煤泥水處理技術(shù)的成因分析與研究現(xiàn)狀

江繼濤 李多松 賈菲菲 張 曼

(中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)測學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

引言

煤泥水是原煤在水中經(jīng)過分級、脫泥、精選、脫水等作業(yè)后分選出產(chǎn)品，大量粒度小于0.5mm的顆粒殘留在水中形成的。煤泥水因其成分不同，性質(zhì)不穩(wěn)定，處理工藝復(fù)雜，一直是洗煤廠對其處理的難點。實現(xiàn)煤泥水的高效澄清，以達(dá)到洗水的閉路循環(huán)，不僅可以大量的回收礦產(chǎn)資源，節(jié)約工業(yè)用水量，而且還可以防止煤泥水的外排對環(huán)境造成的影響。因此，煤泥水的處理一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點，對其做了大量的工作。

1 煤泥水難沉降的成因分析

1.1 粒度分析

粒度大小是影響煤泥水沉降性能主要因素。微細(xì)顆粒在煤泥水中一方面受到自身重力和浮力的作用，另一方面受到布朗運(yùn)動的作用。粒度越小，顆粒在廢水中的沉降速度越小，在廢水中受到的布朗運(yùn)動力也越明顯；且粒度小于0.045mm時，顆粒在廢水中主要受到布朗運(yùn)動力的影響，微細(xì)顆粒表面通常帶有負(fù)電，顆粒之間互相排斥，極易形成較穩(wěn)定的膠體溶液，不易沉降，處理起來難度較大。劉志勇、王立成、閆芳、胡曉東、張凌云分別對望峰崗選煤廠、東河礦選煤廠、任樓選煤廠、新莊選煤廠和太原選煤廠洗選所排出的煤泥水進(jìn)行粒度檢測，其中粒度小于0.045mm的顆粒所占的比例分別為49.36%、65.67%、33.29%、70.22%、60%。由此可見，解決好煤泥水中微細(xì)顆粒的沉降問題，對實現(xiàn)煤泥水的高效澄清至關(guān)重要。

1.2 煤泥水中的礦物組成

大多數(shù)洗煤廠的煤泥水中除了含有煤以外，還含有大量的伊利石和高嶺石等粘土礦物及少量的方解石、滑石、白云石等硫酸鹽礦物。而這些伊利石和高嶺石等粘土礦物具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，因其含有Al2O3和 SiO2等物質(zhì)，在水中形成一層水化膜，該水化膜阻止了顆粒與顆粒之間的接觸，從而形成穩(wěn)定的膠體形態(tài)，難以自身沉降，不僅如此，粘土礦物還會增加溶液的粘度，影響顆粒的運(yùn)動，降低顆粒的碰撞幾率，進(jìn)而造成水質(zhì)的惡化。因此粘土礦物高是造成煤泥水難以沉降的根本原因。

1.3 循環(huán)煤泥水礦物組成的變化

通過實測，興隆莊煤礦選煤廠沿著煤泥水流向，固相組成相對含量不斷變化，主流向的灰分由15%上升到60%，也即高嶺石等粘土礦物的相對含量不斷提高，煤泥水的沉降性能越來越差。

1.4 煤泥水水質(zhì)的影響

煤泥水水質(zhì)的硬度越大，對煤泥水的沉降性能就越有利。難沉降的煤泥水中除含有大量的微細(xì)顆粒和粘土礦物以外，其水質(zhì)的硬度普遍較低；通過實測，興隆莊煤礦洗煤廠入料處的水質(zhì)硬度為29.6DHo，循環(huán)水中的水質(zhì)硬度為27.3DHo；由此可知，循環(huán)煤泥水中的硬度呈現(xiàn)逐漸減小的變化，原因是其循環(huán)煤泥水中粘土礦物越來越多，將煤泥水中的鈣鎂離子吸附到自己身上越來越多，使煤泥水中的鈣鎂離子越來越少，造成循環(huán)煤泥水的硬度越來越小，細(xì)小煤泥顆粒的沉降性能越來越差。

1.5 煤質(zhì)、ζ電位對沉降性能的影響

煤按照煤階可分為泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤；按照煤巖可分為鏡煤、亮煤、絲碳。不同煤質(zhì)的煤洗選后形成的煤泥水的沉降性能相差較大，主要表現(xiàn)在地質(zhì)年代較長的煤，其煤化程度較高，所含的灰分較少，COD較小，且在洗選加工中不易破碎，煤泥水中所含的微細(xì)顆粒較多；反之，地質(zhì)年代較短的煤，其煤化程度低，灰分較高，COD較大，洗選加工中易破碎，微細(xì)顆粒相對較少，沉降性能相對較好。

ζ電位是在粘土礦物特殊的晶體結(jié)構(gòu)中，部分 AL3+被水中的 Ca2+、Mg2+所代替，而部分Si4+又被水中的Al3+所代替，進(jìn)而形成呈負(fù)電的晶體結(jié)構(gòu)與在水中和本體發(fā)生相對移動的"滑動面"之間的電勢差。因此，水中離子的濃度和價數(shù)能夠影響ζ電位的高低；離子的濃度越大或者價數(shù)越高，ζ電位就越低，顆粒之間的斥力就越小，就越容易發(fā)生沉降作用；反之，離子的濃度越小或者價數(shù)越低，ζ電位就越高，顆粒之間的斥力就越大，沉降作用就越難發(fā)生。

