煤泥浮選及洗水凈化工藝的研究

孫莊礦采煤廠是一家處理能力為90萬噸的采礦廠。原設計采用不分級開采、主循環選擇、漂浮選擇和尾礦壓濾的聯合工藝。1999年為提高水洗精煤質量將跳汰再選改造為重介再選。浮選為傳統的濃縮浮選工藝,其主要分選設備為處理量較小的XJM-4型浮選機,主要脫水設備為PG-116型圓盤真空過濾機。近幾年,由于機械化采煤程度的不斷提高,煤泥含量增高、粒度變細,使浮選及煤泥水處理系統不堪重負,浮選精煤質量難以保證,生產中經常靠降低重選產率與精煤灰分來背高灰浮選精煤,以達到最終銷售精煤的質量要求,嚴重影響了全廠的經濟效益。2000年研究決定對原浮選系統進行技術改造。1原浮選擇和黑泥水系統建設原浮選及煤泥水系統的工藝流程見圖1,該系統主要存在以下問題。1型浮選機的干煤泥處理能力目前,孫莊礦選煤廠煤泥總量為50～60t/h,現有的4臺XJM-4型浮選機的干煤泥處理能力為40～45t/h。一般情況下約有25%的煤泥不能及時處理,經常靠延長浮選和壓濾開機時間來緩解浮選及煤泥水系統的失衡狀態,不但影響了選煤廠的正常生產,而且限制了水洗生產能力。2所致洗水濃度煤泥量增大、粒度變細后使濃縮浮選的細泥積聚現象加重,致使洗水濃度高達120～140g/L,有時甚至高達200g/L。高濃度的洗水不僅大大降低了重選作業的分選精度及精煤質量,而且降低了煤泥的可浮性,惡化浮選效果。3產率+產率+產率在過去相當長時間內,選煤廠以肥煤煤種的優勢贏得市場,所生產的精煤灰分一直較高(11%～12%),在這種灰分要求下,原有浮選機的產率可以達到70%～80%以上,原設計采用的浮選機與這種產品質量的要求是相適應的。近幾年,煤炭市場對精煤灰分的要求已降到9.5%～10.0%,有的用戶甚至降到9%以下,為此浮選精煤產率大幅降低(有時甚至不能生產出合格精煤),成本大幅增加,嚴重影響了選煤廠的經濟效益。4磁選尾礦浮選能力不足選煤廠在進行重介改造時,將粗煤泥加入重介系統,一方面為使粗煤泥得到有效分選,另一方面有利于提高重介懸浮液的穩定性,但同時也提高了磁選尾礦的煤泥含量。然而由于原浮選系統能力不足,使占原煤總量約3%、灰分約20%的磁選尾礦未經浮選直接進入尾煤濃縮機,損失到尾煤中,降低了中煤產率。針對以上問題,改造的主要目的是提高浮選系統處理能力,實現煤泥全部入浮和清水洗煤,降低浮選精煤灰分和提高精煤回收率。2分析煤礦污泥性質及新工藝方案的確定2.1浮入選料粒度細分析煤泥的性質是決定浮選及煤泥水處理工藝的基本條件,尤其是煤泥的粒度組成,對浮選和煤泥水系統的影響最大。為此,我們采得具有代表性的煤泥樣進行粒度分析(見表1)。從表1可看出,粒度細是浮選入料的主要特點,-0.25mm粒級的占92.85%;-0.075mm粒級含量達60%,灰分超過30%,說明該礦矸石易泥化。由此可知:浮選的效率主要取決于占整個物料60%的細泥分選狀況。2.2新工藝方案的確定1浮選工藝研究濃縮浮選是指重選的絕大部分煤泥水進入原煤濃縮機,濃縮機溢流作循環水使用,底流去浮選。該工藝主要適用于煤泥含量低、矸石不易泥化的場合,其最大的優點是能夠保證入浮濃度,最大的缺點是細泥積聚嚴重。孫莊礦選煤廠洗水濃度高正是高灰細泥循環積聚的結果。為了能較為徹底地解決洗水濃度高的問題,孫莊礦選煤廠在改造時采用了直接浮選工藝,以避免煤泥在系統中長期浸泡影響可浮性。分選后,高灰細泥以尾煤的形式及時排出,并得到凈化處理,從而消除微細顆粒在循環水中的積聚。2浮選床、浮選柱的特點煤泥浮選的有效分選設備主要是以機械攪拌式浮選機為代表的槽式浮選設備和以旋流微泡浮選柱(床)為代表的柱式浮選設備兩大類。