煤泥水沉降技术

摘要：煤泥水系统的运行好坏直接影响选煤厂能否实现洗水闭路循环，关系到选煤厂的正常生产。当前，国内选煤厂大多采用的是混凝沉淀法。采用磁种絮凝技术处理煤泥水是一个新的研究方向，该技术是将污染物与磁性颗粒结合，再通过磁场，受磁力作用予以分离去除，从而达到去污的目的。

关键词：煤泥水沉降；混凝沉淀；磁种絮凝

引 言

煤泥水处理不好会造成水资源浪费和环境污染。而且会对选煤厂正常的生产作业造成影响。可以说，煤泥水治理是选煤厂正常生产作业的关键问题之一。

煤泥水处理在选煤厂中变得越来越重要，由于大量极细颗粒的存在，使得煤泥水处理起来十分困难。虽然随着高效絮凝剂、工艺流程及设备的不断开发和改进使这一现象已有所改观，但并没有从根本上消除煤泥水对选煤厂正常生产造成的影响。因此，进一步研究新型的煤泥水处理技术在实际生产应用中是势在必行的。

传统上煤泥水的处理方法有混凝沉淀法、电化学法、磁处理法等。然而，在环境工程上，工业废水中没有磁性的污染物可用磁处理法除去，即用磁性物(即磁种)来吸附它们，然后再用磁场处理，达到废水处理的目的。因此，研究磁种絮凝分离技术处理煤泥水的工艺，探究该方法处理煤泥水的优势，不仅为解决当前很多选煤厂存在的煤泥水处理不达标的问题，实现选煤厂煤泥水循环利用和提高精煤质量具有重要的现实意义，而且该研究填补了磁种絮凝工艺在煤泥水处理中的理论空白。

1. 煤泥水概况

1.1 煤泥水的产生

目前，在我国煤炭是主要能源，占一次能源的70%左右，在未来相当长的时间内，煤炭在我国能源结构中的主体地位不会改变。

湿法选煤需要大量的水，原煤在水中经分级、脱泥、精选、脱水等作业后分选出产品，大量粒度小于0.5 mm的颗粒残留在水中形成煤泥水。

煤泥水有两种，一种是煤质较好的原煤洗选所产生的洗煤废水，这类废水所含的颗粒粒度较大，浓度较低，处理相对比较容易。另一种是高泥质原煤洗选所产生的洗煤废水，这类废水悬浮物浓度高，颗粒细小，且表面带有较强的负电荷，是一种稳定的胶体体系，难于处理。我国有相当数量的原煤是年轻煤种，属于高泥质化原煤，洗选所产生的洗煤废水浓度高，处理难度大。

1.2 煤泥水的特点

煤泥水是一种复杂的多分散体系，它由一些粒度、形状、密度、岩相等不同的颗粒，以不同比例混合而成。煤泥的成分很复杂，各选煤厂煤泥的矿物组成以及岩相特征都不一样。

煤泥水主要表现为悬浮液的性质，它的沉降性不仅受固相煤泥的影响，还受液相水的影响。在固相煤泥性质中，煤泥的粒度及灰分对絮凝、沉降性质影响最大；而煤泥的矿物组成较为复杂，随产地、煤种不同而不同，主要有石英、方解石、粘土和黄铁矿等，对煤泥水的处理及产品的脱水影响较大的是粘土矿物。由于粘土矿物遇水极易泥化且粒度微细,大大增加了煤泥水中细粒级的含量，这些微细颗粒物本身难以沉降而且还使煤泥水的粘度大大增加。因此粘土类矿物含量越高，意味着煤泥水处理越困难。

1.3 煤泥水的危害

随着选煤机械化程度的提高，细粒煤所占的比重越来越大。同时，对选煤产品的要求愈加严格、选煤工艺的愈加复杂、选煤厂的大型化愈加明显，以及水资源的愈加珍贵和环境保护标准的愈加苛刻，煤泥水处理已经变成了整个选煤工艺中涉及面最广、投资最大、最复杂、最难管理的工艺环节。它的完善程度、管理水平及效果好坏反过来又对其他环节产生很大影响，甚至决定全厂的经济指标、技术效果和社会效益。

2 .煤泥水处理技术现状

目前，国内外对处理煤泥水的研究主要有混凝沉淀法，电化学法，磁处理法等。

2.1 混凝沉淀法

基本原理是煤泥水的“稳定性”与胶体的ζ电位间存在一定依存关系，如果在煤泥水中加入混凝剂降低ζ电位，则“稳定性”被破坏，颗粒可沉降。通过向煤泥水中加入各种混凝剂，使分散颗粒与溶解态絮凝剂间产生固-液相间的化学吸附、电中和脱稳以及粘结架桥作用，同时在流体力学作用下进行强化脱稳、颗粒间碰撞结合，从而形成大的絮团颗粒而迅速沉降，达到加速煤泥水澄清的目的。

煤泥水中普遍使用的絮凝剂是PAM，借助其“桥联”作用促使颗粒形成絮团，加速沉降。PAM的加入可提高煤泥颗粒的沉降速度，形成较密实的固体沉淀物，但所得表层液浑浊，透光率低，表明其中仍有许多细泥颗粒未能沉降。这主要由于是细泥表面带有较强的负电荷，静电斥力阻碍了药剂与颗粒表面的作用。实际生产中,表层液要用作循环水，其浓度过高对分选设备的效率、精煤产品的质量等都将产生不利影响,严重时甚至导致全厂停产。

2.2 电化学法

研究表明，煤粒表面带负电荷。这些电荷基本上集中在胶体部分，虽然电荷量很小，但正是这些电荷决定了细粒煤的一系列电化学特性。这些电化学特性对煤泥的电化学脱水有直接的影响。在中性水中煤浆表面带负电荷。溶液中的金属阳离子M+作为反离子进入扩散层和固定层形成双电层。向溶液中加入Al3+后，Al3+强烈的电性作用甚至可交换固定层中的M+，使表面正电荷过剩，即Stern层显正电性质。此时，阴离子反而成为反离子，形成新的扩散双电层，表面热力学电势φ虽无变化，但φ和电动电势ζ先减小，后改变符号。

对煤泥水进行电化学预处理，改变了煤泥水中固体颗粒表面的电荷量，通过电解质在水中电解产生的离子去消除固体表面电荷、压缩双电层，从而达到减小甚至消除相同固体颗粒之间的相互排斥作用而使其凝聚。这是由于通过电化学预处理后，可以降低煤表面的电荷，强极性官能团转化为弱极性官能团，憎水性增强,煤泥易于沉降。氢键缔合的羰基的峰强度增大，是煤中羰基数量增多，和羟基结合数量增多所致。

采用电处理法处理煤泥水能够改善沉降效果，到目前为止该方法还没有得到广泛应用。主要研究有董宪姝，姚素玲等人采用电化学预处理煤泥水的方法，考察了电解后煤泥水的沉降特性，研究并优化了电解条件。结果表明：采用电解质对煤泥水进行电化学预处理后沉降效果得到明显改善，沉降速度提高约3cm/min，上清液浊度降低约8.3 NTU。