一种提高煤炭浮选产品沉降与过滤性能的方法

摘要

本发明公开了一种提高煤炭浮选产品沉降与过滤性能的方法，该方法是在煤炭浮选过程中加入氧化钙、生石灰及熟石灰等作为pH调整剂，调节浆料pH值至10.5以上，通过浮选分离后得到的精矿与尾矿分别都采用自然沉降及过滤方式回收。通过该方法使浮选后得到的精矿产品与尾矿无需另外添加其他无机混凝剂或有机絮凝剂，均可快速自然沉降与澄清，过滤性能大为改善；该方法极大程度降低了选煤厂产品过滤及水处理的成本，简化工艺流程，降低产品的含水率，废水可以循环利用，带来的经济效益与环境保护效果显著。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高煤炭浮选产品沉降与过滤性能的方法；属于煤炭分选与 水处理技术领域。

背景技术

我国是一个煤炭生产以及消耗的大国，其在能源消耗占有着巨大的比重，长 期以来，煤炭在一次能源生产和消费结构中占到70％以上，作为主要能源的煤炭 在中国能源中的主导地位20年内不会改变【刘小燕.我国洗煤工艺及常见问题探 析[J].内蒙古煤炭经济，2012(11)：17-19.】。随着我国煤炭洗选加工量的日渐增 大，煤炭企业未经处理的废水排放量也与日俱增，不仅导致了环境的严重污染， 还引起了煤泥的大量流失，同时洗煤废水的排放造成了水资源的严重浪费。我国 是一个水资源匮乏国家，据统计，我国煤矿平均吨煤排放水量为2.0～2.5吨。近 年来我国煤产量达数十亿吨，由此每年产生废水为几十亿吨以上，约占全国工业 废水排放量的15％以上。“产煤致渴”已成为我国水资源要面临的严峻问题，所 以对煤炭洗选行业废水进行净化处理，不仅可以保护环境，减少水资源的浪费， 还可以为企业带来一定的经济效益。

煤炭洗选废水与浮选尾矿等物料中通常含有大量的悬浮物、煤泥和泥砂，其 中微小煤粉在水中特别稳定，一些超细煤粉悬浮于水中，静置几个月也不会自然 沉降。煤炭洗选废水与浮选尾矿是一个胶体分散体系，并且胶粒表面带有较强的 负电荷，加上细小颗粒含量高、粘度大，污泥比阻大，不仅难以自然沉降，过滤 性能也非常之差，因而极难用常规脱水设备处理，必须采用一定强化沉降的措施。 所以，在处理这类煤炭洗选废水时，必须向废水中投加无机混凝剂与有机絮凝剂， 降低电位，破坏胶体的稳定性，从而达到泥水分离的目的，目前最常用和最有效 的煤泥水处理工艺为混凝与絮凝沉降-高压压滤脱水。

由于煤泥水颗粒粒度细、灰分高、粘性大，浓度低，难于沉降，在选煤厂生 产实践中，多采用无机盐混凝剂和高分子絮凝剂联用来加速煤泥水颗粒的沉降。 无机盐混凝剂包括硫酸铝、硫酸镁、碱式氯化铝、聚合氯化铝和聚合硅酸铝铁等， 高分子絮凝剂包括天然高分子絮凝剂(使用较少)和合成高分子絮凝剂两大类， 前者主要是各种淀粉及其残渣、藻类和动植物胶类等，后者主要是聚丙烯酰胺。 现有药剂的主要缺陷在于如下几个方面：一是药剂昂贵，聚丙烯酰胺价格每吨高 达万元以上；二是絮凝沉降后的物料粘度增大，流动性变差，且极易堵塞滤布， 使得过滤效率大为降低。

随着环保压力的越来越大，煤炭下游用户对煤炭质量的要求越来越高，煤炭 入洗选比例势必将加大，由此引起煤炭浮选产品及煤泥水的快速澄清与脱水处理 的要求与难度也会日益加大。因而，提高煤炭浮选产品，以及煤泥废水沉降与过 滤性能的新工艺、新设备和新技术已提到日程上来，它不仅可以善煤炭浮选产品 以及煤泥废水的过滤性能，降低产品的含水率，而且还可以实现废水在煤炭洗选 车间内循环再利用，产生显著的经济效益与环境效益。

发明内容

针对现有技术中煤炭洗选过程中存在煤炭浮选产品沉降及过滤分离困难、处 理成本高等缺陷，本发明的目的是在于提供一种低成本、可实现煤炭浮选产品以 及煤泥水能快速沉降并过滤分离回收方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种提高煤炭浮选产品沉降与过 滤性能的方法，该方法是在煤炭浮选过程中加入氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、 碳酸钾、生石灰、熟石灰和氧化钙镁混合物中的至少一种作为pH调整剂，调节 浆料pH值至10.5以上，通过浮选分离后得到的精矿与尾矿分别都采用自然沉降 及过滤方式回收。

