絮凝剂在煤泥水处理中的应用
随着选煤厂洗水闭路循环和环境保护要求的日益提高，煤泥水处理在选煤厂中变得越来越重要。近年来细粒煤分选设备得到很大发展，分选下限也越来越低，导致煤泥水的粒度组成发生了相应的变化，煤泥水中的-0.3 mm级含量占主要地位，由于大量极细颗粒的存在，使得煤泥水处理起来越来越困难。尽管国内同行在工艺流程和设备上不断改进，这一难题仍困扰着选煤界。汾西矿业集团公司洗煤厂根据煤泥水的性质和絮凝剂的作用机理，在絮凝剂的使用上大胆尝试，取得了良好的使用效果和经济效果。
1 汾西矿业集团公司洗煤厂概况
汾西矿业集团公司洗煤厂采用跳汰—浮选联合工艺流程，20世纪70年代建成并投产，设计能力为300万t/a，1997年改扩建为400万t/a的大型现代化选煤厂。改扩建后，煤泥水系统难以满足生产要求，主要入洗5个矿别的原煤。随着综采放顶煤工艺的推广应用及煤层结构的变化，原煤煤质较差，煤炭粉碎严重，煤泥含量特别是细泥含量增加，这就相应地增加了煤泥水处理系统的负担，威胁着洗水闭路循环和正常的洗煤生产。由于入洗原料煤中-0.5 mm含量逐步增加，由原来的14%左右增加到20%左右，入洗矿别增加，煤质变化大，造成煤泥水系统负荷加大。为此，汾西矿业集团公司洗煤厂于2002—2003年分别增设了粗煤泥回收系统和过滤机自动化装置来改善生产工艺，但效果较差，浮精煤产率低，洗水浓度不稳定，影响生产正常进行，不能从根本上解决细泥积聚问题。为改善浮选入料，净化洗水，提高过滤机工作效率，汾西矿业集团公司洗煤厂通过合理使用絮凝剂成功地解决了这一系列问题。
2 絮凝剂的作用机理
煤泥水由煤和水组成，其性质既与煤的性质有关，又与水的性质相关，并受它们之间相互关系的影响，主要由煤泥浓度、黏度、灰分、化学性质及煤泥的粒度组成。其中煤泥的粒度组成很大程度上决定了煤泥水沉降过程的难易程度，且随着粒度变细及细粒含量的增多，使颗粒的布朗运动加剧，煤泥水黏度增大，并使煤泥水具有某些胶体的性质，从而导致煤泥水长时间不能沉降，其均匀、稳定地悬浮在水体中，沉降效果差。在连续生产过程中，稳定悬浮并大量集聚，使原煤浓缩机和尾煤浓缩机溢流浓度不断增高，进入洗水系统，造成恶性循环和连锁反应，进而严重影响跳汰机和浮选机分选效果，而且还影响商品煤质量，更严重的是煤泥水外排导致环境污染。通过添加絮凝剂发生复杂的热物理、化学过程，产生凝聚和架桥作用，降低或消除颗粒间的排斥力，中和颗粒表面电荷，使颗粒结合在一起，体积不断增大。当颗粒聚集到一定体积程度时，便从水中分离出来，形成絮团，使沉降速度大大提高。
汾西矿业集团公司洗煤厂根据煤泥水的特性和絮凝剂的机理作用，在煤泥水中加入具有较长线形分子结构的高分子化合物（絮凝剂），这些高分子化合物在水中发生电离作用，并通过静电键合、氢键合、共价键合等作用与煤泥水的固体颗粒发生吸附作用。由于这些线形化合物分子结构通常很长，因此通常可以同时黏附几个颗粒，从而引起颗粒的聚集。我厂先后将絮凝剂应用于浮选精矿中起助滤作用，用于尾煤压滤机、尾煤浓缩机和原煤浓缩机，起沉降分级、净化洗水作用，都取得了明显效果，改善了工艺的不足，提高了设备工作效率，节能降耗，提高精煤产率和稳定产品质量，实现煤泥水闭路循环。
3 合理使用絮凝剂以降低洗水浓度
一般洗煤厂的洗水主要由原煤浓缩机溢流、尾煤浓缩机溢流和压滤机滤液等组成，其中原煤浓缩机溢流占70%，尾煤浓缩机占25%。2002年10月份前我厂原煤浓缩机溢流在15 g/L～130 g/L之间，生产任务大、生产时间较长时，更为突出，直接影响产品质量和产率，影响粗煤泥系统的正常运行。为此我厂2002年投资近百万元增加了一套截粗环节，解决浮选入料问题，但未能从根本上解决，洗水浓度居高不下。我们通过分析，着手解决洗水的主要组成部分，通过多次试验，2001年5月首先将絮凝剂配制成0.2%～0.5%加入尾煤浓缩机，使溢流水大为改善。如果生产稳定的情况下，洗水浓度一般稳定在30 g/L以下，不仅提高了洗水质量，还改善了浮选稀释效果，但不能解决原煤浓缩机溢流的细泥在洗水中的聚集循环问题。
2003年10月我们将絮凝剂配制成0.1%～0.5%加入原煤浓缩机试验，主要观察浮选效果和溢流水浓度，通过两个月的试验，溢流水稳定在20 g/L以下，不仅循环水浓度得到解决，添加絮凝剂还改善了浮选效果，提高了细泥选择性，入料煤浆浓度稳定，且产品质量合格稳定，抽出率较以往使用前提高了5%。我厂采用老式的周边传动浓缩机通过添加絮凝剂改善了沉降方式，由粗到细扩散沉降形成粗细集中沉降，减少了细泥向周边扩散，加快了沉降速度，减少煤泥在水中的氧化程度，新鲜煤浆直接入浮。
