是凝聚作用的结果。
凝聚剂指的是让不稳定的胶体微粒(或者凝结过程中形成的微粒)聚合在一起形成集合体的过程中所投加的药剂的统称。常用凝聚剂一般有两种，分为无机凝聚剂和有机絮凝剂，无机凝聚剂一般有固体硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁等，而有机絮凝剂则是一种有机高分子聚合物。
絮凝剂是用来将水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质。絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。
有机凝聚剂是近年出现的一种新药剂，由于煤泥水中高灰细泥胶体粒度通常只有几个微米，甚至更小，如果煤泥水中细粒级泥化物含量增加，直接造成细粒煤泥在煤泥水系统中循环聚集，难以沉降，严重影响整个系统的正常生产，洗水闭路循环、压滤时间长，煤泥回收率低。由于细泥胶体颗粒通常带负电，而有机凝聚剂一般是带有正电荷的有机高分子量的化合物，因此，它的分子链上的正电荷官能团可以与细泥胶体颗粒表面电荷中和，而结成较大的絮团，呈中性颗粒(或小絮团)，进一步在絮凝剂长分子链的架桥作用下，形成更大的絮团，从而达到加速沉降的效果。
2.2相关试验
煤泥水试样取自尾矿桶。试验絮凝剂选用徐州某公司的TLT系列凝聚剂和絮凝剂，取500mL煤泥水样，通过不同型号药剂的交叉沉降试验，比较各种型号药剂配比组合的添加量、沉降时间、上清液澄清度、压缩高度以及絮团大小，最终选取成本低、效果好的药剂组合。同时对配制相同浓度的现场使用的聚合氯化铝和絮凝剂，在相同试验条件下进行对比试验，试验报告如表1所示。

试验结果表明，凝聚剂TLT8840和絮凝剂TLT8623在添加量分别为0.05mL和0.2mL时综合效益最佳。此时煤泥沉速适中，絮团压缩密实、上清液澄清、生产成本最低。只添加絮凝剂时沉降效果欠佳。在都添加0.05mLTLT8840的前提下，达到相同的澄清度时，现场使用的絮凝剂用量需为TLT8623用量的12.5倍。在都添加10mL聚合氯化铝的前提下，达到相同澄清度时，现场使用的絮凝剂用量需为TLT8623用量的6.25倍。达到相同澄清度时，聚合氯化铝和现场絮凝剂组合的用量为TLT8840和TLT8623组合用量的50倍。
福兴选煤厂循环水流量约为700m3/h，按每天生产16h，每月生产30d计算，选取TLT8840和TLT8623添加量分别为0.05mL和0.2mL的最佳组合，则TLT8840每小时需0.7kg，每月需336kg；TLT8623每小时需0.3kg，每月需144kg，合计凝聚剂和絮凝剂每月共需约0.5t。徐州某公司的TLT系列凝聚剂和絮凝剂单价均为33000元/t，故每月药剂成本仅为16500元。
选取聚合氯化铝和现场絮凝剂添加量分别为10mL和2.5mL的最佳组合，按上述计算方式，仅絮凝剂一项每月就需1.7t，单价为15000元/t，故仅絮凝剂每月就要消耗约26000元。
现场实际使用的絮凝剂用量每天约为3袋，每月需2.3t，单价为15000元/t，每月就需消耗约35000元，大于理论值，说明采取人工配制絮凝剂会造成药剂搅拌不充分和药剂浪费。而聚合氯化铝实际用量为每天8袋，每月需6t，市场价约为1500元/t，每月需消耗9000元，故现场的聚合氯化铝和絮凝剂每月成本达44000元。可见，有机凝聚法带来可观的经济效益，节约了成本。
3.有机凝聚剂工业试验
进行了为期一周的工业试验，有机凝聚剂使用前后试验对比结果如表2所示。

1)絮凝剂消耗量对比。每吨原煤老药剂消耗0.0233kg，新药剂消耗0.0074kg，两者相差3倍。由于入洗量有区别，成本方面新药剂能比老药剂大约减少低20%～35%，老药剂耗量未算聚合氯化铝。
2)小时入洗量对比。去掉影响时间后，老药剂小时入洗量为260t左右，新药剂为280t左右，提高入洗量20t/h。
3)重介精煤产率对比。工业试验前重介精煤产率为41.73%，之后为42.02%，提高0.29%，浮选精煤产率之前为15.16%，之后为13.18%，下降了1.98%，如果考虑直走耙子的6h多，生产率下降了1.09%，试验后尾矿灰分有所降低，按照原煤中<0.75mm含量为23%计算，入洗量达到280t时，两台浮选机的入料量达到50t左右，超过了两台浮选机处理量40t的范围，势必会造成浮选机跑煤。
4)使用前和使用后主洗车间泡沫量基本上没有太大变化，但介质吨煤单耗上升了80%，上升原因是入洗量大直接影响，还是此药剂对介质回收有直接影响，或是该药剂与起泡剂之间有抑制作用，抑或水中起泡剂积累时间的影响，目前还不能确定。
4.工业试验中出现的问题
1)重介系统介质消耗明显增加，通过介质品质数据对比，并没有太大变化，现场不同的就是浮选泡沫较多，特别是<2mm的微小泡沫估计对脱介效果有较大影响。
2)工业试验与之前后现场小试验差别较大，工业试验现场药剂使用量大约为小试验理论数据的两倍左右，而且工业试验浓缩机溢流水的澄清度基本在20以下，与小试验差距较大，主要原因可能是有机凝聚剂的加药点(加药点在尾矿泵之前的尾矿桶内)问题，或者其他药剂本身与福兴煤质不匹配，具体原因有待进一步考证。
3)关于现场有起泡剂与新凝聚剂是否有相互作用从而影响泡沫的消泡时间，需要持续观察。
5.结语
试验中新药剂不管是从循环水水质的控制，还是工人调整的方便性上考虑是有利的。但由于洗水泡沫有所增加，介质消耗上升幅度较大，此新型药剂在福兴选煤煤质情况下的优势地位有待继续试验，如果要使浮选系统更加高效、稳定运行，未来还要从设备维护管理、起泡剂和捕收剂品种、水净化药剂种类和工艺调整方面综合考虑。