物料脱水方法及工艺高等教育

要 六、煤泥水处理流程 七、洗水闭路循环
八、选矿产品脱水工艺流程（介绍）
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固液两相体系分类
固
悬浮体
液
两
相
体
系
松散体(脱水产品)
粗粒悬浮体系
细粒悬浮体系 (煤泥水)
在上述三种体系中，粗粒悬浮体系和细粒悬浮体系是固
液分离的对象，松散体则是固液分离的产品与目标。掌握它
们的组成、性质、特点是进行固液分离作业的基础。
固液、固气分离技术
分离技术广泛应用于化工、矿业、发电、制药、环 保等许多工业部门。分离技术主要指固液之间的分离和 固气之间的分离。
教材与教学参考书： 《选矿学》、《选煤厂固液、固气分离技术》 《选煤厂产品脱水》、《矿物资源加工技术与设备》
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概述-固液分离
固液分离是指从固液两相体系中把二者分开的过程。 对于选煤厂而言，是围绕分选产品脱水和生产水再生复 用，把水从煤中脱除(脱水)、把煤从水中脱除(澄清水)的一 系列作业。 对于选矿厂而言，是指从悬浮液中分离出固相和液相物 料，实现回收有用固体(废弃液体)、回收液体(废弃固体)、 回收固体和液体、分级与脱泥的目的。
粒度, μm
煤泥水有效粘度与煤泥粒度在不同固体 含量（g/l）中的关系
1-10；2-25；3-50；4-75；5-100；
5. 煤泥水的分散状态
对颗粒表面状况起决定作用的是表面电性。在煤泥水体 系中，由于水质条件差异，决定了颗粒电动电位的不同，从 而使得煤泥水处在一个分散与凝聚的中间状态(图)。这就是 具有相同粒度组成的煤泥水特性大不相同的根本原因。
分散态
凝聚态
煤泥水状态
煤泥水状态示意图
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6. 煤泥水粘度
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课程章节安排
第一章 物料脱水方法及工艺 第二章 粗粒物料脱水设备 第三章 沉降与分级 第四章 凝聚与絮凝 第五章 细粒物粒脱水方法与设备
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第一章 物料脱水方法及工艺
一、粗粒悬浮体系
二、煤泥水的组成及性质 内 三、松散体水分及其脱水方式 容 四、粗粒产品脱水工艺
概 五、细粒产品脱水工艺
低浓度条件有利于固体颗粒的沉降，高浓度条件有利 于煤泥水的过滤与压滤。
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3. 煤泥水浓度
煤泥来源主要有以下三种：
原生煤泥：开采及毛煤运至选煤厂过程中产生的煤泥。
次生煤泥：在选煤生产过程中形成的煤泥，如筛分、破碎、
分选等作业环节。
循环煤泥：在循环过程中产生的煤泥，如煤泥水的浸泡、
泵送等。
选煤厂煤泥水浓度受到采煤方法及过程、选煤过程与泥化
质组成，粒度分布及选
煤厂的煤泥水也不尽相同。
下面仅作一般性讨论。
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1. 固体物质组成
煤泥水中的固体物质又统称煤泥。 煤泥包括有机质碳和无机质两部分。 与原煤不同，处于不同作业的煤泥的物质组成变 化可能很大。如浮选入料与浮选尾矿，尾煤浓缩机入 料与细泥积聚严重的溢流。 由于有机质具有不易泥化和表面疏水的特点，富 含有机质的煤泥水的固液分离是比较容易实现的(如 浮选精煤过滤)。
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1. 固体物质组成
煤中无机矿物质包括粘土矿物(高岭石、伊利石、 绿泥石、蒙脱石)、硫酸盐(石膏)、碳酸盐(方解石)、 氧化物(石英)、硫化物(黄铁矿)、氯化物(氯化钠、氯 化钙)。
其中粘土矿物大约占整个矿物质80%左右(总体统计 结果)，其它矿物含量则视煤源差异很大。
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矿物在煤泥水中的影响
不等，硬度从1-2°德国度到80-90°德国度，差异也较大，这
是造成煤泥水处理难度差异大的根本因素。煤泥水的pH值一
般为6-9，基本上呈中性范围。
煤泥水的水质受到诸多方面因素影响。主要有补加水来源
及水质状况，煤中矿物类型及含量，选煤工艺及过程等。
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水的类型
极软水 软水 中等硬度 硬水 极硬水
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2. 水
通常用矿化度(有时采用电导率)、硬度和pH值表示水质
状况。矿化度代表水中总离子数量；硬度代表水中高价阳离子
构成(主要指Ca2+、Mg2+)，pH值为水的酸碱度。
