煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)

煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)xxx公司煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度在選煤工藝中煤泥水處理涉及面廣、投資大，難于管理。煤泥水特別穩(wěn)定，靜置幾個(gè)月也不會(huì)自然沉降，處理非常困難。為了滿足煤泥水閉路循環(huán)的水質(zhì)要求，防止煤泥水閉路循環(huán)過(guò)程中水質(zhì)的惡化，保護(hù)環(huán)境，煤泥水的處理技術(shù)研究也愈顯必要。煤礦煤泥水可以分為兩類：一類是由地質(zhì)年代較短、灰分和雜質(zhì)含量較高的原煤在洗選時(shí)所產(chǎn)生的；另一類是由地質(zhì)年代較長(zhǎng)，煤質(zhì)較好的原煤在洗選時(shí)所產(chǎn)生的。本試驗(yàn)用洗選長(zhǎng)焰煤和無(wú)煙煤的煤泥水（分別稱為長(zhǎng)焰煤煤泥水和無(wú)煙煤煤泥水）進(jìn)行研究，對(duì)比其水質(zhì)特性，研究其處理技術(shù)。1煤泥水來(lái)源及水質(zhì)特性分析煤泥水來(lái)源試驗(yàn)以長(zhǎng)焰煤煤泥水和無(wú)煙煤煤泥水作為研究對(duì)象，長(zhǎng)焰煤煤泥水取自陜北某選煤廠，長(zhǎng)焰煤屬于煙煤，是煙煤中地質(zhì)年代最短，變質(zhì)程度最低的煤種，其灰分較高、水分較多；無(wú)煙煤煤泥水取自山西晉城某選煤廠，無(wú)煙煤是地質(zhì)年代最長(zhǎng)，煤化程度最深的煤種，含碳量最多，灰分和水分均較少，發(fā)熱量很高。煤泥水水質(zhì)特性煤泥水的一般性質(zhì)對(duì)長(zhǎng)焰煤煤泥水和無(wú)煙煤煤泥水的一般性質(zhì)進(jìn)行了常規(guī)分析，分析結(jié)果如表1所示。由表1可知，兩種煤泥水均呈弱堿性，帶有一定的負(fù)電荷，但它們的SS和CODCr相差較大，密度也存在一定的差異。煤泥的礦物組成煤泥水是一種復(fù)雜的多分散體系，它由一些粒度、形狀、密度、巖相等不同的顆粒，以不同比例混合而成。煤泥的成分很復(fù)雜，各選煤廠煤泥的礦物組成以及巖相特征都不一樣。對(duì)煤泥的礦物組成進(jìn)行分析，有助于合理地選擇混凝劑，也有助于對(duì)混凝過(guò)程和機(jī)理的理解。煤泥的礦物組成分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，兩種煤泥的礦物組成的主要成分為都是SiO2和Al2O3，其次是化合C，其中SiO2的含量都在%以上，無(wú)煙煤煤泥中的Al2O3含量較長(zhǎng)焰煤煤泥中的Al2O3含量高，長(zhǎng)焰煤煤泥中化合C的含量高于無(wú)煙煤煤泥中化合C的含量，其余含量均較少。煤泥水的顆粒粒度分布煤泥水中所含顆粒粒度的分布對(duì)處理效果有較大的影響，煤泥顆粒的粒度分布，尤其是微細(xì)級(jí)的含量，對(duì)煤泥水的處理有著決定性的意義。由斯托克斯公式可以知道，顆粒沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，粒徑越小，沉速越慢，沉淀分離的難度就越大。試驗(yàn)采用美國(guó)貝克曼公司生產(chǎn)的LS230/sum+型粒度分析分布儀進(jìn)行煤泥粒度分布測(cè)定，分析結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，長(zhǎng)焰煤煤泥水和無(wú)煙煤煤泥水中細(xì)微煤泥顆粒（<75μm）的含量均較高，其中在長(zhǎng)焰煤煤泥水中為%，在無(wú)煙煤煤泥水中為%；粒度在75～250μm的煤泥顆粒在長(zhǎng)焰煤煤泥水中的含量（%）比其在無(wú)煙煤煤泥水中的含量（%）低；在長(zhǎng)焰煤煤泥水中粒度>250μm的煤泥顆粒的含量（%）高于其在無(wú)煙煤煤泥水中的含量（%）。煤泥水性質(zhì)對(duì)比通過(guò)以上分析可知，不同煤質(zhì)的煤泥水由于原煤性質(zhì)的差異，它們的性質(zhì)有很大的差別，主要表現(xiàn)在：地質(zhì)年代較長(zhǎng)的煤煤化程度較高，所含灰分較少，因而煤泥水懸浮物濃度較小，而地質(zhì)年代較短的煤煤化程度較低，所含灰分較多，煤泥水懸浮物濃度較大；同時(shí)由于地質(zhì)年代較長(zhǎng)的煤的硬度相對(duì)較高，不易在煤炭洗選加工過(guò)程中破碎，從而使煤泥水中>250μm的煤泥顆粒含量相對(duì)較低，而地質(zhì)年代較短的煤硬度較低、易破碎，致使煤泥中>250μm的煤泥顆粒含量相對(duì)較高。