磁種絮凝對煤泥水沉降效果的影響

呂玉庭，趙麗穎，楊 強

( 1．黑龍江科技大學礦業(yè)工程學院，哈爾濱150022;2．黑龍江龍煤礦業(yè)控股集團有限責任公司鶴崗分公司，黑龍江鶴崗154100)

磁種絮凝對煤泥水沉降效果的影響

呂玉庭1，趙麗穎1，楊 強2

( 1．黑龍江科技大學礦業(yè)工程學院，哈爾濱150022;
2．黑龍江龍煤礦業(yè)控股集團有限責任公司鶴崗分公司，黑龍江鶴崗154100)

采用磁種與絮凝劑相結(jié)合的方法對煤泥水進行絮凝沉降實驗，分析磁感應強度和磁種用量對煤泥水絮凝沉降速度和上清液濁度的影響。結(jié)果表明:煤泥水絮凝沉降速度隨磁感應強度的增大而增大，隨磁種用量的增加先增大后減小;上清液濁度隨磁感應強度的增大而減小，隨磁種用量的增大先減小后增大。在磁感應強度為0. 25 T、磁種用量為0. 3 g時，煤泥水的處理效果最佳。該研究為選煤廠煤泥水處理提供了新途徑。

煤泥水;磁種絮凝;沉降速度;磁感應強度;濁度

收稿日期: 2014－01－01
第一作者簡介:呂玉庭( 1971－)，男，山東省曹縣人，教授，碩士，研究方向:潔凈煤技術，E-mail: mynamelyt@ sina．com。

磁種法是在一定物理或化學條件下，向物料中添加強磁性微粒作為磁性種子，使磁種選擇性地吸附目的礦物或者脈石，從而使抗磁性物料具有磁性，或弱磁性物料磁性增強，以便進行分離的方法。磁技術在水處理和選礦方面取得了較好的研究成果。利用磁場處理礦井水，與未磁化相比濁度去除率提高4. 5%［1］;磁場對煤泥浮選礦漿參數(shù)有影響，研究表明，磁場能夠提高煤的可浮性，同時具有強化煤泥浮選脫硫降灰的作用［2］;利用磁場還能夠增大煤泥水絮凝沉降速度，降低煤泥水上清液濁度，提高煤泥水處理效果［3］。目前，磁種法已經(jīng)在工業(yè)廢水處理、城市污水凈化等領域得到了應用［4］，利用磁種法可有效去除廢水中的重金屬離子［5］、有機物［6］、油類［7］等，并可顯著降低水的濁度、色度、含磷率、營養(yǎng)物的含量。磁種法主要用于非煤礦物的選擇性絮凝分選，在濃度相對較高的選煤循環(huán)水凈化工藝中的應用尚未見報道。因此，筆者將磁種法引入到煤泥水處理中，研究磁感應強度、磁種用量對煤泥水處理效果的影響，以期為選煤廠煤泥水處理提供新途徑。

1實驗

1．1樣 品

實驗煤樣選用哈爾濱市依蘭選煤廠煤泥，該煤泥灰分較高，含有高嶺石、蒙脫石等易泥化礦物，粒度極細。實驗水樣選用自來水。煤泥水配制質(zhì)量濃度為40 g/L。

1. 2 儀器和試劑

儀器: FA1604型精密電子天平、磁力攪拌器、SHT－Ⅲ型數(shù)字式特斯拉計、TB－100型濁度儀、自制磁化裝置等。

磁化裝置:根據(jù)國標規(guī)定，煤泥水絮凝實驗應使用標有刻度的500 mL量筒。為能夠在沉降容器外側(cè)加入永磁鐵，將自制容量為250 mL、底面積為正方形、高為300 mm的有機玻璃沉降管作為磁化裝置。在沉降管兩側(cè)排布磁感應強度、規(guī)格相同的條形永磁鐵，兩塊磁鐵之間會產(chǎn)生磁場，從而對沉降管中的煤泥水起到磁化作用。在沉降管一側(cè)標示刻度以便觀測數(shù)據(jù)，通過更換不同磁感應強度磁鐵和改變兩排永磁鐵間的間距來調(diào)節(jié)磁感應強度。

試劑:以相對分子量為107、質(zhì)量濃度為1 g/L的非離子型聚丙烯酰胺( PAM)溶液作為絮凝劑，絮凝劑用量為30 g/t干煤泥，即在250 mL沉降管中添加0. 3 mL PAM溶液。選用選煤廠常用磁鐵礦粉作為磁種，其用量為0. 4～2．0 g/L，即在250 mL煤泥水中投加0. 1～0. 5 g磁種。

