煤泥浮选及洗水净化工艺的研究

煤泥浮选及洗水净化工艺的研究

孙庄矿采煤厂是一家处理能力为90万吨的采矿厂。原设计采用不分级开采、主循环选择、漂浮选择和尾矿压滤的联合工艺。1999年为提高水洗精煤质量将跳汰再选改造为重介再选。浮选为传统的浓缩浮选工艺,其主要分选设备为处理量较小的XJM-4型浮选机,主要脱水设备为PG-116型圆盘真空过滤机。近几年,由于机械化采煤程度的不断提高,煤泥含量增高、粒度变细,使浮选及煤泥水处理系统不堪重负,浮选精煤质量难以保证,生产中经常靠降低重选产率与精煤灰分来背高灰浮选精煤,以达到最终销售精煤的质量要求,严重影响了全厂的经济效益。2000年研究决定对原浮选系统进行技术改造。1原浮选择和黑泥水系统建设原浮选及煤泥水系统的工艺流程见图1,该系统主要存在以下问题。1型浮选机的干煤泥处理能力目前,孙庄矿选煤厂煤泥总量为50～60t/h,现有的4台XJM-4型浮选机的干煤泥处理能力为40～45t/h。一般情况下约有25%的煤泥不能及时处理,经常靠延长浮选和压滤开机时间来缓解浮选及煤泥水系统的失衡状态,不但影响了选煤厂的正常生产,而且限制了水洗生产能力。2所致洗水浓度煤泥量增大、粒度变细后使浓缩浮选的细泥积聚现象加重,致使洗水浓度高达120～140g/L,有时甚至高达200g/L。高浓度的洗水不仅大大降低了重选作业的分选精度及精煤质量,而且降低了煤泥的可浮性,恶化浮选效果。3产率+产率+产率在过去相当长时间内,选煤厂以肥煤煤种的优势赢得市场,所生产的精煤灰分一直较高(11%～12%),在这种灰分要求下,原有浮选机的产率可以达到70%～80%以上,原设计采用的浮选机与这种产品质量的要求是相适应的。近几年,煤炭市场对精煤灰分的要求已降到9.5%～10.0%,有的用户甚至降到9%以下,为此浮选精煤产率大幅降低(有时甚至不能生产出合格精煤),成本大幅增加,严重影响了选煤厂的经济效益。4磁选尾矿浮选能力不足选煤厂在进行重介改造时,将粗煤泥加入重介系统,一方面为使粗煤泥得到有效分选,另一方面有利于提高重介悬浮液的稳定性,但同时也提高了磁选尾矿的煤泥含量。然而由于原浮选系统能力不足,使占原煤总量约3%、灰分约20%的磁选尾矿未经浮选直接进入尾煤浓缩机,损失到尾煤中,降低了中煤产率。针对以上问题,改造的主要目的是提高浮选系统处理能力,实现煤泥全部入浮和清水洗煤,降低浮选精煤灰分和提高精煤回收率。2分析煤矿污泥性质及新工艺方案的确定2.1浮入选料粒度细分析煤泥的性质是决定浮选及煤泥水处理工艺的基本条件,尤其是煤泥的粒度组成,对浮选和煤泥水系统的影响最大。为此,我们采得具有代表性的煤泥样进行粒度分析(见表1)。从表1可看出,粒度细是浮选入料的主要特点,-0.25mm粒级的占92.85%;-0.075mm粒级含量达60%,灰分超过30%,说明该矿矸石易泥化。由此可知:浮选的效率主要取决于占整个物料60%的细泥分选状况。2.2新工艺方案的确定1浮选工艺研究浓缩浮选是指重选的绝大部分煤泥水进入原煤浓缩机,浓缩机溢流作循环水使用,底流去浮选。该工艺主要适用于煤泥含量低、矸石不易泥化的场合,其最大的优点是能够保证入浮浓度,最大的缺点是细泥积聚严重。孙庄矿选煤厂洗水浓度高正是高灰细泥循环积聚的结果。为了能较为彻底地解决洗水浓度高的问题,孙庄矿选煤厂在改造时采用了直接浮选工艺,以避免煤泥在系统中长期浸泡影响可浮性。分选后,高灰细泥以尾煤的形式及时排出,并得到净化处理,从而消除微细颗粒在循环水中的积聚。2浮选床、浮选柱的特点煤泥浮选的有效分选设备主要是以机械搅拌式浮选机为代表的槽式浮选设备和以旋流微泡浮选柱(床)为代表的柱式浮选设备两大类。