但從對(duì)表1、表2的分析可知，不同煤質(zhì)的煤泥水的性質(zhì)也存在一定的共性，主要表現(xiàn)為：表面帶有一定的負(fù)電荷，細(xì)微煤粒含量較高以及煤泥礦物組成主要成分相似，都是SiO2和Al2O3等。這些因素都表明，煤泥水是一種帶負(fù)電的膠體分散體系，難于發(fā)生自然沉降。中鷹選礦浮選機(jī)：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)2試驗(yàn)部分試驗(yàn)材料試驗(yàn)儀器DBJ-621六聯(lián)攪拌儀，BS210S電子天平，pHS-3C精密pH計(jì)，202-1A型電熱恒溫干燥箱，LS230/sum+型粒度分析分布儀等?；炷齽┖托跄齽┰囼?yàn)用混凝劑有氯化鐵、氯化鋁、氯化鈣和硫酸鎂，均為AR級(jí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%；絮凝劑選用廣州市宇潔化工有限公司生產(chǎn)的聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品，產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量分別為6×106、8×106、×107、×107，陽(yáng)離子度分別為10%～20%、25%～35%和35%～45%的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%的非離子型聚丙烯酰胺。試驗(yàn)方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)不同煤質(zhì)煤泥水的性質(zhì)、煤泥顆粒的粒度組成和礦物組成成分進(jìn)行分析，對(duì)比分析煤泥水的性質(zhì)，合理選擇混凝劑和絮凝劑，通過(guò)正交試驗(yàn)，最終確定煤泥水處理的最佳試驗(yàn)條件。煤泥水懸浮物濃度的測(cè)定經(jīng)濾紙過(guò)濾后，于105℃下烘干1h，置干燥皿中冷卻后稱重，計(jì)算煤泥水懸浮物濃度?；炷恋碓囼?yàn)方法混凝劑最佳pH適用范圍為～〔1〕，PAM的最佳pH適用范圍為～〔4〕，由于煤泥水呈弱堿性，在混凝沉淀試驗(yàn)前，取一定量的煤泥水，使用弱HNO3溶液調(diào)節(jié)，為了減小投藥量，將pH調(diào)至，然后使用DBJ-621型六聯(lián)攪拌儀進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)，向其中加入混凝劑，以一定速度攪拌，其后再向其中加入絮凝劑，繼續(xù)攪拌，迅速將煤泥水移入量筒中，沉降30min，測(cè)定上清液懸浮物濃度。中鷹選礦浮選機(jī)：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)3結(jié)果與討論混凝劑的選擇由于煤泥水是帶負(fù)電的膠體分散體系，且煤泥水濃度較高，因此選擇通過(guò)投加陽(yáng)離子型混凝劑來(lái)降低ζ電位。本試驗(yàn)選用氯化鐵、氯化鋁、氯化鈣和硫酸鎂進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：取250mL煤泥水，向其中加入混凝劑，在120r/min的速度下攪拌120s，迅速將煤泥水移入100mL量筒中，沉降30min，測(cè)定上清液懸浮物濃度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。從試驗(yàn)結(jié)果可知，混凝劑的投加量對(duì)去除效果的影響較大，在加藥量較小的情況下，由于Al3+、Fe3+的價(jià)位較Ca2+、Mg2+高，三價(jià)陽(yáng)離子混凝劑的處理效果較二價(jià)陽(yáng)離子的處理效果好；處理長(zhǎng)焰煤煤泥水的混凝劑投加量高于無(wú)煙煤煤泥水的投加量；試驗(yàn)所形成的絮體體積較小，沉降速度慢。本試驗(yàn)混凝劑使用氯化鈣處理長(zhǎng)焰煤煤泥水，加藥量為2mL；使用氯化鋁處理無(wú)煙煤煤泥水，加藥量為1mL。絮凝劑的選擇由于單純投加陽(yáng)離子型混凝劑所形成的絮體體積較小，因此投加高分子絮凝劑PAM，使絮體通過(guò)架橋作用形成較大的絮團(tuán)，從而加速沉降過(guò)程。不同類型的PAM對(duì)去除效果具有一定的影響，本試驗(yàn)在中性條件下投加混凝劑后，研究了不同分子質(zhì)量的陰離子型PAM以及不同陽(yáng)離子度的陽(yáng)離子型PAM對(duì)SS去除效果的影響。然后使用篩選出的絮凝劑，對(duì)煤泥水進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析，最終確定了處理兩種煤泥水的最優(yōu)絮凝劑。