【委员视角】脱泥浮选能取代浓缩浮选和直接浮选吗？
编者按
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第三届煤炭工业技术委员会选煤专家委员会由37位委员组成，他们对选煤都有专业的技术眼光、先进的实践方案和优化的解决措施。作为选煤行业第一自媒体品牌，“五六选煤”之前陆续发布了部分委员的精彩观点，受到了选煤同仁的肯定和好评。为了促进选煤技术交流，“五六选煤”特开辟【委员视角】栏目，继续选取部分委员的精彩观点予以发布，请大家持续关注。
本文作者黄淮北系淮北矿业股份有限公司副总工程师。
众所周知,浮选入料中的高灰细泥数量对分选效果和精煤脱水有很大的影响,而选煤厂的煤泥水原则流程又决定了浮选入料中的细泥数量。我国炼焦煤选煤厂的煤泥水原则流程多数为浓缩浮选和直接浮选(包括半直接浮选),也有少数选煤厂采用脱泥浮选(如临涣选煤厂、杏花选煤厂)。
衡量煤泥水原则流程的优劣应当从两个方面进行:一要尽可能减少或杜绝细泥在循环水中的积聚,实现清水选煤;二要在保证质量的前提下合理控制入料浓度,减少浮选机的煤浆通过量,降低生产成本。
1、脱泥浮选流程
临涣选煤厂是一座年入选原料煤300万t的矿区型选煤厂,有两套独立的生产系统,单号系统为跳汰—重介—浮选联合流程,双号系统为重介—浮选联合流程。这两套生产系统的煤泥水原则流程皆为脱泥浮选,见下图。
Ⅰ作业区:包括重力选煤及选后产物脱水、粗煤泥回收。
Ⅱ作业区:煤泥水澄清浓缩区,即原煤泥耙式浓缩机,其含有细泥的溢流不作为循环洗水,而进入Ⅳ作业区的废水浓缩机。
Ⅲ作业区:煤泥分选区,包括浮选和浮选精煤脱水回收两个作业。
Ⅳ作业区:浮选尾煤澄清、回收区,包括尾煤浓缩机、废水浓缩机、沉降过滤式离心脱水机、压滤机等。尾煤浓缩机的溢流和原煤泥浓缩机的溢流汇合一起,添加凝聚剂、絮凝剂后进入废水浓缩机,其清净的溢流作为循环洗水,主要用于跳汰机和重介脱介筛喷水。
2、煤泥循环系数K值计算式
煤泥循环系数K值是洗水中的循环煤泥量与进入Ⅰ作业区原料煤中的煤泥量(含次生煤泥)之比值。K值越小,意味着煤泥在洗水中积聚的程度越低。K值计算式推导如下:
设Q0为原料煤中的煤泥量;
Q为进入Ⅰ作业区的总煤泥量;
Q1为重选产物中的煤泥量;
a为重选产物中的煤泥分配系数(用小数表示),a=Q1/Q0;
Q2为Ⅰ作业区排出的煤泥量,Q2=Q-Q1=Q-aQ0;
Q3为原煤泥浓缩机底流中的煤泥量;
Q4为原煤泥浓缩机溢流中的煤泥量,Q4=(1-b)Q2;
b为原煤泥浓缩机底流中煤泥分配系数,即底流固体产率(用小数表示),b=Q3/Q2;
Q5为浮选尾煤中的煤泥量,Q5=cQ3;
Q6为浮选精煤中的煤泥量;
c为浮选尾煤产率(用小数表示),c=Q5/Q3;
Q7为再生洗水中的煤泥量,Q7=d(Q4+Q5);
Q8为脱水回收的尾煤量;
d为再生洗水中的煤泥分配系数(用小数表示),d=Q7/(Q4+Q5)。
如果作业区Ⅳ有足够的沉淀面积并且合理添加凝聚剂、絮凝剂(有些选煤厂只添加絮凝剂),就可以获得清净的再生洗水,其中所含的煤泥量极少,此时式(1)、(2)、(3)中煤泥分配系数d≈0。那么,脱泥浮选和直接浮选的煤泥循环系数K值皆为零,即循环洗水中不积聚煤泥。
而浓缩浮选的煤泥循环系数K值计算式此时可简化为:
由式(4)可知,对原煤泥浓缩机采用浅度浓缩大排底流的操作方法来提高其底流固体产率b值,煤泥循环系数K值可降到0.3～0.2,但毕竟在循环洗水中还携带一定数量的高灰分细泥。直接浮选和脱泥浮选虽然都可实现清水选煤,但前者作业区Ⅰ排出的煤泥水必须全部由浮选机处理,尤其是采用跳汰—浮选联合流程以及跳汰—重介—浮选联合流程的直接浮选工艺需要设置多台浮选机及建设相应的厂房,而脱泥浮选需要设置原煤泥浓缩机。两者的基建费用基本相当,而后者的生产成本却可以降低。
3、脱泥浮选在临涣选煤厂的应用
临涣选煤厂的两套生产系统工艺流程不同,所以相对应的原煤泥浓缩机的工作情况也截然不同。
双号生产系统采用的是原料煤三产品重介质旋流器分选,洗水主要用于脱介筛喷水,吨原料煤耗水量少。所以进入602#原煤泥耙式浓缩机的入料浓度高达150g/L以上,为了稀释入浮的高浓度煤浆并脱除部分高灰细泥,添加了约400m3/h的清净再生洗水,浓缩机采用大排底流操作方式,浮选入料浓度(汇合滤液后)降到90g/L以下(见下图)。