与浮选机相比,旋流微泡浮选柱是由离心力和浮力共同作用的高效分选方法,不仅提供了高效矿化方式,而且使得浮选粒度下限大大降低,浮选速度大大提高。浮选柱在分选细粒级煤时具有选择性好、精煤回收率高、灰分低、能耗小、运行稳定等突出优点,已逐步被选矿界广泛接受。浮选床是基于浮选柱的大型化而提出来的,它采用了以双旋流结构为主体的新型旋流分离单元。一个旋流分离单元是由一个大直径的分离旋流器与环绕其周边的若干个小直径的分选旋流器组成。分选旋流器的溢流以入料的形式进入旋流分离器,底部排出最终尾矿;分离旋流器位于柱分离单元的中心,并把柱分离中矿与分选旋流器溢流进一步离心分离成两部分;溢流供柱分离进一步精选(扫选精矿),底流以循环矿浆形式供管浮选装置进一步分选。它不但处理量大,而且是细粒级物料的最佳分选设备。为了适应浮选入料中高灰细泥含量高、分选难度大的特点,改造时决定采用FCSMC6000×6000的旋流静态微泡大型浮选床作为分选设备。3滤液返回浮选机孙庄矿选煤厂浮选精煤及滤液的处理均采用PG-116型圆盘真空过滤机(滤液返回浮选机),该设备存在两个主要问题:一是浮选精煤水分高,二是滤液中的大量细粒级精煤“拿”不出而在浮选系统中小循环。为了解决这些问题,孙庄矿选煤厂增设两台精煤压滤机单独处理过滤机滤液。4分段浓缩、片段回收的工艺流程原系统的浮选尾煤采用一段浓缩一段回收流程。自从磁选尾矿进入浮选系统后,浮选尾煤中出现30%左右的较粗颗粒(0.125mm),且灰分较低(约18%)。这不但造成尾煤压滤困难,而且浪费资源。为了回收这部分入料,改造中决定采用两段浓缩、两段回收流程。即尾煤经一段浓缩机浓缩后,底流由高频筛回收作为中煤产品,溢流去二段浓缩机再次浓缩。二段浓缩机的底流进入尾煤压滤机脱水后作为最终煤泥,溢流作循环水使用。这样,不但可从煤泥中得到部分中煤产品,而且减轻了尾煤压滤系统的负荷。综上所述,新浮选工艺流程(图2)主要有以下改进:改浓缩浮选为直接浮选;采用最新设计的FCSMC-6000×6000旋流静态微泡浮选床代替原有的浮选机;设2台精煤压滤机专门处理过滤机滤液;尾煤处理采用两段浓缩、两段回收流程,即一段用高频筛回收粗粒级中煤,二段用压滤机回收细粒级高灰尾煤;磁选尾矿全部进入浮选系统。3浮选床的精煤入料效果为了说明改造效果,现以2002年12月浮选床的生产结果与改造前浮选机的生产结果进行对比(表2、表3、表4、表5)。从表3知:浮选入料中高灰细泥含量高,-0.075mm级含量:浮选床为70.54%,灰分27.91%;浮选机为60.33%,灰分31.25%。在入料灰分基本相当(22.5%左右),而浮选床入料的高灰细泥比浮选机高10.21%的条件下,浮选床的精煤灰分比浮选机的低0.62%。说明浮选床分选高灰细泥含量高的物料效果比浮选机好。从表4知,浮选工艺改造后,入浮矿浆浓度和洗水浓度都降低了,实现了清水洗煤。这样不仅改善了重选分选效果,并且增加了3.5%的煤泥中煤产品,平均年增效益200余万元。从表5知,新浮选系统投入生产后,三种药剂耗量都有所增加,对煤泥与起泡剂来说,入浮浓度降低后,其耗量相对增加是理所当然的,而絮凝剂耗量增加主要是尾煤中起泡剂含量增加所致。两年的生产实践证明,浮选及煤泥水系统的改造是比较成功的,主要技术经济指标基本达到预想的结果(表4),孙庄矿选煤厂实现了煤泥全部入浮及厂内回收、清水洗煤;解决了因磁选尾矿粒度粗、尾煤压滤机难成饼的问题,调整了中煤产品结构。4高频筛+尾煤压滤机联合处理煤泥水的工艺流程更合理、完善(1)与浮选机相比,浮选床处理量大、对微细颗粒分选效果好、分选下限低;精煤压滤机处理滤液,使浮选精煤脱水更彻底;高频筛和尾煤压