中鷹選礦浮選機(jī)：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)陰離子型PAM分子質(zhì)量對(duì)去除效果的影響取250mL長(zhǎng)焰煤煤泥水或無(wú)煙煤煤泥水，先加入2mL氯化鈣溶液或者1mL氯化鋁溶液，在120r/min的速度下攪拌60s，再分別向其中加入相對(duì)分子質(zhì)量分別為6×106、8×106、×107和×107的陰離子型PAM2mL或1mL，在120r/min的速度下攪拌60s，迅速將煤泥水移入100mL量筒中，沉降30min，測(cè)定上清液懸浮物濃度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，陰離子型PAM分子質(zhì)量對(duì)懸浮物去除效果的影響較大，其中相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM對(duì)兩種煤泥水的去除效果均較好，主要是由于當(dāng)PAM分子質(zhì)量太大時(shí)，分子鏈太長(zhǎng)不能有效打開(kāi)，故無(wú)法起到架橋作用，因此絮凝效果并不佳，故選用相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM進(jìn)行試驗(yàn)。陽(yáng)離子型PAM陽(yáng)離子度對(duì)去除效果的影響取250mL長(zhǎng)焰煤煤泥水或無(wú)煙煤煤泥水，先加入2mL氯化鈣溶液或者1mL氯化鋁溶液，在120r/min的速度下攪拌60s，再分別向其中加入不同陽(yáng)離子度的陽(yáng)離子型PAM2mL或1mL，在120r/min的速度下攪拌60s，迅速將煤泥水移入100mL量筒中，沉降30min，測(cè)定上清液懸浮物濃度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知，陽(yáng)離子型PAM陽(yáng)離子度對(duì)懸浮物去除效果的影響較大，陽(yáng)離子度越高，去除效果越好，這主要是由于陽(yáng)離子度越大，陽(yáng)離子鏈節(jié)所占的比例越大，混凝初期電性中和能力越強(qiáng)，因此選用陽(yáng)離子度為35%～45%的陽(yáng)離子型PAM進(jìn)行試驗(yàn)。絮凝劑的選擇試驗(yàn)根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，分別選取相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM、陽(yáng)離子度為35%～45%的陽(yáng)離子型PAM和非離子型PAM進(jìn)行混凝沉淀試驗(yàn)。取250mL長(zhǎng)焰煤煤泥水或無(wú)煙煤煤泥水，先加入2mL氯化鈣溶液或者1mL氯化鋁溶液，在120r/min的速度下攪拌60s，再分別向其中分別加入不同量的相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM、陽(yáng)離子度為35%～45%的陽(yáng)離子型PAM和非離子型PAM，在120r/min的速度下攪拌60s，將煤泥水移入100mL量筒中，沉降30min，測(cè)定上清液懸浮物濃度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6和圖7。由圖6、圖7可知，絮凝劑的投加量對(duì)懸浮物去除效果的影響較大。非離子型PAM不帶電，主要通過(guò)架橋作用，吸附煤泥膠體顆?！?-7〕。在加藥量較小的情況下，非離子型PAM的去除率高于陰離子型PAM和陽(yáng)離子型PAM，但隨著加藥量的進(jìn)一步增大，非離子型PAM對(duì)懸浮物的去除率逐漸下降；陰離子型PAM帶負(fù)電，由于它主要通過(guò)架橋作用降低煤泥水懸浮物濃度，因此其投加量對(duì)長(zhǎng)焰煤煤泥水懸浮物去除效果影響較小，而對(duì)于煤泥顆粒含量較低的無(wú)煙煤煤泥水，隨著加藥量的增加，過(guò)量的陰離子型PAM相互排斥，反而降低了對(duì)懸浮物的去除率；陽(yáng)離子型PAM帶正電，加藥量少時(shí)，主要表現(xiàn)為電性中和作用，隨著加藥量的增加，架橋作用逐漸成為主導(dǎo)，其對(duì)懸浮物的去除效果逐漸增大，當(dāng)加藥量進(jìn)一步增大，過(guò)量的陽(yáng)離子型PAM相互排斥，去除率降低。對(duì)于長(zhǎng)焰煤煤泥水，試驗(yàn)絮凝劑使用陽(yáng)離子度為35%～45%的非離子型PAM進(jìn)行處理；考慮到無(wú)煙煤煤泥水濃度較低，試驗(yàn)絮凝劑使用相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM進(jìn)行處理。