单号生产系统采用的是跳汰粗选精煤重介质旋流器精选的工艺,吨原料煤耗水量大,所以进入601#原煤泥耙式浓缩机的水量高达1800m3/h,浓度小于50g/L。为此,采用浓缩排放方式,将小于700m3/h的底流泵送到与其相匹配的浮选生产系统（见下图）。
耙式浓缩机溢流中携带细泥的数质量随入选原料煤中的煤泥性质有所变动,但从下表所列的数据可以看出,不但粒度细,而且灰分高,早已超过尾矿灰分的指标。另外值得注意的是溢流中0.03～0.0125mm和-0.0125mm二个粒级的灰分,远高于入料中相对应粒级的灰分。因此,经过脱泥后,浮选入料灰分降低了1.03%,其中-0.0125mm细泥降灰格外明显,较浓缩机入料中的细泥灰分降低了8.03%。由于脱泥、降灰的缘故,浮选指标和泡沫脱水过滤效果将得到改善。
602#浓缩机入料及产物粒度组成
在实验室进行的模拟试验,结果证实了预先脱泥能够提高浮选精煤产率、降低精煤灰分(见下表)。表2中1号试验模拟的是三产品重介质旋流器分选工艺系统的水力旋流器溢流,不经稀释和脱泥直接浮选;2号试验模拟该煤浆经稀释后直接浮选;3号试验模拟水力旋流器溢流经稀释、部分脱泥后浮选。2号和1号试验结果比较,由于入浮煤浆浓度降低,在精煤产率略增的情况下,精煤灰分降低了0.42%;3号和2号试验结果比较,由于脱除了部分细泥,在精煤灰分降低0.27%的情况下,精煤产率提高了2.14%。3号和1号试验比较,由于煤浆的稀释及脱除部分细泥,精煤灰分降低了0.69%,产率提高了2.29%。
4、改善脱泥浮选的措施
选用耙式浓缩机作为浮选脱泥设备的优点是:处理量大,生产缓冲能力强,运行平稳可靠,工艺系统有较大的灵活性和适应性。浓缩机在我国选煤厂通常作为澄清浓缩设备使用,脱泥浮选的流程是将它作为水力分级设备使用,其功能是有差别的。应该开发适用于脱泥的“浓缩机”,并根据原料煤中细泥的数量和性质及生产用水的硬度等因素对其进行合理选型,以达到脱泥效果好、基建和生产运行费用低的目的。
4.1提高现有浓缩机的脱泥效果
临涣选煤厂单、双号生产系统各有一台直径为30m的耙式浓缩机用于浮选前预先脱泥,从最近生产检测资料来看,它的脱泥量还不算高,如602#浓缩机溢流中携带的小于0.0125mm细泥量仅占其入料量的43%。其主要原因是沉淀面积过大,生产用水硬度较高,细泥有较快的沉降速度。为了提高脱泥效果,可以采取以下方法:
1)适量减少底流排放量
据试验检测计算,浓缩机溢流中的固体物不到入料量的4%,其灰分在50%,远高于尾煤灰分45%的指标,尚有较大的调节余地。当煤质变差、高灰细泥增多时,可适量减小底流排放量,即相应增大溢流量和溢流浓度。
2)适当缩短浓缩机周边溢流堰的有效长度
适当缩小溢流堰的有效长度是一种“不得已而为之”的措施。周边溢流堰的有效长度越长,浓缩机水平流动层的水速就越缓慢,有助于颗粒沉降;反之,随有效长度的缩短,水平流速增快,细泥来不及沉降,即随溢流排出。
局部加高浓缩机周边溢流堰,就可缩短有效长度。至于具体缩短多少,应通过试验来确定。
4.2调整入浮煤浆浓度
减少浓缩机底流排放量,可以增大脱泥量,但底流浓度也随之增高。此时的底流浓度不一定是最佳的入浮煤浆浓度。因此,有必要铺设再生洗水管道,向矿浆准备器添加稀释水,合理调整入浮煤浆浓度。加之临涣选煤厂入选三个矿井的原料煤,各矿井又有不同的生产煤层,煤质变化频繁,为适应浮选入料性质的变化,也应及时调整煤浆浓度。
4.3间断排泥
在生产时,从溢流排走的是部分细泥,仍有相当数量细泥聚集在浓缩机中。重选停机后,浮选机仍要继续生产,直到入料粒度组成变细,真空过滤机无法回收为止。选煤厂白班停机检修时间较长,可在浮选停机4h后,通过底流泵将沉淀的高灰细泥间断排送到604#废水浓缩机中。实施这项措施,只需在泵房铺设一条管道,就可取得良好效果。
5、结论
实现脱泥浮选的先决条件是所脱除细泥和浮选尾煤,必须彻底沉降澄清,及时回收。脱泥浮选工艺流程可减轻高灰细泥的污染,改善浮选和精煤脱水效果;杜绝细泥在循环水中的积聚,实现清水选煤;可以合理调整入浮煤浆浓度,减少浮选机的通过量,降低加工费用。在我国采用脱泥浮选煤泥水原则流程的选煤厂为数不多。但它可消除浓缩浮选和直接浮选的局限性,又兼容了二者优点,有待在更多的选煤厂应用,通过实践不断改进完善。
（编辑：三三）
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