浮选精煤脱水技术研究现状及展望
摘 要：从水在煤中的存在形式、浮选精煤脱水设备和药剂三方面阐述了浮选精煤脱水技术的概况。
关键字：水的存在形式；浮选精煤；脱水设备；药剂
前言
随着采煤机械化程度逐渐提高,我国选煤厂入洗原煤中,小于0.5 mm 的细粒煤含量在逐年增加。有关资料表明,不少选煤厂入洗原煤中, -0.5 mm的含量在25% ~ 30%。据某年度统计资料分析,全国炼焦精煤水分平均为11.31%,其中水分大于13%的占13.3% ,水分在10% ~ 13% 的占68.9% ,水分小于10%的仅占17.8%。由于精煤水分增加,不但给铁路运输增加了负担,而且在炼焦过程中增加了热能消耗,延长了焦化时间,降低了焦炉产量,缩短了炉龄。在北方,冬季运输还会发生冻车,影响精煤卸车作业。出口精煤水分如超过10% ,还会被索赔或拒收。而浮选精煤的水又不易脱除，因此，对浮选精煤脱水技术的研究与展望具有非常重要的意义。
1浮选精煤中水的存在形式及脱水方法
浮选精煤产品水分有四种形式：化合水分（内在水分）、结合水分（吸湿水分）、毛细水分、自由水分（游离水分）。
化合水分是由物质种类所决定，与物料粒度无关，不能用物理脱水方法排除。
结合水是颗粒表面吸附的结果。因此，此类水分与物料表面性质（极性）及比表面大小有直接关系。当固体颗粒与液体接触时，由于在相界面上的物理化学性质不同于固体内部，即具有表面能而吸附水分子形成水化膜。结合水又可细分为强结合水和弱结合水。结合水不能用机械方式脱除，需采用干燥方法。
毛细水分是在毛细管压力作用下赋存在颗粒内部裂隙及颗粒之间微小间隙内的水分。其大小取决于三方面，表面疏水性、孔隙率、粒度。物料亲水性越高（θ越小），孔隙越发达。物料粒度越细，毛细压力越大，毛细水分越高。毛细水分可用机械方法脱除一部分。
自由水是指颗粒机械的携带水，它也充填于颗粒间隙中，不同之处是由于颗粒间隙大（理论上，毛细压力不存在）而容易受重力作用脱除，因而也称重力水。重力水很容易脱除。
化合水与结合水又称为内在水分，毛细水分与自由水分又统称为外在水分。选煤生产中，煤的水分主要包括这两种。
决定细粒产品脱水方式的是毛细水分和自由水分。由于粒度细、毛细水分高，物料脱水困难，因而目前采用过滤（包括压滤）、高频振动筛分方式（如浮选精煤、尾煤）和强分离因素的离心分离方式进行。
2浮选精煤脱水技术设备应用现状
根据煤泥水分赋存形式和脱水机理，经过长期研究与实践，对煤泥的脱水大致有重力脱水、机械力脱水、干燥脱水、电化学方法等几种方式．在选煤厂的实际生产中，对产品的脱水均以机械方法脱水为主，而对浮选精煤，由于粒度、浓度等特性的影响，采用的方法有离心、真空过滤和机械压力的脱水方式，用其设备名称来表达就是沉降式离心脱水机、真空压滤机、带式过滤机、加压过滤机等．
2.1沉降式离心脱水机
沉降式离心脱水机是利用离心力使煤水中的固体沉降和浓缩，并用螺旋刮刀进行卸料的一种脱水机。他广泛用在化工、选矿等工业部门。