中鷹選礦浮選機(jī)：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)煤泥水處理最佳試驗(yàn)條件的確定根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，用CaCl2和非離子型PAM處理長(zhǎng)焰煤煤泥水，用AlCl3和相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM處理無(wú)煙煤煤泥水，考慮到混凝劑和絮凝劑的加藥量和攪拌時(shí)間對(duì)處理效果也有一定的影響，本試驗(yàn)分別對(duì)兩種不同煤質(zhì)的煤泥水進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，確定出最佳試驗(yàn)條件，其中長(zhǎng)焰煤煤泥水水樣：在250mL中投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的氯化鈣溶液3mL，以120r/min的速度攪拌90s，再投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)%的非離子型PAM2mL，攪拌60s；無(wú)煙煤煤泥水水樣：在250mL中投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的氯化鋁溶液1mL，以120r/min的速度攪拌60s，再投加相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%的陰離子型PAM溶液1mL，攪拌30s，沉降30min。在最佳試驗(yàn)條件下，長(zhǎng)焰煤煤泥水的懸浮物質(zhì)量濃度從14260mg/L下降至270mg/L，去除率為%；無(wú)煙煤煤泥水的懸浮物質(zhì)量濃度從968mg/L下降為32mg/L，去除率為%；煤泥水中加入混凝劑后，ζ電位明顯降低，但其后加入PAM，ζ電位變化不大。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)投加混凝劑，降低了煤泥膠體顆粒表面的ζ電位，形成了較小的絮體；絮凝劑加入后，通過(guò)架橋作用，使絮體體積進(jìn)一步增大，沉降效果明顯，懸浮物濃度去除效果好，且加藥量小，滿足煤泥水閉路循環(huán)的水質(zhì)要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水。4結(jié)論（1）比較分析表明，不同煤質(zhì)的煤泥水的性質(zhì)存在一定的共性，主要表現(xiàn)為：表面帶有一定的負(fù)電荷、細(xì)微煤粒含量較高以及煤泥礦物組成主要成分相似，都是SiO2和Al2O3等。這些因素都表明，煤泥水是一種帶負(fù)電的膠體分散體系，難于發(fā)生自然沉降。不同煤質(zhì)的煤泥水由于原煤的煤化程度和灰分不同，它們的懸浮物濃度和煤泥粒度分布有差別較大，煤化程度較低的煤種懸浮物濃度高，<250μm的較細(xì)煤粒含量較低。（2）無(wú)機(jī)陽(yáng)離子混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑的種類對(duì)煤泥水的去除效果影響較大。由于Al3+、Fe3+的價(jià)位較Ca2+、Mg2+高，三價(jià)陽(yáng)離子混凝劑的處理效果較二價(jià)陽(yáng)離子的處理效果好，但使用混凝劑形成的絮體體積較??；相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM由于分子鏈鏈長(zhǎng)適中，去除效果較好，陽(yáng)離子度為35%～45%的陽(yáng)離子型PAM由于陽(yáng)離子鏈節(jié)所占的比例大，電性中和能力強(qiáng)，去除效果較好，使用絮凝劑形成的絮體體積較大。（3）不同類型的有機(jī)高分子絮凝劑去除懸浮物的作用機(jī)理不同，并且它們的投加量對(duì)去除效果的影響也不同。在加藥量較小的情況下，非離子型PAM對(duì)懸浮物的去除率最好；陰離子型PAM在加藥量較小的情況下以架橋作用為主，隨著加藥量的增大，由于陰離子型PAM帶負(fù)電，相互排斥，導(dǎo)致去除率下降；陽(yáng)離子型PAM在加藥量較小的情況下，主要表現(xiàn)為電性中和作用，隨著加藥量的增大，相互排斥，對(duì)懸浮物的去除率下降；非離子型PAM主要表現(xiàn)為架橋作用，加藥量對(duì)懸浮物去除效果的影響相對(duì)較小。（4）本試驗(yàn)使用氯化鈣和非離子型PAM組合處理長(zhǎng)焰煤煤泥水，使用氯化鋁和相對(duì)分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM組合處理無(wú)煙煤煤泥水，最佳試驗(yàn)條件是先將煤泥水用稀