煤泥水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

董憲姝

(太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原030024)

煤泥水是煤炭分選加工過程中產(chǎn)生的介質(zhì)用水，是濕法選煤加工工藝的工業(yè)尾水。煤泥水中含有大量煤泥顆粒和泥砂，如不經(jīng)處理外排會給礦區(qū)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。煤泥水是煤炭工業(yè)的主要污染源之一，越來越受人們的重視。隨著用戶對選煤產(chǎn)品要求越來越嚴(yán)格，選煤工藝趨于復(fù)雜，加之選煤廠向大型化發(fā)展，水資源愈加珍貴，環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，煤泥水處理作業(yè)已經(jīng)成為整個選煤工藝中涉及面最廣、投資最大、最復(fù)雜、最難管理的工藝環(huán)節(jié)。特別是一些性質(zhì)特別穩(wěn)定的煤泥水體系，不但懸浮物濃度和 COD 濃度高，而且顆粒表面還帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷，往往靜置幾個月也不會自然沉降，給后續(xù)煤泥脫水環(huán)節(jié)和洗水廠內(nèi)循環(huán)再利用帶來很大的挑戰(zhàn)[1-2]。

文章結(jié)合目前國內(nèi)外煤泥水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀，圍繞影響煤泥水處理的主要因素展開論述，分析了當(dāng)前煤泥水沉降脫水過程中的熱點問題，介紹了當(dāng)前煤泥水處理技術(shù)、藥劑、工藝等方面的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了存在的主要問題，并對煤泥水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 影響煤泥水處理的主要因素

1.1 黏土礦物對煤泥水處理的影響

國內(nèi)外眾多研究表明：黏土礦物是導(dǎo)致煤泥水處理困難的主要因素。煤泥水中比較常見的黏土礦物有高嶺石、蒙脫石、方解石、伊利石等，這些黏土類礦物往往占礦物總質(zhì)量的 60% 以上。一方面，這些黏土類礦物具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，極易泥化和沖擊裂解，進(jìn)而形成大量的微米級和亞微米級的細(xì)泥，長期穩(wěn)定懸浮在煤泥水體系當(dāng)中，難以處理；另一方面，這些礦物顆粒在水中會發(fā)生水化和選擇性吸附、溶解及晶格取代作用等，使顆粒表面荷負(fù)電，并形成雙電層和水化膜，進(jìn)而產(chǎn)生靜電斥力和空間位阻效應(yīng)，使煤泥水更加難以沉降脫水。

亓欣、匡亞莉[3-4]針對不同類型的黏土礦物對煤泥水顆粒表面性質(zhì)和沉降脫水的影響進(jìn)行了大量的試驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高嶺石和伊利石在煤泥水中分散性差，存在較多大顆粒，有利于煤泥水沉降；而蒙脫石軟化崩解后粒度較細(xì)，更易均勻分散，不利于煤泥水沉降。高嶺石和伊利石對煤表面的電負(fù)性影響較小，而蒙脫石增加了混合煤樣的電負(fù)性，使煤泥顆粒更易穩(wěn)定懸浮，不利于煤泥水沉降。蒙脫石的存在可引起沉降惡化和過濾時間增長的負(fù)面影響，高嶺石的存在對煤泥水處理影響較小，在一定濃度下伊利石的存在對煤泥水處理的影響幾乎可以忽略。

劉炯天等[5]根據(jù)擴(kuò)展的DLVO理論，計算了顆粒間的相互作用勢能，并分析了顆粒分散行為，在沉降試驗的基礎(chǔ)上討論了顆粒之間的沉降模式，指出：在煤與高嶺石共存的煤泥水中，首先發(fā)生的是煤顆粒之間的凝聚，其次是煤與高嶺石顆粒之間的凝聚，凝聚而成的大顆粒容易沉降，剩余的高嶺石顆粒分散懸浮于水中，而蒙脫石顆粒形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，煤顆粒被“包裹”在其中，呈整體沉降。張明青的研究結(jié)果表明：由于蒙脫石特殊的膨脹性，蒙脫石比高嶺石更易使煤泥水的懸浮穩(wěn)定性提高，從而使煤泥的脫水難度增加。Arnold和Aplan也通過試驗證明高嶺石和伊利石對煤泥分選精度影響不大，而蒙脫石影響較大。