在选煤厂，沉降式离心机多用于含煤泥量较多、粒度相对较粗的煤泥或浮选煤泥、浮选精煤的脱水。其入料的粒度上限通常为1-3mm。离心机分出沉物产品和溢流水，沉物产品的水分视离心机的工作参数和物料性质而异。一般入料的固体含量最大可达40%-50%，小于3（1）mm粒级的煤泥产品水分为15%-25%，离心液浓度为50-150g/L。如果在入料中加絮凝剂，则离心液浓度明显降低，但产品水分随之增加。 其工作原理为：锥形转筒由电动机通过三角胶带轮带动回转。当锥形转筒回转时，由齿轮减速器带动转筒内的螺旋旋转，转筒与螺旋回转方向相同，但转速不同，其转差率为螺旋比转筒慢2%，所以，螺旋与转筒之间有相对运动。入料由给料管给入，经螺旋上的喷口进入转筒内，在离心力作用下形成沉降区，密度较大的颗粒附在转筒内壁上逐渐形成沉淀层。当连续给入物料时，转筒内的环状液体不断地向溢流口流动，并从溢流口排出澄清的溢流水。已形成沉淀层的沉物，借助于螺旋与转筒的相对运动沿转筒内壁向沉物排料端运动，在脱水区进一步脱水，直到到达转筒小端，从排料口排出。
从上述工作原理可知，离心机中物料脱水过程分阶段：第一阶段是离心沉降。这时候固体颗粒在沉降区受离心力作用而沉降，形成沉淀层；第二阶段是沉淀层在脱水区进一步被压紧，沉淀物残余水分被挤出。
2.2真空过滤机
利用过滤介质两边的压力差将煤浆中的固液分离的过程过滤。用真空抽吸造成压力差的过滤称为真空过滤。实现这种固液分离的设备称之为真空过滤。
真空过滤机主要有盘式和筒式两种，下面主要介绍一下盘式真空过滤机。
圆盘真空过滤机由槽体、主轴、过滤盘、分配头和瞬时吹风装置构成。 过滤是在扇形过滤圆盘上进行。随着过滤圆盘旋转并周期性的进入与离开盛满煤浆的槽体，过滤机连续的经历着过滤（从矿浆中吸取煤浆形成滤饼）、干燥（离开矿浆后进一步脱水）、滤饼脱落三个阶段。
过滤和干燥过程是在负压条件下进行的，滤饼脱落则是依靠瞬时吹风完成的。分配头则起着各阶段相应负压和正压的分配与控制作用。
圆盘真空过滤机是浮选精煤脱水的传统设备。由于受过滤介质两侧压差的限制，虽几经改进，仍普遍存在产品水分高、处理能力低、能耗高等问题。在一些选煤厂的技改工程中已逐渐被新型设备所取代。
筒式真空过滤机的过滤表面是筒体表面，根据过滤表面位置的不同分为内滤式和外虑式。由于过滤表面在圆筒上，所以这种过滤机的过滤面积比盘式真空过滤机小。
内滤式筒式真空过滤机机体特别庞大，操作也不方便，选煤厂用的极少。外虑式真空过滤机根据卸料方式不同可分为刮刀卸料、绳带卸料和折带卸料三种。
2.3带式压滤机
带式压滤机是一种连续工作脱水设备，其结构简单，操作方便。虽然只有20多年的历史，但发展迅速。
带式压滤机是通过物料在两条皮带间运行过程中，收到挤压和剪切作用，并受到重力作用使水分排出的。在脱水过程中，必须借助絮凝剂，使物料首先形成絮团，然后在压滤机挤压作用下，排出水分，絮团形成紧密的滤饼，实现固液分离过程。
带式压滤机最大优点是连续工作，因而单位面积处理能力高，耗电量低。当絮凝选择和使用得当时，产品水分低。此外，它还具有结构简单、操作方便、占地面积小等优点。
带式压滤机工作压力一般为0.4-0.7MPa.
2.4加压过滤机
加压过滤技术是一项世界公认的先进脱水技术，依此技术没汁的加压过滤机，经过实践技术和工艺已相对成熟 。该设备具有处理能力大、滤饼水分低、能耗低和伞自动操作等特点，并且随着加压过滤技术的不断发展，加压过滤机在煤炭行业的应用范围也越来越广。
其主要优点有：
1、产品水分低。滤饼水分小于20％ ，加压过滤机工作压力可在0．30Mpa以下自由设定，正常生产时维持在O 25—0．28MPa，可保证产品水分20％左右.