一般说来，矿化度越大，硬度越高，煤泥水的固液分离特
性就越好。
目前，选煤厂生产水的矿化度从几百mg/L到3000mg/L
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2. 水
水为煤泥水存在提供物质基础，但同时对其生存起决 定性影响。水的作用主要体现在水的极化特性与水中的离 子构成。
煤泥水中的离子构成与天然水相近。主要离子包括 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-。由于矿 物氧化、溶解以及人为添加，煤泥水中有时含有较多的 Fe3+、Fe2+、Al3+、Al3+、Cu2+等高价金属离子以及它 们的络合物。
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二、煤泥水的组成及性质
煤泥水泛指-0.5mm物料与水构成的两相悬浮体系。
在选煤厂，除干法作业外，无处不存在煤泥水。通常
情况下，它是指重选脱泥筛筛下或重选产品脱水分级之
后的煤水流(重介质流属于细粒两相悬浮体系，但不同于
煤泥水，不在固液分离中讨论)。
即使同一个选煤厂，处于不同工艺环节的煤泥水在物
程度，选煤过程中颗粒与介质的相对运动速度，选煤过程中的
用水量，细泥的积聚状况等影响。
实际生产中为满足各个作业的浓度要求，常用浓缩设备调
节煤泥水浓度。
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4. 煤泥粒度组成
粒度组成是指物料按粒级的分布，它是松散物料的重要性 质。通常按粒度把煤泥分为粗煤泥与细煤泥两类。
粗煤泥：指粒度大于35-45um的部分。由于粒度较粗， 重力作用占主导地位，这部分煤泥易于沉降和过滤。
2）尾矿脱水；
3）中矿脱水；
4）分级脱泥。
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一、粗粒悬浮体系
粗粒悬浮体系由原料煤与水构成，它以含有大量大于 0.5mm粒级物料为特征。在选煤厂，它具体是指跳汰，重 介等重选过程以及重选产品脱水前的煤水两相体系。
由于重选分选下限为0.5mm，工艺上往往要求在重选 后把产品中-0.5mm部分脱除，或在重选前预先脱除这部 分物料。因此，粗粒体系的固液分离实际上是与固体物料 0.5mm分级联系在一起的。或者说是+0.5mm物料与0.5mm煤泥水的分离。
硬度，对煤泥的沉降和过滤也构成极大影响。
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矿物在煤泥水中的影响
2) 矿物溶解作用 在上述矿物中，氯化物为易溶矿物，石膏为微溶矿 物，方解石为难溶矿物。矿物溶解改变了煤泥水的水质， 进而改善了煤泥水的特性。矿物溶解有利于固液分离过 程。 3) 硫化矿的氧化溶解 以黄铁矿为代表，矿化矿物在煤泥水中容易被氧化， 生成溶解度较大的硫酸盐类，它的对煤泥水作用与 2） 相同。
细煤泥：指粒度小于35-45um部分。其表面力上升为主 要矛盾，重力作用小，煤泥水通常情况下呈稳定悬浮体存在， 沉降和过滤难度增加。
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4. 煤泥粒度组成
煤泥粒度组成对煤泥水性质有十分重要影响。在选煤
厂，不同作业的煤泥粒度组成相差较大，浮选尾煤比精煤
粒度细，浓缩底流比溢流高，高灰积聚的溢流中则以微细
煤泥水粘度用“有效粘度”表示。它是煤泥水浓度， 细泥含量、分散状态的综合体现。
在选煤厂，细泥含量增大，煤泥水粘度增加。粘度增 加对整个分选和煤泥水处理都带来不利影响。减少细泥循 环与积聚，降低洗水浓度，是降低煤泥水粘度，改善分选 作业效果的有效途径。这充分体现了进行固液分离的必要 性。
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6. 煤泥水粘度
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脱水方法
根据工艺环节的不同，脱水方法可以分为以下几种: 1）重力脱水
指依靠重力作用而实现的脱水。可细分为自然重力脱水 及重力浓缩脱水。
自然重力脱水是指利用物料颗粒表面水分的重力作用而脱 水，如脱水斗子及脱水仓等；
重力浓缩脱水指依靠细粒物料的重力作用，在液体中沉降 的方法来实现固液分离，如浓缩机、沉淀池等。
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脱水方法
3）热能脱水 指利用热能使物料中的水汽化而蒸发的脱水，如热力干
燥及日光曝晒等。 4）磁力脱水
指利用磁场对磁性物料产生的磁力来实现的固液分离， 如磁力脱水槽。 5）其它脱水方法
物理化学脱水 指利用吸水性的物体或化学品（如生石灰） 吸收水分，从而实现固液分离。
电化学脱水 固液混合物在外加电场作用下，水分子带正 电荷移向阴极，固体细粒带负电荷移向阳极，从而实现固液 分离。