1.2 懸浮液中顆粒粒度特性對煤泥水處理的影響

顆粒在分散介質(zhì)中一方面受到重力作用而下降，另一方面由于布朗運動又促使?jié)舛融呌诰?。顆粒粒度越小，布朗運動越激烈，當(dāng)顆粒粒徑超過十幾微米時，布朗運動消失。在自由沉降條件下，顆粒的沉降速度與粒徑之間的關(guān)系符合Stokes定律，沉降速度v=[ (δ-ρ)gd2]/18μ(式中：δ為顆粒密度；ρ為水的密度；μ為流體黏度；d為顆粒直徑；g為重力加速度)。在其他條件相同時，顆粒沉降速度v與d2成正比，即隨著顆粒粒徑減小，沉降速度顯著降低。

馮莉等[6]測定了密度在1.35×103～1.4×103kg/m3之間的煤泥的自由沉降速度，結(jié)果表明：粒徑>0.07 mm的顆粒沉降速度較大，可自然沉降；粒徑< 0.01 mm的顆粒則因為劇烈的布朗運動與自由沉降速度相抗衡，最終粒子處于均勻分散狀態(tài)，無法實現(xiàn)自由沉降；粒徑在0.01～0.07 mm之間的粒子沉降速度較小，需在凝聚或絮凝狀態(tài)下沉降。樊玉萍[7]運用PIV技術(shù)對比了各個粒級的實際沉降速度，通過Stokes公式計算得到各粒級顆粒在滯流區(qū)的臨界沉降速度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：粒徑>0.045 mm的顆粒實際沉降速度均高于計算速度，因此并非處于滯流區(qū)，顆粒可自然沉降；并進(jìn)一步根據(jù)粒徑<0.045 mm顆粒的最小沉降速度0.001 28 m/s，計算得到了沉降失穩(wěn)的臨界粒度(0.026 mm)。

對于煤泥脫水而言，粒度特性(包括粒度、粒度組成、均勻度)是物料的重要物理性質(zhì)，它首先決定了物料的比表面積，其次對其形成的濾餅孔隙率和毛細(xì)管直徑都有顯著的影響。一般來說，物料粒度越小，物料的比表面積越大，單位質(zhì)量顆粒所具有的總比表面積越大，吸附的水量越多，脫水后表面吸附水分也越高；物料粒度越小，物料料層的孔隙越小，毛細(xì)管直徑越小，毛細(xì)水的脫除阻力增大，脫水越發(fā)困難。Fan等[8]指出：<0.045 mm粒級物料是制約煤漿脫水效果的關(guān)鍵，隨著顆粒直徑的減小，煤漿的過濾速度和濾餅孔隙率逐漸下降，濾餅水分和過濾比阻逐漸升高，且含有<0.045 mm粒級的樣品中粒度均勻度較高的物料脫水效果較好。陳茹霞等[9]得出：物料粒度越細(xì)，濾餅分形維數(shù)越大，孔隙率越小，特別是當(dāng)粒度為<0.045 mm時，濾餅孔隙率只有5%左右。陳少輝[10]通過對級配類型的選擇與優(yōu)化，進(jìn)行了不同粒度級配條件下的正壓過濾試驗，探究了粒度組成對浮選精煤脫水的影響機(jī)制，分析了濾餅內(nèi)部液體的流動狀態(tài)及正壓過濾過程，也得出了類似的規(guī)律。此外，徐巖、彭昌盛、李靜等也得出了相同的結(jié)論[11-13]。

1.3 礦物泥化對煤泥水處理的影響

各國選煤工作者對不同的礦物泥化性能進(jìn)行了大量的研究分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同變質(zhì)程度的煤泥化率極低；夾在煤層中的矸石泥化率也較低；對于含有黏土巖的砂巖和頁巖，由于其質(zhì)地堅硬，不會因水的浸泡和一定程度的機(jī)械破碎作用而分散成極細(xì)的顆粒，因此也不易泥化；然而，蒙脫石含量較高的綠泥巖屬于軟質(zhì)土類，在水中易嚴(yán)重泥化，常以極細(xì)的顆粒存在，是導(dǎo)致煤泥水難沉降的直接原因[14]。劉令云等[15]對淮南礦區(qū)不同密度級的原煤進(jìn)行了泥化研究，并分別采用激光粒度儀和 X射線衍射儀對不同密度級原煤泥化產(chǎn)物的粒度組成、礦物組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：泥化煤泥中含有大量<0.045 mm 粒級的細(xì)顆粒，隨原煤密度增加，泥化煤泥中石英含量逐漸增大，中間密度級原煤泥化煤泥中高嶺土含量最高，泥化煤泥中主要礦物為石英和高嶺土，二者嚴(yán)重影響煤泥水的澄清處理。