通过原煤和尾煤浓缩机的同时使用，2004年全年洗水浓度完成13g/L，实现了清水洗煤，洗水组成明显变化，即尾煤浓缩机溢流占70%，原煤浓缩机占25%。将压滤机溢流之间进入洗水改为进入尾煤浓缩机二次净化以来，洗水浓度班、日、月均在10 g/L以下，实现了清水洗煤，洗水全部复用，改变了以往根据洗水指导生产，定期换水的生产方式，实现了煤泥水闭路循环。关键是实现了清水洗煤，提高了跳汰机分选效率，减少了产品污染，保证了产品质量，提高精煤产率。
4 通过底流大排放来提高浮选机通过量
由于添加絮凝剂改变了原煤浓缩机沉降方式，由原来的扩散型变为集中混合型，沉降速度加快，减少积聚时间，只有连续稳定地排放才能起到一定的作用。根据浮选机最佳入料浓度（120 g/L）制定排放制度，实现浮选机最大通过量，由试验前的100 m3/h左右提高到250 m3/h左右，加快浮选速度，实现底流大排放，保证浓缩机清水层1.5 m～2 m，减少了细泥积聚，排放出循环水系统，由压滤机把关处理。存在问题是长时间停车导致刚开车时浮精灰偏高，可通过采取浮选系统迟停早开的办法加以解决。通过改善浮选机入料条件，不仅提高了浮选机工作效率，而且使产品各项指标较使用絮凝剂前发生显著变化，浮选精煤灰分合格率、稳定率有较大改善，浮选精煤产率提高至少2%，尾矿灰分提高10%。
5 提高设备工作效率
我厂浮选精煤采用PG116型圆盘真空过滤机脱水，浮选水分为28%～32%之间，大大影响了出厂精煤水分。为了改善过滤效果，降低精煤水分，提高真空过滤机处理能力，通过采取分析影响过滤速度因素得知，只要增加滤饼空隙率，减少滤饼比表面积和压缩性指数，就可降低滤饼的比阻。基于这一原理，当比阻较小时（浮精粒度较粗）过滤效果较好；浮精粒度较细，黏度较大时，过滤滤饼薄，效果差。通过使用絮凝剂，改变了悬浮液的颗粒结构，便于形成疏松多孔的聚合体，起到降低滤饼比阻的作用，以获得孔隙较多、结构强的滤饼。通过添加0.01%～0.02%浓度的絮凝剂作为助滤剂，工艺效果明显改善，滤饼水分降低2个百分点，使过滤自动化发挥作用，处理量大幅度增加，滤饼脱落率提高，降低了工人的劳动强度。由以前开6台过滤机减少为5台，操作工人由6人减少到3人，工作效率大大提高。
我厂2004年进行尾煤浓缩机工艺改造，采用JZN—22高效浓缩机和XMGZ300/1600—X/U压滤机完善煤泥水工艺。由于煤泥粒度组成特性，压滤机一个循环需60 min，通过我们添加絮凝剂后，工作循环减少为40 min，且产品水分降低2%，滤饼成型速度快，产品水分较低，脱落率高，减轻了工人劳动强度，提高了设备工作效率。
6 加强工艺环节的管理
煤泥水是选煤厂工艺较复杂的环节，为确保煤泥水工艺系统正常运行，我们加强了工艺环节的管理，通过控制主要工艺参数，来调节絮凝剂的添加量。采用探杆对浓缩机分层和分级情况进行检测、跟踪，利用浓度计、流量计跟踪和控制浓缩机底流的排放量，并对浓缩机入料、排料和溢流进行浓度检测，以这些参数作为依据，确定絮凝剂的添加量和浓度配比，使絮凝剂的添加达到了高效性和经济性兼顾的目的。
7 取得的效果
通过合理使用絮凝剂和加强煤泥水环节管理，有效地完成了选煤厂浮选系统的主要任务，提高了精煤产率，降低了洗水浓度，各种消耗除絮凝剂外明显下降。电耗仅为计划的46%，油耗为0.9kg/t干煤泥，大型设备真空泵、高压泵、煤泥泵等运行周期延长6～12个月。煤泥水系统实现闭路循环，杜绝了煤泥水外排，洗水浓度控制在10g/L左右，基本实现清水洗煤。产品质量得到提高：精煤灰分指标降低2%；浮精煤水分降低2%；尾煤灰分提高10%；综合精煤产率提高1.5%；设备负荷减少866.9 kW/h；洗煤机处理量由250 t/h提高到325 t/h。
8 结语
在细粒级物料脱水、沉降、分级过程中，合理地添加絮凝剂可以降低洗水浓度，同时可以达到提高设备工作效率和产品质量的目的。在使用过程中应注意选择适用的絮凝剂并选择合适的加药点，以便获得良好的经济和社会效益。
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