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固液两相分离工艺
选煤厂的固液两相分离工艺主要包括：
1）粗粒产品脱水，主要为重选产品脱水；
2）细粒产品脱水，包括浮选精煤、尾煤及煤泥脱水等；
3）煤泥水处理，指以细粒悬浮液的沉降分离为核心，包
括分级、浓缩、澄清、煤泥水外沉淀、洗水循环、散失煤泥水
回收等作业。
选矿厂固液分离工艺主要包括：
1）精矿脱水；
水的硬度等级
硬度
毫克当量/L
德国度
<1.5
<4.2
1.5-3.0
4.2-8.4
3.0-6.0
8.4-16.8
6.0-9.0
16.8-25.2
＞6.0
＞25.2
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3. 煤泥水浓度
煤泥水浓度代表煤泥水中的煤泥含量。它是煤泥水的 一个重要指标。在选煤厂，不同作业煤泥水浓度相差很 大，浮选入料浓度50-120g/L；浮选尾煤浓度十几到几 十g/L；循环水浓度可以从0-200g/L；压滤机入料浓度 要求达到400g/L以上。
1) 吸水膨胀性
分散呈微米级颗粒存在，同时还能产生表面离子交换
吸附。
吸水膨胀性对固液分离不构成直接影响，但由于吸水
膨胀使矿物颗粒解离呈微细粒分散存在（严格意义上的
泥化），改变了煤泥水的粒度组成，大大增加了固液分
离的难度。这是造成选煤过程中细泥积聚，尾煤过滤性
差的直接原因。
表面离于交换吸附改变了水中离子构成，降低了水的
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脱水意义
➢1) 达到用户和运输对产品水分要求。 ➢2) 充分利用水资源，维持选煤厂正常生产。 ➢3) 减少或堵绝废水外排，改善厂区及周围环境。 ➢4) 防止煤泥流失，及时回收并合格利用能源。
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概述-固气分离
固气分离是指将固气两相混合体系分开的过程，也可 叫除尘。
固气分离主要应用于： 1) 选矿厂或选煤厂的原矿或原矿准备车间，如原煤筛分、 破碎车间；转载点等易产生粉尘的地方。 2) 有热力干燥系统的选煤厂必须设置除尘环节。 3) 干法选煤厂中，除尘环节也是必不可少的。 固气分离的意义在于： 1) 减少或杜绝带尘气体的外排，保护工作环境，实现文 明生产；改善厂区及其周围的环境。 2）防止煤尘流失，回收、利用矿产资源。 相对于固液分离，固气分离所占比例较少。
粒为主。选煤厂常用分级设备进行粒度调节。
粒度组成通常用粒度分布曲线和累计粒度曲线表示。
有时也可采用粒度中值、粒度重值、粒度平均值等表示。
要注意在不同场合下所采用的粒度概念，如在沉降分
离中采用水力粒度，如斯托克斯直径；而在筛分，过滤时，
采用几何粒度；如当量球体直径、筛分时能够通过颗粒的
最小方孔宽度。
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粗粒两相体系的固液分离的特点
粗粒两相体系的固液分离非常容易进行，其原因是： (1) 固相颗粒的快速沉降
由于粒度粗，颗粒表面力小，重力对其行为起决定性 作用。固体物料在重力作用下很快下沉并呈紧密堆积， 容易实现沉降分离。
(2) 水的快速渗流 由于颗粒粒度粗，颗粒间间隙大。水很容易从固体颗 粒之间通过或排出。因此物料脱水容易。
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5. 煤泥水的分散状态
煤泥水的分散状态首先取决于煤泥的粒度组成。由于大
于35-45um的粗粒煤泥呈不稳定状态，容易沉降分层。因
此，煤泥水的分散状态主要由小于35-45um的细粒煤泥行
为所决定。
促使颗粒呈分散状态的主要为界面电性作用和水化作用。
界面电作用是指颗粒带同样电荷而互相排斥；水化作用是指
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脱水方法
2）机械力脱水
指依靠机械力而实现的水和物料的分离。可细分为筛 分脱水、离心脱水及过滤脱水。
筛分脱水指靠物料与筛面作相对运动产生的惯性力而脱 水，如直线振动筛的脱水；
离心脱水指利用离心力作用使固液分离或提高煤泥水的 浓度，如过滤式离心脱水机和沉降式离心脱水机等脱水；
过滤脱水指使液体透过细密的纤维织物或金属丝网而留 住固体，并用真空或压力以加速其分离的一种固液分离过 程。如真空过滤机、加压过滤机等的脱水。
水化膜阻止颗粒直接接触而相互靠近。经过压缩双电层和除
去表面水膜，颗粒间的分子作用力上升为主要矛盾，颗粒呈
凝聚状态(如下图)。
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5. 煤泥水的分散状态
放电 充电
去水作用 水合作用
颗粒表面荷电 并覆盖水化膜
颗粒表面 覆盖水化膜
压缩双电层并除 去水化膜的颗粒
图 煤泥水颗粒表面状态示意
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