煤泥水綜合利用研究概述
摘要：總結(jié)分析了國內(nèi)外煤泥水研究的現(xiàn)狀，對國內(nèi)煤泥水處理存在的問題進(jìn)行了討論，提出了目前國內(nèi)解決煤泥水問題的方向和重點(diǎn)是拓展高濃度煤泥水處理技術(shù)、加快對煤泥水處理設(shè)備的研發(fā)以及對現(xiàn)有煤泥水處理設(shè)備進(jìn)行升級和改進(jìn)從而提高煤泥水處理能力和效率。
關(guān)鍵詞：煤泥水選煤設(shè)備
一、煤泥水研究背景
煤泥水是濕法選煤所產(chǎn)生的工業(yè)尾水，其中含有大量的煤泥顆粒，是煤礦的主要污染源之一。我國是煤炭生產(chǎn)和消耗的大國，煤炭作為第一能源，在一次能源消耗的結(jié)構(gòu)中占76%。雖然我國原煤入選率比較低，僅為38%，目前全國每年選煤用水量約8.4億m3，占全國工業(yè)用水量的0.74%。雖然近幾年大多數(shù)選煤廠裝備了一些水處理設(shè)備，煤泥水的閉路循環(huán)率達(dá)到了86.63%，但由于技術(shù)、資金等方面的原因，每年仍有約4000萬m3的煤泥水排放，約占全國工業(yè)廢水的0.1%左右。煤泥水的外排，嚴(yán)重污染了煤礦周圍地區(qū)的環(huán)境。據(jù)調(diào)查，我國532條河流中，有82%受到污染，其中30條500km以上的河流中有18條受到煤泥水的污染[1]。煤礦煤泥水的直接排放，不僅嚴(yán)重地污染了周圍的環(huán)境，而且還會(huì)造成大量煤泥的流失。煤泥水經(jīng)適當(dāng)處理后回用于洗煤，不僅解決了環(huán)境污染問題，而且還會(huì)為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其中包括回收煤泥所得、節(jié)省洗煤用水的水費(fèi)和免交的排污費(fèi)。我國是水資源僵乏的國家，人均水占有水資源量近2260m3，僅為世界人均水占有水資源量的1/3左右[2]。由此可見，煤泥水已成為煤炭工業(yè)的主要污染源和煤炭損失源之一。煤泥水的處理與回用不僅對環(huán)境保護(hù)具有重要意義，同時(shí)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
二、煤泥水處理現(xiàn)狀
煤泥水治理的目標(biāo)就是泥水分離，即不僅要得到清潔的水，而且還要得到含水率低、易于脫水的煤泥。多年來，世界各國環(huán)保專家始終將煤泥水的處理與回用做為礦山廢水處理的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行專項(xiàng)研究。
1.國外煤泥水處理現(xiàn)狀
目前，世界上一些產(chǎn)煤大國如俄羅斯、美國、德國、英國、澳大利亞、烏克蘭、南非、波蘭等基本上實(shí)現(xiàn)了煤泥水的零排放，分離出來的煤泥也得到了有效的利用。這些國家的原煤煤質(zhì)總體較好，分選方法先進(jìn)，選煤設(shè)備性能可靠，產(chǎn)生的煤泥水適當(dāng)處理后即能滿足回用洗煤的要求。采用的處理基本工藝是：煤泥分選—尾礦濃縮—壓濾。煤泥分選設(shè)備性能的優(yōu)劣直接影響煤泥水的性質(zhì)及處理的難易程度。近幾年，世界各國非常重視高效煤泥分選設(shè)備的研制與開發(fā)。美國YangDC研制開發(fā)揚(yáng)氏填充式跳汰機(jī)，能夠有效分選小于25μm微細(xì)顆粒，并具有較好的脫硫降灰的功能[3]。澳大利亞研制的Kelsey離心跳汰機(jī)可分選0.063～0.038mm的煤泥。美國研制的Falcon離心分選機(jī)，工作時(shí)產(chǎn)生的離心力為300g，可有效分選0.6～0.043mm的煤泥。