1. 3 方法

取250 mL質(zhì)量濃度為40 g/L的煤泥水，投入磁種粒子，上下翻轉(zhuǎn)均勻后，倒入外壁兩側(cè)裝有永磁鐵的沉降管中，按照MT190—1988《選煤廠煤泥水沉降試驗方法》進行煤泥水絮凝沉降實驗。每隔5 s記錄沉積液面高度，沉降10 min后用移液管抽取液面下100 mm處上層上清液50 mL，利用濁度儀測定上清液濁度。

2結(jié)果與討論

2．1磁種對煤泥水絮團形態(tài)的影響

在磁感應強度為0. 25 T、磁種投加量為0. 3 g條件下，對煤泥水進行絮凝沉降實驗。取少量底層煤泥絮團在顯微鏡下觀察煤泥水絮團形狀，見圖1。

圖1煤泥水顯微照片F(xiàn)ig．1 Micrograph of slime-water

未投加磁種煤泥水中煤粒呈分散狀態(tài)(圖1a) ;投加磁種后，由于煤的有機質(zhì)具有抗磁性，磁種在煤泥水中形成絮凝核心［8］，使煤粒圍繞磁種相互聚團，煤粒分散度減小并呈鏈狀結(jié)構(gòu)(圖1b) ;未投加磁種煤泥水絮團體積較小、絮團松散(圖1c) ;投加磁種的煤泥水中煤粒已經(jīng)開始團聚，當投加絮凝劑后，絮凝劑將已經(jīng)團聚的煤粒迅速包裹起來(圖1d)，煤泥絮團在重力的作用下迅速下沉，因而沉降速度加快，煤泥水中細泥被磁種粒子吸附，煤泥水上清液中細顆粒煤泥減少，煤泥水上清液濁度降低。

2. 2磁感應強度對煤泥水磁種絮凝沉降效果的影響

在絮凝劑用量相同( 0. 3 mL)的條件下，分別討論不同磁感應強度煤泥水磁種的絮凝沉降速度( v)和上清液濁度變化情況。實驗結(jié)果分別見圖2、3。

圖2沉降速度隨磁感應強度變化曲線Fig．2 Setting vessel changes with different magnetic flux density

圖3上清液濁度隨磁感應強度變化曲線Fig．3 Turbidity changes with different magnetic flux density

從圖2可以看出，隨著磁感應強度的增加，煤泥水絮凝沉降速度由6. 11 mm/s增加至8. 92 mm/s，沉降速度增加45. 99%，表明磁感應強度對煤泥水絮凝沉降速度有顯著影響，影響程度隨磁感應強度的增加而增大，最優(yōu)磁感應強度為0. 25 T。根據(jù)DLVO理論［9］，磁感應強度越大，對煤粒表面雙電層壓縮程度越強，更有利于煤粒與磁種接觸并吸附，因而加速了煤泥水絮凝沉降。

從圖3可以看到，隨著磁感應強度的增大，煤泥水上清液濁度值由130. 70 NTU減小到66. 22 NTU，濁度減小了49. 33%，說明磁感應強度對煤泥水上清液濁度影響比較大。這是由于隨著磁感應強度的增大，煤泥水中細顆粒與磁種相結(jié)合的量不斷增加，細顆粒煤泥隨著煤泥絮團沉降，煤泥水上清液濁度隨之減小。

2. 3磁種用量對煤泥水磁種絮凝沉降效果的影響

在投加0. 3 mL質(zhì)量濃度為1 g/L的PAM溶液，最優(yōu)磁場強度為0. 25 T的條件下，進行不同磁種用量( m)的煤泥水磁種絮凝沉降實驗，討論磁種用量對煤泥水絮凝沉降速度和上清液濁度的影響。實驗結(jié)果分別見圖4、5。

圖4沉降速度隨磁種用量變化曲線Fig．4 Setting vessel changes with different magnetic seeds dosage

圖5上清液濁度隨磁種用量變化曲線Fig．5 Turbidity changes with different magnetic seeds dosage

從圖4可以看出，煤泥水絮凝沉降速度隨磁種用量變化的趨勢是先增大后減小。磁種用量從0. 1 g增加到0. 3 g時，煤泥水絮凝沉降速度由7. 96 mm/s增加到8. 92 mm/s，沉降速度增加12. 06%;磁種用量繼續(xù)增加至0. 5 g后，煤泥水絮凝沉降速度反而減小，由8. 92 mm/s減小到7. 50 mm/s。隨著磁種用量的增加，以磁種為絮凝核心［9］的絮團也逐漸增多，絮團與絮凝劑結(jié)合重力加大，沉降速度加快;過量地投加磁種，會使絮團粘附在容器壁上，反而對沉降速度產(chǎn)生影響。