1.4 煤變質(zhì)程度對煤泥水處理的影響

劉云霞[16]研究了不同變質(zhì)程度煤樣在高分子絮凝劑作用下的煤泥宏觀沉降性能與微觀絮團(tuán)結(jié)構(gòu)變化情況，得出絮團(tuán)分形維數(shù)值從高到低為：屯蘭焦煤、寺河無煙煤、長治貧煤、神東長焰煤、王家?guī)X氣煤，沉降效果隨變質(zhì)程度的提高逐漸變好。張明青等[17-18]利用擴(kuò)展的 DLVO 理論計算了長焰煤、氣煤和貧瘦煤三種不同變質(zhì)程度煤的顆粒在水中的相互作用能，分析了變質(zhì)程度對煤泥水沉降性能的影響，發(fā)現(xiàn)貧瘦煤顆粒之間最易凝聚，氣煤次之，長焰煤最不易凝聚，從而得出煤泥水所含煤顆粒變質(zhì)程度越高越易澄清的結(jié)論。

孫冬和陳茹霞[19-20]的研究結(jié)果表明：煤的變質(zhì)程度對煤泥的脫水效果影響顯著，中等變質(zhì)程度的煤樣脫水效果最好，變質(zhì)程度過高或過低都不利于脫水的進(jìn)行。崔平[21]則得出隨著煤變質(zhì)程度的降低, 濾餅水分和過濾操作時間均增加的結(jié)論。

1.5 水質(zhì)特征對煤泥水處理的影響

煤泥水體系是多相多種分散態(tài)共存的混合分散體系，通常難以實現(xiàn)自然沉降，而加入一些高價金屬陽離子( Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+等) 可以壓縮固體顆粒表面的雙電層，并減少表面的負(fù)電性，使體系當(dāng)中的固體顆粒達(dá)到凝聚結(jié)合的目的。從煤泥水水質(zhì)的角度分析，煤泥水體系中高價金屬陽離子的含量是影響煤泥水沉降性能的重要因素，原因是煤泥水體系的硬度主要取決于多價金屬離子的含量，而這些金屬離子的含量又與水質(zhì)的pH值密切相關(guān)。在實際生產(chǎn)當(dāng)中，人們逐漸意識到提高水質(zhì)硬度可以實現(xiàn)煤泥水澄清[22]。

張明青[23]利用擴(kuò)展的DLVO理論，計算了兩種硬度條件下煤和高嶺石組成的煤泥水中顆粒之間的相互作用，并進(jìn)行了沉降試驗，得出：當(dāng)水質(zhì)硬度為1 mmol/L時，煤顆粒之間、高嶺石顆粒之間以及煤與高嶺石顆粒之間都不凝聚而處于懸浮態(tài)；當(dāng)水質(zhì)硬度為10 mmol/L時，煤顆粒之間最易凝聚，其次是煤顆粒和高嶺石顆粒，剩余的高嶺石顆粒始終不凝聚而分散懸浮于水中。張志軍等[24-25]通過煤泥水沉降試驗，并結(jié)合實際生產(chǎn)狀況，得出煤泥水原生硬度低，則煤泥水難處理，煤泥水原生硬度高，則煤泥水易處理的結(jié)論。這說明原生硬度是影響煤泥水沉降性能的關(guān)鍵因素。

馬正先[26]等考察了pH值對煤泥水絮凝沉降的影響。試驗結(jié)果表明：在不同的 pH值條件下，煤泥水的絮凝效果不同；在酸性條件下，宜單獨使用有機(jī)高分子絮凝劑；在中性至堿性條件下，無機(jī)凝聚劑和有機(jī)絮凝劑聯(lián)合使用效果較好。

劉云霞[27]得出：在酸性條件下，添加非離子絮凝劑與陽離子絮凝劑的煤泥水沉降效果均顯著提高；在中性條件下，添加陰離子型絮凝劑，五個煤樣的沉降效果均最佳。楊晶晶等[28]得出：在煤漿濃度為300 g/L、抽濾時間為3 min、煤漿pH值為7.99左右時，過濾后濾餅水分較低，濾液的濁度較小，過濾速度也較快。陳茹霞[19]得出：隨著pH值的減小，濾餅上表面的孔隙率增大，分形維數(shù)有所減小，濾餅比阻降低，更有利于脫水。