本发明的技术方案通过选择钾、钠的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和生石灰 等碱性pH值调整剂，将煤炭浮选产品及煤泥废水等浆料的pH值调节到10.5以 上时，能彻底破坏煤炭洗选废水与浮选尾矿生成的胶体分散体系，使其快速聚集 沉降，且沉降颗粒过滤性能好，通过简单的过滤及能实现其分离回收。

煤炭洗选废水与浮选尾矿能生成稳定的胶体分散体系，主要原因是其含有浓 度高、粒度细、灰分高的颗粒物，颗粒表面多数带负电荷；同性电荷间的斥力使 得这些颗粒在水中保持分散状态，且在水中受到浮力及颗粒的布朗运动的影响， 其分散性较为稳定；此外，由于煤泥水中固体颗粒界面之间的相互作用，使得煤 泥水性质复杂化，它不仅具有悬浮液的特点，还具有胶体的某些性质，更加加强 了分散体系的稳定性，其难以自发聚集。因此，要使其聚集沉降，必须投加合适 的助剂破坏胶体的稳定性，降低ζ电位。现有技术只有采用无机盐和有机絮凝剂 复合处理模式，才能彻底破坏煤炭洗选废水与浮选尾矿的稳定胶体分散体系。

在本发明申请的技术方案中，通过发明人的大量试验研究，惊喜的发现，采 用钾、钠的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和生石灰等碱性pH值调整剂将煤炭浮 选产品及煤泥废水等浆料的pH值调节到10.5及以上时，浮选后得到的精矿产品 与尾矿无需另外再添加其他无机混凝剂或有机絮凝剂，过滤性能大为改善，可在 1分钟以内达到快速沉降的优异效果，与现有技术中“先添加无机盐混凝剂、再 添加聚丙烯酰胺絮凝剂”的药剂制度的絮凝沉降效果基本相当。采用廉价的生石 灰、氢氧化钠等药剂替代昂贵的聚丙烯酰胺，将加药流程简化为一次性加药的同 时，还可极大降低选煤厂煤泥水处理的药剂成本。此外，过滤性能也得到了很好 的改善，在快速沉降后，同样的压滤条件下，压滤后的滤饼含水率可由常规的约 35％降低到到27％左右。

本发明的提高煤炭浮选产品沉降与过滤性能的方法还包括以下优选方案：

优选的方案中，煤炭为原煤、煤泥、中煤和洗精煤中的至少一种。

优选的方案中，煤炭浮选过程包括粗选、精选和扫选过程；粗选次数为1～2 次，精选次数为1～6次，扫选次数为1～5次。

优选的方案中，所述的pH调整剂可在浮选过程的任一工序添加，所述的工 序包括破碎与磨矿工序、浮选工序和过滤工序。

优选的方案中，pH调整剂投加点可以是原料料仓、球磨机、搅拌桶、浮选 设备和沉淀池中的任意一点或几点。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

本发明的技术方案通过在煤炭浮选过程中加入钾、钠的氢氧化物、碳酸盐、 碳酸氢盐和生石灰、熟石灰等碱性pH值调整剂pH值调整剂调节浆料pH值达 到10.5以上，能彻底破坏煤炭洗选废水与浮选尾矿生成的胶体分散体系，无需 另外再添加其他无机混凝剂或有机絮凝剂的情况下能使其快速聚集沉降，且沉降 颗粒过滤性能好，通过简单的过滤及能实现其分离回收。相对现有技术极大的降 低选煤厂产品过滤及水处理的药剂成本，简化加药流程，改善煤炭浮选产品的过 滤性能，提高过滤效率，降低产品的含水率，经济效益与环境效益显著。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明内容，而不是对本发明权利要求保护范围的进一 步限定。

实施例1

煤泥干样取自贵州省盘县某洗煤厂(灰分含量59.6％、含水9.5％)。在磨机 中加入生石灰，其添加量为5.75Kg/t干煤泥，矿浆pH值可以达到13.0；采用“一 粗-三扫-五精”选矿流程，可以获得到含灰分6.21％的精煤产品和灰分86.97％的 尾矿。

得到的精煤产品极易澄清，采用厢式隔膜压滤机压滤，过滤速率极快，得到 的滤液非常清澈。精煤滤液透光率为88％，精煤滤饼含水率降至18％。

浮选尾矿静置分层显著，沉降效果立竿见影，静置1分钟上层清液比即可达 到25％(清液高度占整个料液高度的比值)，静置10分钟左右浓缩底流浓度固含 量可达到405g/L。尾矿采用厢式隔膜压滤机压滤，过滤速率相当快，得到的滤 液也非常清澈，尾矿滤饼含水率可降至22％。尾矿上层清液与滤液清澈透明，其 透光率可以达到86％，可返回选矿流程。

实施例2

煤泥浆料取自云南省富源县某洗煤厂，煤泥浆固含量305g/L，灰分含量 (Aad)59.6％。煤泥料浆经旋流器分级分出粗颗粒后，矿浆进入搅拌桶搅拌加 药后浮选。在搅拌桶中加入2.50Kg纯碱/t干煤泥，矿浆pH值为10.5；采用“一 粗-一扫-一精”选矿流程，可以获得到含灰分16.21％的精煤产品和灰分72.21％ 的尾矿。得到的精煤产品较易澄清，厢式隔膜压滤机压滤速率也较快，得到的滤 液也很清澈，精煤滤饼含水率降至21％。