從圖5可以看出，隨著磁種投加量的增多，煤泥水上清液濁度呈先減小后增大趨勢，磁種投加量從0. 1 g增大到0. 3 g，煤泥水上清液濁度由79. 25 NTU減小到73. 87 NTU，上清液濁度降低6. 79%;繼續(xù)投加磁種，煤泥水上清液濁度明顯升高;隨著磁種投加量的增多，磁種對細顆粒煤泥水吸附量逐漸增多，煤泥水上清液濁度逐漸減小。當磁種投加量超過了最佳用量，煤泥絮團磁感應強度過大，絮團粘附在容器壁上，影響絮團下降，反而使煤泥水上清液濁度增大，影響磁種對絮團的吸附作用。

3結(jié)論

( 1)投加磁種能夠使煤泥顆粒以磁種為核心相互聚集，更有利于細顆粒煤泥的凝聚。磁種絮凝能夠加快煤泥水絮凝沉降，顯著減小煤泥水上清液濁度，與傳統(tǒng)絮凝沉降方法相比處理效果較好。

( 2)磁感應強度對煤泥水絮凝沉降速度和上清液濁度都有積極作用，隨著磁感應強度的增大，煤泥水絮凝沉降速度逐漸增大，上清液濁度逐漸減小。最優(yōu)磁場強度為0. 25 T，煤泥水沉降速度增加45. 99%，上清液濁度減小49. 33%。

( 3)磁種用量影響煤泥水絮凝沉降效果，隨著磁種投加量的增大，煤泥水絮凝沉降速度先增大后減小，煤泥水上清液濁度先減小后增大。磁種用量為0. 3 g時，煤泥水絮凝沉降效果最佳，沉降速度增加12. 06%，上清液濁度減小6. 79%。

［1］ 李 哲，劉鳳娟．磁場強化混凝處理礦井水［J］．黑龍江科技學院學報，2012，22( 6) : 581－584．

［2］ 李 哲，邊炳鑫，何京東．磁化技術對煤泥水處理工藝影響的研究［J］．黑龍江礦業(yè)學院學報，1998，8( 3) : 6－8．

［3］ 呂玉庭，趙麗穎，時起磊．磁場對煤泥水絮凝沉降效果的影響［J］．黑龍江科技學院學報，2013，23( 5) : 424－426．

［4］ 雷國元．磁種和磁處理技術在廢水處理中的應用［J］．上海環(huán)境科學，1997，16( 11) : 24－27．

［5］ 孫水裕，張俊浩，劉炳基，等．磁種凝聚－磁分離技術處理含Ni2 +電鍍廢水的研究［J］．環(huán)境工程學報，2002，20( 4) : 17－19．

［6］ 鄭必勝，郭祀遠，李 琳，等．應用高梯度磁分離技術處理糖蜜酒精廢水［J］．環(huán)境科學學報，1999，19( 3) : 252－255．

［7］ 朱又春．磁分離法處理餐飲污水的除油機理［J］．中國給水排水，2002，18( 7) : 39－41．

［8］ 趙明慧，周集體，邵冬海．磁化學技術在水處理中的應用［J］．環(huán)境污染治理技術與設備，2003，4( 4) : 79－84．

［9］孫華峰．DLVO理論在煤泥水絮凝機理中的應用分析［J］．選煤技術，2013( 1) : 39－41．

(編輯 荀海鑫)

Effects of magnetic seeds flocculating on slime-water sedimentation

LYuting1，ZHAO Liying1，YANG Qiang2
( 1．School of Mining Engineering，Heilongjiang University of Science＆Technology，Harbin 150022，China; 2．Hegang Branch，Heilongjiang Longmay Mining Holding Group Co．Ltd．，Hegang 154100，China)

This paper describes an experiment aimed at the flocculation and sedimentation of slimewater by combining magnetic seeds with flocculent and an analysis of the effect of magnetic flux density and magnetic seeds dosage on setting vessel and turbidity．The analysis suggests that the slime water has a flocculation settling velocity which tends to increase with an increase in the magnetic flux density and shows an initial increase and a subsequent decrease，determined by the increase in magnetic seeds dosage; the slime water gives less turbidity due to increased magnetic flux density and an initial decrease and a subsequent increase，triggered by increased magnetic seeds dosage．The magnetic flux density of 0．25 T and magnetic seeds dosage of 0．3 g provide the best treatment of slime-water．This study would be a new way for slime-water treatment．

slime-water; magnetic seeds flocculating; setting vessel; magnetic flux density;turbidity

10. 3969/j．issn．2095－7262. 2014. 02. 010

TD94

2095－7262( 2014) 02－0153－04

A