2 煤泥水處理技術(shù)研究熱點

2.1 煤泥沉降脫水一體化技術(shù)

近年來，隨著采煤機(jī)械化程度和煤炭選前破碎解離程度的提高，選煤廠原生煤泥和次生煤泥量都顯著增加，加之世界各國對環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，給選煤廠煤泥水處理帶來了更大的挑戰(zhàn)。各國選煤工作者都在致力于煤泥水處理技術(shù)與設(shè)備的研究，強(qiáng)化細(xì)粒煤產(chǎn)品的沉降脫水，以實現(xiàn)煤泥水廠內(nèi)閉路循環(huán)，適應(yīng)競爭日益激烈的煤炭市場。鑒于以上情況，董憲姝教授研究團(tuán)隊的科研人員[29-31]在多年煤泥水理論與技術(shù)研究的基礎(chǔ)上, 創(chuàng)造性地提出了基于絮團(tuán)-濾餅微觀結(jié)構(gòu)的煤泥沉降脫水一體化理論?；谠摾碚?，借助PIV系統(tǒng)以及圖像處理技術(shù)[32]，分析了煤泥的粒度組成、煤樣變質(zhì)程度、礦物質(zhì)成分及含量、水質(zhì)特性、氧化程度和藥劑制度對煤泥沉降脫水效果的影響[33]，并探索了微觀層面上的絮團(tuán)和濾餅結(jié)構(gòu)對煤泥沉降脫水的影響規(guī)律。該研究闡明了這一焦點問題的內(nèi)在耦合規(guī)律，具有重大的現(xiàn)實意義，并且研究成果已多次成功應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。

2.2 煤泥水沉降強(qiáng)化技術(shù)

在選煤廠實際生產(chǎn)中，通常采用添加凝聚劑和絮凝劑的方法來強(qiáng)化細(xì)顆粒煤泥水的沉降，以此來實現(xiàn)清水洗煤，確保洗水閉路循環(huán)。雖然目前國內(nèi)外可用于煤泥水處理的新型藥劑已研發(fā)較多，但是由于成本、藥劑特性等因素的限制，在選煤廠大量推廣使用的并不多，大多數(shù)選煤廠仍以傳統(tǒng)的絮凝劑與凝聚劑為主[34-36]。

絮凝劑的絮凝機(jī)理，目前公認(rèn)的是吸附架橋機(jī)理，即通過吸附架橋、吸附電性中和及網(wǎng)捕沉淀作用，使顆粒間形成絮團(tuán)，使懸浮液失穩(wěn)，從而強(qiáng)化煤泥水澄清脫水。按照來源不同，絮凝劑可分為天然高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑。天然高分子絮凝劑主要有：①淀粉加工產(chǎn)品及其衍生物。這類絮凝劑具有易生物降解，且降解產(chǎn)物具有對人體無害、選擇性高、成本低等優(yōu)點。雖然淀粉改性絮凝劑的研究報道并不少見，也有部分成熟的產(chǎn)品問世，但是由于此類絮凝劑主要來源于糧食作物，因此目前未能廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)；②纖維素的衍生物、通過化學(xué)改性后的殼聚糖衍生物作為絮凝劑也具有良好的絮凝效果。纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的基礎(chǔ)物質(zhì)之一，而殼聚糖是通過將甲殼質(zhì)分子中的乙酰基脫去而制得的，兩種物質(zhì)具有來源廣泛、無毒害、可生物降解等特性，應(yīng)用前景廣闊。在我國選煤廠，人工合成的高分子類絮凝劑應(yīng)用最多的是聚丙烯酰胺類物質(zhì)。聚丙烯酰胺又可分為陽離子型、陰離子型、非離子型以及雙離子型，其中：陰離子型聚丙烯酰胺是聚丙烯酰胺用堿處理后經(jīng)水解改性反應(yīng)得到的部分水解產(chǎn)品；陽離子型聚丙烯酰胺是聚丙烯酰胺甲基改性反應(yīng)的產(chǎn)物；雙離子型聚丙烯酰胺是大分子鏈上同時帶有陰、陽離子基團(tuán)的高分子，同時具備陽離子型和陰離子型絮凝劑的綜合性能；非離子型聚丙烯酰胺是指未經(jīng)水解或水解度低于 4%的聚丙烯酰胺產(chǎn)品。在煤泥水處理中應(yīng)用較多的絮凝劑是陰離子聚丙烯酰胺和雙離子型聚丙烯酰胺，其他兩種則由于分子量低、合成工藝復(fù)雜、成本高、適用范圍受限等原因很少在現(xiàn)場使用。