澳大利亞研制的干擾床層分選機(jī)（TBS）利用干擾床層實(shí)現(xiàn)按密度分層，分選最佳粒度范圍為0.25mm[3]。重介質(zhì)旋流器自上世紀(jì)40年代問世以來，經(jīng)不斷改進(jìn)與發(fā)展，其基本結(jié)構(gòu)形式和性能發(fā)生了很大變化，除傳統(tǒng)型旋流器外，目前還出現(xiàn)了平底型和切線排料型旋流器等。研究表明，切線排料的平底型旋流器的入料量和底流排量比傳統(tǒng)型旋流器分別高21%和75%[4]。圓筒形重介旋流器在近20年里得到了較大的發(fā)展，出現(xiàn)了有壓入料的渦賽爾旋流器和無壓給料的戴納型重介旋流器（D.W.P）。澳大利亞JK礦業(yè)中心研制成功的JKDMC新型結(jié)構(gòu)重介質(zhì)旋流器，采用超細(xì)磁鐵礦介質(zhì)（小于90μm）分選煤泥，對1～0.125mm或0.5～0.125mm粒級取得了較好的分選效果[5]。Custom煤炭總公司的初步實(shí)驗(yàn)表明，采用微細(xì)磁鐵礦粉重介質(zhì)旋流器工藝可以有效地處理0.105～0.025mm級粉煤，但介質(zhì)回收問題尚未根本解決。南非的研究人員提出，分選小于0.075mm的粉煤，介質(zhì)的粒度組成中小于0.01mm的含量必須大于50%才能取得良好的分選結(jié)果[3]。
煤泥濃縮目前國外常采用的設(shè)備有耙式濃縮機(jī)、深錐濃縮機(jī)、煤泥沉淀池等。耙式濃縮機(jī)用于煤泥水或浮選尾煤水的濃縮及澄清。深錐濃縮機(jī)用于處理各種煤泥水（特別是浮選尾煤）以得到高濃度的沉淀及潔凈的溢流。煤泥沉淀池主要用于回收煤泥或浮選尾煤以及澄清濾液和離心等。煤泥沉淀池包括分段沉淀池、通用煤泥沉淀池和尾礦場。耙式濃縮機(jī)在國外使用較多，不僅處理能力大，而且溢流水質(zhì)也好。例如在澳大利亞南WalkerGreek煤礦，原煤處理量為600t/h的重介質(zhì)選煤廠（入料范圍60～0mm），僅設(shè)一臺14m直徑的耙式濃縮機(jī)，即可以處理全廠1140m3/h的尾礦，并實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)。多數(shù)煤泥濃縮需要投加凝聚藥劑，強(qiáng)化煤泥的沉淀與濃縮。投加的凝聚藥劑主要有鋁鹽、鐵鹽混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑，如非離子型的聚丙烯酞胺等。Schroeder等人早在1984年就詳細(xì)地研究了細(xì)粒級煤泥水的膠體穩(wěn)定性和鋁鹽混凝劑對煤泥水的脫穩(wěn)凝聚作用[1]由于入選的原煤性質(zhì)較好，分選后的煤泥水處理難度不是很大，而且國外發(fā)達(dá)國家煤泥水的處理系統(tǒng)都比較完善，因此，煤泥水得到了有效的處理，基本實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)。
二、國內(nèi)煤泥水處理現(xiàn)狀
我國是產(chǎn)煤大國，雖然原煤入選率低于世界平均水平，但原煤入選量和入選率還是有很大程度的地提高。煤泥水的處理與回用與原來相比也有了長足的進(jìn)步，煤泥水的閉路循環(huán)率有了很大的提高。表1為我國選煤廠煤泥水閉路循環(huán)率。
表1我國選煤廠煤泥水閉路循環(huán)率
雖然目前我國只有13.37%的煤泥水沒有實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，但全國每年仍要排放大量的煤泥水。并且隨著原煤入選率的提高，煤泥水的排放量還要增加。
1.煤泥水沒有完全循環(huán)的主要原因有以下兩個(gè)個(gè)方面；