與浮選機相比,旋流微泡浮選柱是由離心力和浮力共同作用的高效分選方法,不僅提供了高效礦化方式,而且使得浮選粒度下限大大降低,浮選速度大大提高。浮選柱在分選細粒級煤時具有選擇性好、精煤回收率高、灰分低、能耗小、運行穩定等突出優點,已逐步被選礦界廣泛接受。浮選床是基于浮選柱的大型化而提出來的,它采用了以雙旋流結構為主體的新型旋流分離單元。一個旋流分離單元是由一個大直徑的分離旋流器與環繞其周邊的若干個小直徑的分選旋流器組成。分選旋流器的溢流以入料的形式進入旋流分離器,底部排出最終尾礦;分離旋流器位于柱分離單元的中心,并把柱分離中礦與分選旋流器溢流進一步離心分離成兩部分;溢流供柱分離進一步精選(掃選精礦),底流以循環礦漿形式供管浮選裝置進一步分選。它不但處理量大,而且是細粒級物料的最佳分選設備。為了適應浮選入料中高灰細泥含量高、分選難度大的特點,改造時決定采用FCSMC6000×6000的旋流靜態微泡大型浮選床作為分選設備。3濾液返回浮選機孫莊礦選煤廠浮選精煤及濾液的處理均采用PG-116型圓盤真空過濾機(濾液返回浮選機),該設備存在兩個主要問題:一是浮選精煤水分高,二是濾液中的大量細粒級精煤“拿”不出而在浮選系統中小循環。為了解決這些問題,孫莊礦選煤廠增設兩臺精煤壓濾機單獨處理過濾機濾液。4分段濃縮、片段回收的工藝流程原系統的浮選尾煤采用一段濃縮一段回收流程。自從磁選尾礦進入浮選系統后,浮選尾煤中出現30%左右的較粗顆粒(0.125mm),且灰分較低(約18%)。這不但造成尾煤壓濾困難,而且浪費資源。為了回收這部分入料,改造中決定采用兩段濃縮、兩段回收流程。即尾煤經一段濃縮機濃縮后,底流由高頻篩回收作為中煤產品,溢流去二段濃縮機再次濃縮。二段濃縮機的底流進入尾煤壓濾機脫水后作為最終煤泥,溢流作循環水使用。這樣,不但可從煤泥中得到部分中煤產品,而且減輕了尾煤壓濾系統的負荷。綜上所述,新浮選工藝流程(圖2)主要有以下改進:改濃縮浮選為直接浮選;采用最新設計的FCSMC-6000×6000旋流靜態微泡浮選床代替原有的浮選機;設2臺精煤壓濾機專門處理過濾機濾液;尾煤處理采用兩段濃縮、兩段回收流程,即一段用高頻篩回收粗粒級中煤,二段用壓濾機回收細粒級高灰尾煤;磁選尾礦全部進入浮選系統。3浮選床的精煤入料效果為了說明改造效果,現以2002年12月浮選床的生產結果與改造前浮選機的生產結果進行對比(表2、表3、表4、表5)。從表3知:浮選入料中高灰細泥含量高,-0.075mm級含量:浮選床為70.54%,灰分27.91%;浮選機為60.33%,灰分31.25%。在入料灰分基本相當(22.5%左右),而浮選床入料的高灰細泥比浮選機高10.21%的條件下,浮選床的精煤灰分比浮選機的低0.62%。說明浮選床分選高灰細泥含量高的物料效果比浮選機好。從表4知,浮選工藝改造后,入浮礦漿濃度和洗水濃度都降低了,實現了清水洗煤。這樣不僅改善了重選分選效果,并且增加了3.5%的煤泥中煤產品,平均年增效益200余萬元。從表5知,新浮選系統投入生產后,三種藥劑耗量都有所增加,對煤泥與起泡劑來說,入浮濃度降低后,其耗量相對增加是理所當然的,而絮凝劑耗量增加主要是尾煤中起泡劑含量增加所致。兩年的生產實踐證明,浮選及煤泥水系統的改造是比較成功的,主要技術經濟指標基本達到預想的結果(表4),孫莊礦選煤廠實現了煤泥全部入浮及廠內回收、清水洗煤;解決了因磁選尾礦粒度粗、尾煤壓濾機難成餅的問題,調整了中煤產品結構。4高頻篩+尾煤壓濾機聯合處理煤泥水的工藝流程更合理、完善(1)與浮選機相比,浮選床處理量大、對微細顆粒分選效果好、分選下限低;精煤壓濾機處理濾液,使浮選精煤脫水更徹底;高頻篩和尾煤壓