由于煤泥顆粒荷負(fù)電，因此煤泥水處理常用的凝聚劑多為陽離子型。凝聚劑主要有無機(jī)電解質(zhì)和無機(jī)高分子凝聚劑。應(yīng)用較多的無機(jī)電解質(zhì)是鐵鹽和鋁鹽，這類電解質(zhì)在水中可以電解產(chǎn)生離子，能調(diào)整固體顆粒表面電荷、壓縮雙層，從而使其凝結(jié)成塊，這就是所謂的凝聚過程。應(yīng)用較多的無機(jī)高分子凝聚劑有聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵等，這類凝聚劑凝聚效果一般要優(yōu)于傳統(tǒng)的鐵鹽和鋁鹽凝聚劑，這是因為這些聚合物中含有大量帶正電荷的聚羥陽離子，聚羥陽離子能參與電中和與壓縮雙電層作用，能夠有效地使煤泥顆粒物沉降[37-39]。

然而，采用添加藥劑的手段來加速煤泥水沉降存在藥劑消耗過大、成本過高和難以降解的問題，因此從上世紀(jì)40年代至今，很多科研工作者采用電化學(xué)絮凝法(也稱電絮凝法)，利用鋁或鐵等可溶性電極在電流作用下溶解生成鋁或鐵的氫氧化物的凝聚性來凝聚水中的膠體物質(zhì)，從而使工業(yè)廢水得以凈化。

在煤泥水處理領(lǐng)域，前蘇聯(lián)的Bapckuu等研制了由直流電源和圓柱形電極組成的電凝聚裝置，并將其成功運用于選煤生產(chǎn)中。生產(chǎn)實踐證明：在功率為5 kW、電流為200 A的條件下，煤泥水經(jīng)電絮凝處理后, 濃縮機(jī)工作穩(wěn)定，而且使聚丙烯酰胺用量降低了60%。國內(nèi)許多學(xué)者也長期致力于電化學(xué)裝置和理論的研發(fā)。董憲姝教授研究團(tuán)隊[40-42]在對煤泥水性質(zhì)進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地將電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用到難沉降煤泥水處理當(dāng)中。研究結(jié)果[43-44]表明：電化學(xué)預(yù)處理技術(shù)能夠改變煤泥水體系中顆粒表面的電荷量，從而達(dá)到壓縮雙電層，減小甚至消除相同顆粒間的相互排斥作用而使之凝聚。采用電解質(zhì)對煤泥水進(jìn)行電化學(xué)預(yù)處理后，煤泥水沉降效果可得到明顯改善。

2.3 煤泥脫水強(qiáng)化技術(shù)

國內(nèi)外機(jī)械脫水技術(shù)的研究已非常深入,有真空過濾脫水、 加壓過濾脫水、 離心脫水、壓濾脫水、沉降過濾離心脫水等方法。目前, 在加強(qiáng)傳統(tǒng)技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上, 又有了新的突破，比如采用高頻電磁激振器和低頻近直線振動激振篩箱，增強(qiáng)設(shè)備的自清洗能力與物料輸送能力。石常省等在細(xì)粒煤脫水研究中引入十字流過濾技術(shù),可使脫水產(chǎn)品水分比精煤壓濾機(jī)低8～10個百分點。張英杰、鞏冠群等提出了細(xì)粒煤筒式壓濾脫水工藝以及壓密理論模型，結(jié)果表明：筒式壓濾脫水工藝比傳統(tǒng)工藝具備許多優(yōu)勢，如抗壓能力強(qiáng)，便于連續(xù)作業(yè)等[45-47]。

