煤泥水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

黃緩緩

(安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

我國(guó)煤炭分選以濕法分選為主，所產(chǎn)煤泥具有粒度細(xì)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。隨著機(jī)械化采煤程度的提高，細(xì)粒煤在煤炭中占比逐漸升高；在煤炭洗選加工過程中，在破碎、篩分等環(huán)節(jié)作用下，細(xì)粒煤含量將進(jìn)一步升高。在濕法分選工藝中，煤泥含量過高會(huì)造成壓濾脫水困難，煤泥水處理不當(dāng)，在很大程度影響生產(chǎn)穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。

煤泥水中較大粒度顆粒的濃度較低，大部分煤泥顆粒細(xì)小，且表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷，容易成為一種穩(wěn)定的膠體體系。受煤泥水中顆粒粒度、礦物組成、顆粒數(shù)量、密度大小、黏度、水的硬度以及pH值等一系列因素的影響，煤泥水處理難度很大，進(jìn)而導(dǎo)致煤泥水沉降不能達(dá)到理想效果[2]，煤炭資源回收率和精煤質(zhì)量下降。在洗選過程中含藥劑的煤泥水不能循環(huán)使用，這些問題不但造成水資源的浪費(fèi)，而且還會(huì)造成選煤廠周邊環(huán)境的污染。因此，選煤過程中煤泥脫水處理效果對(duì)煤炭生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益都有著不可忽略的影響，故對(duì)煤泥進(jìn)行脫水處理刻不容緩。

1 國(guó)外煤泥水處理現(xiàn)狀

我國(guó)開采的部分原煤為變質(zhì)程度較低的年輕煤種，國(guó)外的煤炭資源較國(guó)內(nèi)原煤質(zhì)量要優(yōu)質(zhì)，從某種程度上降低了煤泥脫水處理的難度，美國(guó)、澳大利亞、俄羅斯等一些產(chǎn)煤大國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了煤泥水的零排放。較國(guó)內(nèi)而言，這些國(guó)家對(duì)煤泥水處理的研究較少。Evmenova[3]研究了絮凝劑對(duì)煤泥的分散性能及流體形變的影響；Szczypa[4]等通過在煤泥水中添加非離子型絮凝劑和碳酸鈣的方法，對(duì)懸浮顆粒表面電荷進(jìn)行了研究，從煤泥水中微細(xì)顆粒荷電入手，采用添加凝聚劑壓縮顆粒表面雙電層或者采用與絮凝劑復(fù)配的方法對(duì)煤泥水進(jìn)行沉降澄清處理[5]。國(guó)內(nèi)學(xué)者在這方面做了大量研究，并取得了一系列成果。

2 國(guó)內(nèi)煤泥水處理現(xiàn)狀

目前對(duì)煤泥水處理技術(shù)的研究側(cè)重于絮凝技術(shù)，研究方向則集中在煤泥水的性質(zhì)和組成、沉降速度與粒度的關(guān)系、煤泥水沉降數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建、藥劑用量的確定等方面，部分研究也集中于電場(chǎng)輔助、磁化改性以及疏水改性等技術(shù)對(duì)煤泥水絮凝效果影響的研究。周明遠(yuǎn)[6]等研究了熱壓過濾技術(shù)對(duì)細(xì)粒煤脫水的強(qiáng)化作用，研究發(fā)現(xiàn)熱壓過濾可在同一過濾設(shè)備上強(qiáng)化細(xì)粒煤脫水，進(jìn)而達(dá)到干燥脫水的效果；余長(zhǎng)軍[7]對(duì)細(xì)粒煤脫水工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)述，并對(duì)機(jī)械力、干燥、助濾劑和復(fù)合脫水技術(shù)進(jìn)行了展望；袁素珍[8]對(duì)高濃度的選煤廢水進(jìn)行了混凝沉降試驗(yàn)研究，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PAC+PAM聯(lián)用可以達(dá)到很好的效果，滿足煤泥廢水再利用的標(biāo)準(zhǔn)；侯金英[9]等研究了絮凝劑添加量和煤泥粒徑的分布對(duì)煤泥脫水的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著絮凝劑添加量的增加，分散介質(zhì)黏度增大，脫水速率減小，濾餅水分增加。

在具體實(shí)踐中，絮凝劑法研究居多，但絮凝劑自身存在一定的缺陷，如有機(jī)分子利用率低、難以溶解、有毒且價(jià)格較高等問題。天然有機(jī)絮凝劑雖然具有易溶解、價(jià)格低和來源廣的優(yōu)勢(shì)，但穩(wěn)定性差，難以達(dá)到理想的絮凝效果。此外部分煤泥水處理技術(shù)忽視了除顆粒以外的影響因素，致使出現(xiàn)成本高、效果差、資源浪費(fèi)嚴(yán)重的問題。

3 煤泥水處理方法

在煤泥水的實(shí)際處理過程中，通常需要使用助濾劑，即在不改變選煤廠現(xiàn)有的設(shè)備和工藝的前提下，加速煤泥的沉降過程，這也是目前使用最廣泛且有效的方法。除此之外，外加電場(chǎng)改變煤泥絮凝效果、磁化煤泥懸浮液等也是改善煤泥絮凝效果的方法。除助濾劑法外，電場(chǎng)和磁場(chǎng)輔助亦是采用較多的輔助方法。