浮选尾矿也能自然静置分层，静置10分钟上层清液比即可达到23％(清液 高度占整个料液高度的比值)，相应的浓缩底流浓度固含量可达到375g/L。尾矿 采用厢式隔膜压滤机压滤，过滤速率也较快，得到的尾矿滤饼含水率可降至28％。

实施例3

中煤样取自贵州盘县某煤矿(粒径≤4mm，灰分含量24.9％、含水2.5％)。 中煤与熟石灰(用量为10.0Kg/吨中煤)一起进入磨机，控制磨矿细度为-0.076mm 占90％以上，得到的矿浆pH值为14。中煤矿浆采用“一粗-三扫-五精”流程浮 选，获得的精矿极易澄清，过滤后滤液非常清澈，透光率为89％，精矿滤饼含水 率为13.5％，灰分含量为5.26％；浮选尾矿在浓缩池内立马分层，浓缩池上层清 液透光率为83％，浓缩池底流浓度达到463g/L，底流采用厢式隔膜压滤机压滤 后，滤饼含水率达到12.7％，尾矿滤饼灰分含量为88.23％。

实施例4

洗精煤取自陕西省榆林市某洗煤厂，粒径在2mm～10mm，含水4.5％，灰分 含量为12.5％。将块状洗精煤、生石灰(6.5Kg/吨洗精煤)与烧碱(NaOH，用 量为1.2Kg/吨洗精煤)加入磨机，控制磨矿细度为-0.076mm占90％以上，得到 的矿浆pH在13.5。采用“二粗-二扫-三精”流程浮选，获得的精矿很好澄清， 过滤后滤液非常清澈，透光率为88％，精矿滤饼含水率为14.5％，灰分含量为 3.21％；浮选尾矿在浓缩池内澄清效果立竿见影，分层很快，浓缩池上层清液透 光率为85％，浓缩池底流浓度达到419g/L，底流采用厢式隔膜压滤机经过1小 时压滤后，滤饼含水率降到了17.2％，尾矿滤饼灰分含量为87.55％。

实施例5

煤泥干样取自湖南省郴州市某洗煤厂(灰分含量42.6％、含水4.5％)。在磨 机中加入氧化钙镁混合物(白云石煅烧产物)，其添加量为4.5Kg/t干煤泥，磨矿 后矿浆pH值为11.5；采用“一粗-二扫-四精”选矿流程，得到的浮选精煤产品 与尾矿均好过滤，采用压滤机压滤后精矿含水率可以降至18.5％，尾矿含水率为 22％，综合滤液非常清澈，透光率为85％；获得的精煤产品灰分含量为7.68％， 尾矿灰分为85.27％。

实施例6

山西某洗煤厂固含量约为28g/L的煤泥水，其pH值为7，加入约2.2kg/吨 干煤泥的碳酸钠并充分混合均匀，其pH值为10，实现了煤泥水的高效沉降，浓 缩池上层清液透光率为86％，浓缩池底流浓度达到398g/L，为下一道压滤工序 创造了良好条件。底流采用厢式隔膜压滤机经过1小时压滤后，滤饼含水率达到 28％。

实施例7

内蒙古某洗煤厂固含量约为28g/L的煤泥水，其pH值为7，加入约3kg/吨 干煤泥的生石灰和0.5kg/吨干煤泥的氢氧化钾并充分混合均匀，其pH值为11， 实现了煤泥水的高效沉降，浓缩池上层清液透光率为85％，浓缩池底流浓度达到 407g/L，为下一道压滤工序创造了良好条件。底流采用厢式隔膜压滤机经过1小 时压滤后，滤饼含水率达到27％。

对比实施例1

煤泥干样取自贵州省盘县某洗煤厂(灰分含量59.6％、含水9.5％)。磨矿后 矿浆pH值为7.2，采用“一粗-三扫-五精”选矿流程，可以获得到含灰分6.57％ 的精煤产品和灰分85.37％的尾矿。

在不添加任何无机混凝剂、有机絮凝剂的前提下，浮选尾矿很难自然沉降， 静置1小时后尾矿仍然很浑浊，上层几乎看不到明显的清液层。尾矿过滤性能极 差，压滤后滤液较为浑浊，透光率为52％，尾矿滤饼含水率高达30.5％。

对比实施例2

煤泥干样取自贵州省盘县某洗煤厂(灰分含量59.6％、含水9.5％)。加入碳 酸钠2.25kg/吨干煤泥，磨矿后矿浆pH值为10.0，采用“一粗-三扫-五精”选矿 流程，可以获得到含灰分6.81％的精煤产品和灰分82.69％的尾矿。

在不添加任何无机混凝剂、有机絮凝剂的前提下，浮选尾矿自然沉降效果同 样也不行，静置1小时后尾矿仍然很浑浊，上层几乎看不到明显的清液层。尾矿 过滤性能极差，压滤后滤液较为浑浊，透光率为56％，尾矿滤饼含水率高达 30.1％。