進(jìn)行細(xì)粒煤過濾脫水時，添加化學(xué)助濾劑通常能強(qiáng)化脫水效果，提高過濾效率，有效降低產(chǎn)品水分。常用的化學(xué)助濾劑主要有高分子絮凝劑和表面活性劑兩種。煤泥濾餅當(dāng)中的水分有四種賦存狀態(tài)，即自由水、毛細(xì)水、結(jié)合水、化合水。一般機(jī)械脫水只能脫除自由水和部分毛細(xì)水，結(jié)合水和化合水無法通過機(jī)械方法脫除。根據(jù)拉普拉斯方程可知，毛細(xì)壓力與毛細(xì)管半徑、氣液界面張力和固液接觸角有關(guān)。高分子絮凝劑的作用主要就是使細(xì)粒煤泥絮凝成為絮團(tuán)，使得毛細(xì)管半徑增大，毛細(xì)壓力降低，同時有效避免微細(xì)粒物料堵塞過濾介質(zhì)，提高物料的滲透性能。對于高分子絮凝劑，目前國內(nèi)外現(xiàn)有的研究和應(yīng)用都已經(jīng)很成熟，但表面活性劑的助濾機(jī)理至今仍無定論，研究普遍集中在表面活性劑降低濾液的表面張力和增加煤-水界面的接觸角兩個方面[48-50]。

此外，還有許多學(xué)者針對煤的不同特性，借助各種力場的復(fù)合作用來實現(xiàn)和強(qiáng)化細(xì)粒精煤脫水。董憲姝教授研究團(tuán)隊的電化學(xué)脫水試驗結(jié)果[28，51]表明，脫水的最佳工藝條件為：電解電壓30 V，入料濃度25 g/L，電解時間30 min。在此條件下，濾餅水分可以降低1.60個百分點，過濾速度可以提高1.50×10-2mL/(cm2·s)。將鋁鹽作為電解質(zhì)時，濾餅水分最大可以降低4個百分點。朱立谷、單忠健[52]采用電滲脫水工藝與真空過濾工藝相結(jié)合的方法對沉降過濾式離心機(jī)產(chǎn)生的離心液進(jìn)行處理，分析了電化學(xué)條件對浮選精煤電滲脫水效率的影響，結(jié)果表明聯(lián)合工藝脫水效率明顯優(yōu)于其他工藝。李里特等[55]采用交變電場、滲透脫水與機(jī)械脫水相結(jié)合的技術(shù)，通過提高電滲透速率與流量，降低了物料的最終水分。

還有許多學(xué)者[54-55]認(rèn)為，物料中各粒級顆粒的配合對過濾性能具有重要的影響，可以通過向細(xì)粒級物料中摻入粗料的方法來改變固相顆粒的粒度組成、懸浮液粘度以及固-液 、固-固表面的相互作用，從而改變?yōu)V餅孔隙結(jié)構(gòu)，增加其滲透能力，最終達(dá)到強(qiáng)化脫水的目的。

2.4 國外煤泥水處理的新思路

美國肯塔基大學(xué)研究者Parekh[56]在實驗室開發(fā)了一種兩階段脫水新工藝，利用了真空和加壓脫水兩種技術(shù)。據(jù)觀察，在真空條件下形成的細(xì)粒濾餅往往具備多孔結(jié)構(gòu)，水分被困在毛細(xì)管中。當(dāng)這種多孔濾餅在短時間內(nèi)受到壓力時，自由水和部分毛細(xì)水會從濾餅中釋放出來。實驗室研究表明：根據(jù)煤種，采用兩級過濾技術(shù)可得到含水量約為15%的濾餅。猶他大學(xué)Lin等[57-59]采用高分辨率X射線顯微斷層掃描技術(shù)分析了濾餅的數(shù)字空間孔隙結(jié)構(gòu)特征與流體流動及運輸特性，為研究細(xì)粒煤脫水提供了新思路。

澳大利亞Ofori等[60-61]采用絮凝-過濾法對煤泥水進(jìn)行處理，并提出了一些尾礦脫水的新概念，詳細(xì)研究了不同類型絮凝劑及投加量對預(yù)處理尾礦過濾動力學(xué)與濾餅含水率的影響，建立了濾餅滲透率與絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的關(guān)系模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：絮體尺寸越大，濾餅的滲透率越大；陰離子絮凝劑能夠產(chǎn)生大絮體，陽離子絮凝劑產(chǎn)生的絮體小而弱；在煤泥水固體含量為35%、過濾壓力為40 kPa、陰離子絮凝劑添加量在350 g/t左右的條件下，能夠?qū)γ耗嗨M(jìn)行高效地過濾。