2、处理能力大。由于加压过滤机的过滤压力增加，加之对滤液系统进行了改造，所以加压过滤机的生产能力大幅度提高。
3、自动化程度高。加压过滤系统由计算机控制，加压过滤机的启动、运行、停止及特殊情况下的短时等待均为自动操作，液位、料位自动调整和控制，计算机屏幕实时显示各工作参数，各功能参数可在计算机画面上直接修改。
虽然加压过滤机优点多，但由于加压过滤机系统比较复杂，因此故障率高，主要发现以下问题：(1)加压过滤机的处理量随煤质的不同而显著变化，排料时间在8O秒至600秒之间。粒度组成好时，排料时间在9O秒左右，粒度组成细时，处理量下降。(2)滤板、滤布损坏较快，滤液浓度高。(3)控制阀门损坏过快，影响生产的连续性和稳定性。主要是电磁阀与气动蝶阀。
当然浮选精煤脱水技术设备还有其他一些，这里就不一一列举了。
3浮选精煤脱水技术发展方向预测
现在浮选精煤脱水技术大多在设备的压力和离心因素两发面做研究，这些都是通过提高设备性能来改善浮选精煤脱水效果的，但是这样虽然降低了浮选精煤水分，却不可避免增加了能耗，这与我们的节能减排的科学发展观不符，所以笔者认为今后浮选精煤脱水技术主要从改善入料性质这发面来入手，使其在相同的压力和离心力作用下由于入料性质改变，脱水效果得到改善。
随着机械化采煤和煤炭洗选加工的发展，细粒和超细粒煤泥在人洗原煤中的比例越来越大，使得选煤厂原有设备对这部分煤泥的脱水变得越来越困难。实践证明，当过滤人料中徽细粒子(小于400目)含量增多时，容易发生过滤介质堵塞、滤饼致密、透气性恶化等现象，从而引起脱水速度降低、滤液浓度增高、滤饼产率下降、滤饼水分增高等一系列严重问题。这不仅直接影响到洗煤厂的经济效益， 同时也给煤泥水的后续处理带来困难。我国目前强化浮选精煤脱水的最有效办法是使用凝聚剂，如聚丙烯酰胺(PAM)等。它能大幅度提高过滤机的处理能力，改善煤饼脱落效果，但煤饼水分没有明显下降。另外据资料介绍，在煤浆中加入阳离子絮凝剂可改变煤浆的物理性质，能使煤浆中煤泥的分层情况得以改善，使煤浆的粒度组成和浓度均匀，大大降低滤饼水分，提高滤饼的脱落效率。
总之，采用添加药剂的方法来改善浮选精煤脱水状况是一种很值得研究的，现在这方面的研究不多，所以这方面有很多空白需要填补，未来将会是改善浮选精煤脱水的主要方向。
结语
浮选精煤中的水分脱除的主要是毛细水分和自由水分，现有精煤脱水技术主要在脱水设备上改进，已取得很多成果，但发展速度减缓，未来的改进方向将在脱水药剂这方面进行。
参考文献
[1]吕向前，刘炯天.浮选精煤中水的存在形式与脱除.选煤技术,2005,24（1）.
[2]谢广元等.选矿学.徐州：中国矿业大学出版社，2010
[3]陈建中，沈丽娟，赵跃民.选矿机械.徐州：中国矿业大学出版社，2012
[4]夏畅斌，何绪文.有机高分子絮凝剂用于浮选精煤脱水的研究.煤炭加工与综合利用， 1996,1
[5]张敬波，王强强.浮选精煤脱水系统技术改造.洁净煤技术,2011,17（4）
[6]鲁晏.有关浮选精燥脱水设备的选用.煤炭加工与综合利用,2002,4
[7]左涛.浮选精煤脱水研究与实践.安徽工程科技学院学报,2004,19（2）
[8]范桂荣，张景来.高分子助剂在浮选精煤脱水中的应用。辽宁化工，2001,30（12）
[9]赵永喜.快开式隔膜压滤机在浮选精煤脱水系统的应用.煤炭加工与综合利用，2012
[10]周家政，杨德应，齐国柱.用压滤机进行浮选精煤脱水的试验.
Status of dehydration technology research on coal after flotating and prospect
GONG Bin-bin
(Chemical Eng ineering School, China University of Mining and Technology, Xuzhou , China)
Abstract:The paper shows the situation of dehydration technology research on coal after flotating From the form of the water in coal , dewatering equipments of coal after flotating and agents .
Key words:State of water;coal after flotating;dewatering equipments;agents