3.1 疏水改性對(duì)煤泥壓濾特性的影響

在壓濾和過濾操作過程中，為了降低過濾阻力，增加過濾速率，得到高度澄清的濾液和成型效果好的濾餅，可加入些輔助物質(zhì)，即為助濾劑。

陳晨[10]研究了煤泥表面疏水改性對(duì)壓濾的影響，研究發(fā)現(xiàn)疏水改性藥劑對(duì)煤泥壓濾脫水的助濾效果有較大影響，添加特定的助濾劑后，濾餅中微小顆粒的數(shù)量顯著減少，濾餅結(jié)構(gòu)變得疏松，脫水能力增強(qiáng)；復(fù)配藥劑對(duì)脫水影響的研究越來越普遍，羅樂[11]從藥劑復(fù)配著手對(duì)脫水效果的影響進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，沉降過濾速度增大，上清液的透光率發(fā)生了變化；胡鵬飛[12]等采用聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺復(fù)配方法進(jìn)行煤泥脫水試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)藥劑復(fù)配明顯縮短了過濾時(shí)間和濾餅水分，壓濾時(shí)間能降低15%左右，濾餅水分可降低2.0個(gè)百分點(diǎn)以上；劉春福[13]等采用季銨鹽與混凝劑復(fù)配的方法對(duì)煤泥水進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明,采用單一藥劑或混凝劑處理時(shí),藥劑用量大且沉降效果不理想，但采用季銨鹽與混凝劑復(fù)配時(shí),大大減少了藥劑用量且沉降效果較好。

3.2 外加電場(chǎng)對(duì)煤泥水沉降的影響

煤泥水主要成分是具有較強(qiáng)親水性的高嶺石和石英等黏土礦物，當(dāng)采用電絮凝法預(yù)處理煤泥水時(shí)，高嶺石和石英懸浮液的Zeta電位隨著pH值升高而升高，煤泥水、高嶺石和石英懸浮液pH值隨電壓和加電時(shí)間的增加而增大。

陳帥[14]研究了外加接觸式電場(chǎng)電泳和電絮凝作用對(duì)煤泥水沉降效果的影響，研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外加電場(chǎng)后，煤泥水沉降效果有所改善，煤泥水初始沉降速度均變小，上清液透光率均變大。

3.3 磁場(chǎng)對(duì)煤泥水沉降的影響

呂玉庭[15]研究發(fā)現(xiàn)：在磁場(chǎng)作用下，煤泥顆粒所帶電荷量下降，減少了顆粒間的斥力，使煤泥顆粒易聚團(tuán)沉降，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，煤泥顆粒產(chǎn)生的絮團(tuán)增大，對(duì)煤泥沉降影響明顯；李建軍[16]在較強(qiáng)磁場(chǎng)條件下對(duì)煤泥水進(jìn)行磁化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，磁化作用降低了懸浮顆粒的表面電位，增強(qiáng)了水的物化活性，同時(shí)也對(duì)水溶液中顆粒潤(rùn)濕、溶解、凝聚及化學(xué)反應(yīng)等動(dòng)力學(xué)過程具有重要影響，利于污水體系的固液分離。

磁化處理不但破壞了煤泥水中顆粒表面吸附水層的類晶體結(jié)構(gòu)，打破水分子的鏈狀結(jié)構(gòu)，減弱固體顆粒表面的水合作用，而且減小了水化膜的厚度和Zeta電位值，有利于煤泥絮團(tuán)的形成和沉降[17]。

3.4 陽離子吸附對(duì)煤泥脫水的影響

煤泥水中含有大量微細(xì)黏土礦物顆粒，顆粒表面帶有負(fù)電荷，礦粒表面也帶有負(fù)電荷，因載有同性電荷的顆粒相互排斥，故顆粒間斥力使煤泥水處于高度分散狀態(tài)，導(dǎo)致高泥化煤泥水的沉降澄清較為困難。多數(shù)選煤廠采用在溶液中加入電解質(zhì)的方法進(jìn)行改進(jìn)，電解質(zhì)在溶液中電解出載有正電荷的離子，進(jìn)而抵消礦粒表面電荷且壓縮雙電層，使礦粒間發(fā)生絮凝，易于沉降。

孫迎林[18]研究了K+、Na+、Ca2+、Mg2+對(duì)煤泥顆粒表面吸附特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)，K+、Na+可與礦粒表面電荷相抵消，起到壓縮礦粒表面雙電層的作用，進(jìn)而減小礦粒間斥力，有利于礦粒凝聚成團(tuán)。當(dāng)濃度較低時(shí)，Ca2+、Mg2+可降低礦粒表面自由能，有利于煤泥脫水；當(dāng)濃度較高時(shí)，Ca2+、Mg2+會(huì)生成羥基絡(luò)合物，且具有親水性，有利于礦粒間的絮凝。

4 結(jié)語

煤泥水處理是選煤過程中困難且復(fù)雜的環(huán)節(jié)，不僅表現(xiàn)在煤泥水處理的工藝上，還體現(xiàn)在煤泥水中的礦物組成上，當(dāng)煤泥水中含有高泥化微細(xì)粒時(shí)處理尤為困難，這是選煤廠亟待解決的難題之一。為尋求行之有效的解決措施，改善煤泥水處理效果，實(shí)現(xiàn)最大限度的回收煤炭資源，最小限度的污染環(huán)境，未來的研究方向如下：

(1)煤泥水中含有的黏土礦物種類繁多，針對(duì)目前研究單一礦物對(duì)煤泥水處理的影響較多的情況，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤泥水中礦物性質(zhì)的研究。

(2)鑒于煤泥水試驗(yàn)研究投入到生產(chǎn)實(shí)踐的部分較少，因此應(yīng)結(jié)合選煤廠對(duì)煤泥水的處理方法，改善煤泥水處理效果。