加拿大的阿爾伯特大學(xué)Yi和Alagha等[62-64]利用石英晶體微天平對人工合成的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合絮凝劑與高嶺石、尾礦顆粒表面的相互作用機(jī)理及其沉降性能進(jìn)行了大量研究，分析了聚合物特性與溶液性質(zhì)對尾礦處理的影響，結(jié)果表明：溶液鹽度的增加顯著降低了帶負(fù)電的固體顆粒和帶負(fù)電的高分子絮凝劑之間的靜電斥力，從而使聚合物有效發(fā)揮了架橋作用，提高了礦物尾礦的沉降性能，為了解溶液鹽度對礦物尾礦沉降的影響和新型高分子絮凝劑的開發(fā)提供了新思路。

南非學(xué)者Roux[65-66]提出了一種改進(jìn)的細(xì)粒煤真空過濾方法。在小型真空過濾機(jī)上進(jìn)行的試驗表明：在脫水循環(huán)過程中，采取中斷操作時，濾餅最終水分會降低，脫水速率也有所增加。進(jìn)一步的研究表明：如果對濾餅進(jìn)行人為損壞(促使空氣流量增加)，能夠得到最終水分較低的產(chǎn)品，由此得出，增加濾餅空氣流量比增加過濾真空度更有利于細(xì)粒煤脫水。

3 煤泥水處理存在的問題

(1)對于高泥化難處理煤泥水，由于體系中表面荷負(fù)電的微細(xì)煤泥顆粒含量較高，顆粒間斥力較大，水化膜較強(qiáng)，難以有效沉降脫水，因此添加常規(guī)的高分子絮凝劑和助濾劑不但難以達(dá)到理想的效果，而且藥劑昂貴，會降低選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)微生物絮凝和電化學(xué)處理煤泥水技術(shù)都處在實驗室研究階段，微生物絮凝技術(shù)面臨菌種分離提純、微生物分泌物分離等問題。電化學(xué)處理技術(shù)則存在電極消耗大和易鈍化等問題。

(3)煤泥水絮凝和過濾的理論推導(dǎo)研究進(jìn)度較慢且不完善，煤泥水沉降和脫水之間、宏觀與微觀體系之間內(nèi)在的耦合規(guī)律探索仍然不夠。

(4)藥劑與煤泥水固體之間相互作用機(jī)理以及絮團(tuán)和濾餅微觀結(jié)構(gòu)的研究仍然處于定性研究階段，目前尚難以起到指導(dǎo)實際生產(chǎn)的作用。

4 煤泥水處理技術(shù)發(fā)展趨勢

(1)加強(qiáng)對煤泥水中礦物，特別是黏土礦物顆粒表面性質(zhì)的認(rèn)識，研發(fā)新型低成本的、高效的、環(huán)境友好型絮凝劑、助濾劑與調(diào)整劑，使黏土類礦物表面疏水化，形成較弱的水化膜，促使黏土礦物顆粒相互團(tuán)聚，以此來破壞水分子的有序性，降低薄水化膜的厚度，是煤泥水處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

(2)加大沉降脫水設(shè)備和基礎(chǔ)理論的研究力度，開辟新思路，在材料、設(shè)備、設(shè)計技巧、附設(shè)復(fù)合力場與自動控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)突破和加強(qiáng)，是煤泥水技術(shù)發(fā)展的根本。

(3)微生物絮凝劑處理技術(shù)和電化學(xué)法處理技術(shù)是未來高效處理煤泥水的必經(jīng)之路，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步減少電極消耗和鈍化，以降低電耗，并需進(jìn)一步對加電方式、電極材料、極化方式等各種影響因素以及電絮凝過程中各種物理、化學(xué)過程的機(jī)理進(jìn)行更深入地研究。

(4)利用先進(jìn)的計算機(jī)建模技術(shù)和數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法，更好地揭示宏觀層面上的沉降脫水內(nèi)在相互作用關(guān)系；采用更多的現(xiàn)代表征測試技術(shù)(比如CT掃描、Cryo-SEM、AFM、QCM-D)與高端模擬技術(shù)(如分子模擬和流體動力學(xué)模擬)，加強(qiáng)對微觀作用機(jī)理的認(rèn)識，是未來指導(dǎo)現(xiàn)場實際生產(chǎn)的基礎(chǔ)。