1.1我國有相當(dāng)一部分原煤遇水易于泥化，產(chǎn)生的煤泥水濃度高，處理難度大。雖然選煤廠設(shè)有煤泥水處理系統(tǒng)，但處理效果不理想，沒有達(dá)到回用洗煤的要求，因此，只能直接排放。
1.2一些小型選煤廠的煤泥水處理工藝不完善。煤泥水處理系統(tǒng)投資和生產(chǎn)費(fèi)用大，直接經(jīng)濟(jì)效益低，因此，一些小型選煤廠僅采用重力濃縮或重力沉淀等簡單工藝處理煤泥水，處理水質(zhì)難以得到保證。
煤泥水處理的目的是通過濃縮（沉淀或氣。—壓濾工藝分離出符合排放標(biāo)準(zhǔn)或回用洗煤標(biāo)準(zhǔn)的清水，實(shí)現(xiàn)煤泥水的閉路循環(huán)。
2.我國在煤泥水濃縮（沉淀或氣。┓矫娌捎玫姆椒ㄖ饕校
2.1混凝沉淀投加絮凝劑和混凝劑處理煤泥水是我國常用的一種處理方法，所采用的藥劑主要有以下幾種。
2.1.1機(jī)高分子絮凝劑。常用的有機(jī)高分子絮凝劑主要是聚丙烯酞胺或其衍生物的高聚物或共聚物，具體可分為非離子型、陰離子型和陽離子型。
2.1.2無機(jī)鹽類混凝劑。常用的無機(jī)鹽類混凝劑主要有鋁鹽、鐵鹽等。
2.1.3無機(jī)高分子絮凝劑。在煤泥水處理中采用的無機(jī)高分子絮凝劑主要有聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚硅硫酸鹽、聚合氯化鋁鐵等。
2.2重力濃縮沉淀。重力濃縮沉淀是煤泥水處理常用的一種方法，常用設(shè)備主要有耙式濃縮機(jī)、深錐濃縮機(jī)、旋流器、沉淀池、高頻振動(dòng)篩和高效濃縮機(jī)等。其中，深錐濃縮機(jī)效率較高是一般濃縮機(jī)的四倍以上。
2.3其它方法。如結(jié)團(tuán)絮凝工藝
近些年來，我國煤泥水的處理與利用問題受到了廣泛的重視，煤泥水閉路循環(huán)率在近10年內(nèi)有了大幅度的提高，煤泥水處理技術(shù)的研究工作也取得了較好的成績。但是目前我國每年仍有相當(dāng)數(shù)量的煤泥水沒有實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，而在己經(jīng)實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)的煤泥水中也有一部分沒有達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，使選煤設(shè)備和煤泥水處理設(shè)備的運(yùn)行受到影響。由于我國有相當(dāng)一部分原煤遇水容易泥化，產(chǎn)生的煤泥水自然沉淀困難，加之我國的選煤設(shè)備性能、煤泥水處理設(shè)備的性能還沒有達(dá)到國外發(fā)達(dá)國家的水平，因此，我國煤泥水處理的難度較大。
三、我國煤泥水處理存在的主要問題和研究重點(diǎn)
我國煤泥水處理與先進(jìn)國家相比還存在較大的差距，以下是存在的主要問題：
1.酸性高泥化煤泥水的處理還沒有一個(gè)成熟的技術(shù)，處理效果沒有保證，煤泥水不能實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。
2.煤泥分選設(shè)備的性能還有待改善，產(chǎn)生的煤泥水處理難度較大
3.沉淀濃縮設(shè)備的處理效果還不理想，處理效率還有待提高
因此針對出現(xiàn)的問題，我國煤泥水的研究重點(diǎn)主要是在于研究高泥化和高濃度煤泥水處理技術(shù)以及如何提高現(xiàn)有設(shè)備的煤泥水處理效率和質(zhì)量。
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