2 煤泥水的研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)處理煤泥水的技術(shù)主要采用絮凝處理，研究方向主要集中在以下幾個方面：（1）對煤泥水的組成和性質(zhì)進(jìn)行研究① 采用先進(jìn)的粒度分析儀器對煤泥水極細(xì)顆粒粒度組成進(jìn)行測定，得到統(tǒng)計粒子直徑分布數(shù)據(jù)。② 分析煤泥煤巖成分，確定煤泥中的粘土含量。

（2）探討粒度與沉降速度的關(guān)系

（3）建立煤泥性質(zhì)―加藥量―沉降特性數(shù)學(xué)模型 ，但目前難度很大，即使建立了也得不到業(yè)界的認(rèn)可，更不能在實際中得到應(yīng)用。

（4）確定合理的加藥量

（5）通過篩選實驗，確定加藥配方

3 存在問題

3.1 目前市場上很多絮凝劑的性能缺陷比較明顯

①無機(jī)分子量小，有機(jī)分子量雖大，但難溶解、有毒、粘度大、利用率低，且價格高。

② 天然有機(jī)雖然無毒，易溶解，來源廣，價格低，但效果較差，不穩(wěn)定。

③無機(jī)鋁類絮凝劑存在微量鋁殘留問題，無機(jī)鐵類存在腐蝕、增加色度等問題。

④ 單獨使用都存在各自的缺點，因此復(fù)合絮凝劑可以實現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，大大提高絮凝劑的綜合性能。

3.2 對用于高灰細(xì)粒度煤泥水處理的絮凝劑的研究不夠

目前對高灰細(xì)粒度難沉降煤泥水的研究主要集中在對煤泥水本身的成分、性質(zhì)進(jìn)行研究，對現(xiàn)有絮凝劑進(jìn)行篩選，對加藥條件進(jìn)行試驗確定，而對專門用于高灰細(xì)粒度煤泥水處理絮凝劑的研究還很少，急需加強(qiáng)。

3.3 煤泥水處理技術(shù)工藝的發(fā)展較慢

現(xiàn)有水處理工藝的混合反應(yīng)及沉淀設(shè)備是針對傳統(tǒng)絮凝劑的特點而設(shè)計的，往往不能充分發(fā)揮復(fù)合絮凝劑的優(yōu)點，反而抹殺它的特殊功能，因此人們在開發(fā)復(fù)合絮凝劑的基礎(chǔ)上，會提出一種與復(fù)合絮凝劑相適應(yīng)的高效絮凝集成工藝，這必將推動接觸凝聚反應(yīng)器包括攔截反應(yīng)沉淀系統(tǒng)、微渦旋反應(yīng)系統(tǒng)、深床接觸凝聚過濾等系統(tǒng)的發(fā)展。

在這些系統(tǒng)中，強(qiáng)化反應(yīng)過程的接觸凝聚作用和微渦旋狀態(tài)，明顯減少反應(yīng)時間，大大提高沉淀或過濾效率，使反應(yīng)、沉淀和過濾工藝有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)絮凝機(jī)理的工藝化。

3.4 忽略了煤泥顆粒以外因素的影響

煤泥水處理藥劑不論是有機(jī)的、無機(jī)的，還是生物絮凝劑的開發(fā)和應(yīng)用，試驗中往往都選用單一煤泥水樣品做靜態(tài)的黑箱試驗，只注重沉降效果，忽略了煤泥水本身特性。所以在現(xiàn)場應(yīng)用和大范圍推廣的時候凸顯處理效果差、藥劑消耗大、成本高等現(xiàn)象；煤泥水處理工藝中，特別是濃縮機(jī)設(shè)計，只注重煤泥的顆粒學(xué)和動力學(xué)特性，輕視了異質(zhì)顆粒在水中的相互影響、水質(zhì)條件對顆粒間相互作用的影響，以及體系的動態(tài)特性，所以容易出現(xiàn)煤泥水難沉降的現(xiàn)象。

3.5 高灰細(xì)粒度煤泥水的處理仍是難題

①高灰細(xì)粒度煤泥（-325網(wǎng)目）不易絮凝沉淀，使選煤廠的生產(chǎn)用水達(dá)不到要求，無法正常洗煤，有時要被迫停產(chǎn)或采取補(bǔ)加清水的辦法，降低洗水濃度，維持洗煤生產(chǎn)。

②隨著采煤機(jī)械化程度的提高,細(xì)粒煤所占的比重越來越大，煤泥水系統(tǒng)運(yùn)行的好壞是影響選煤廠能否實現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的關(guān)鍵因素，解決高灰細(xì)粒度煤泥水難處理問題已成為目前各選煤廠正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。

[1] 張明旭，選煤廠煤泥水處理[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[2] 劉志勇，張東晨，煤泥水微生物絮凝劑絮凝機(jī)理的研究[J].廣州化工，2007，6（35）29-31.

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