我国煤泥水沉降澄清处理技术现状及发展趋势_王雷pdf

第2期选煤技术No.22013年4月COALPREPARATIONTECHNOLOGYApr.2013文章编号:1001－3571(2013)02－0082－05我国煤泥水沉降澄清处理技术现状及发展趋势王雷，李宏亮，彭陈亮，高丽娜(安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽省淮南市232001)摘要:煤泥水处理是选煤厂生产过程中的关键环节，同时也是大多选煤厂的问题环节。文章从煤泥水自身特性入手，分析了煤泥水难以沉降澄清的主要原因，介绍了我国煤泥水处理技术、药剂、工艺及设备等方面现状，剖析了存在的主要问题，并提出了煤泥水处理技术发展趋势。关键词:煤泥水;煤泥水处理技术;药剂;工艺及设备;发展趋势中国分类号:TD946.2文献标志码:ACurrentsituationanddevelopingtrendofcoalslimewatersettlementandclarificationtreatmenttechnologyinChinaWANGLei，LIHong－liang，PENGChen－liang，GAOLi－na(AnhuiUniversityofScience＆Technology，SchoolofMaterialsScienceandEngineering，HuainanAnhui232001，China)Abstract:Slimewatertreatmentisthekeytechnologicalprocessincoalprocessingproduction，butital-sothelinkthatfrequentlycourseproblemsformostofcoalpreparationplants.Basedontheslimewatercharacteristics，thispaperanalyzedthemainreasonofdifficulttosettlementandclarificationofslimewa-ter，discussedthecurrentsituationandproblemsofslimewatertreatmenttechnology，reagent，processes，equipmentandotheraspectsinChina，analyzedthemainproblemexistedandpresentsthedevelopmenttendencyofslimewatertreatmenttechnology.Keywords:coalslimewater;coalslimewatertreatingtechnology;reagent;technologyandequip-ment;developmenttendency在煤炭洗选加工过程中，除少部分干法作业外，都需要大量的水或水的混合物作为选煤介质，因而会产生大量的煤泥水，通常每洗选1t原煤就要用3～5m3水，煤泥水体系是一个极其复杂的系统［1］。由于国内入选原煤性质相对较差，再加上随着煤炭开采机械化水平的提高使原煤中矸石量不断增大，因而在煤炭洗选过程中产生了大量难以沉降处理的高泥化煤泥水，导致煤泥水澄清处理方面问题颇多。1煤泥水难沉降澄清的主要原因煤泥水中矿物组成受煤中矿物质的来源和分布特性的影响，主要由粘土类矿物、硫化物类矿物，收稿日期:2012－11－28碳酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫酸盐类矿物和大量的有机质煤等组成［2］，决定煤泥水难澄清处理的主要因素是占矿物总质量的60%以上的粘土类矿物［1］(比较常见的有高岭石、蒙脱石、石英、方解石、伊利石等)，由于这些粘土类矿物具有特殊的晶体结构，在煤的湿法分选中极易泥化或受机械冲击裂解，进而形成大量的微米级的细颗粒，根据斯托克斯公式，颗粒沉降速度与颗粒直径的平方成正比可知，颗粒粒径越小，颗粒越不易沉降。同时，这些矿物颗粒在水中会发生水化作用和选择性吸附、溶解及晶格取代等，使颗粒表面荷负电并形成双电层，产生静电斥力，使煤泥水更加难以沉降。主要表现如下:粘土类矿物颗粒表面的SiO2基金项目:安徽省自然科学基金“高泥化煤泥微细颗粒表面溶剂化作用机理研究”(11040606M121)作者简介:王雷(1989—)，男，河南省平顶山市人，硕士研究生，从事煤泥水沉降澄清技术的研究。E－mail:[e-mail]:1585569783582第2期王雷等:我国煤泥水沉降澄清处理技术现状及发展趋势2013年4月25日与水作用生成H2SiO3(式1);H2SiO3水解产生SiO2+和H+(式2);之后SiO胶核优先吸附32SiO2－生成荷负电颗粒，同时AlO与水作用生成323Al(OH)(式3);Al(OH)水解产生AlO2－和33H+(式4)。由于Al(OH)优先吸附AlO2－而生成3大量荷负电胶粒，此外碳颗粒表面的羧基(—COOH)基团和羟基(—OH)也会水解出不等量的H+、—COO－和H+、O－，从而使颗粒表面荷负电。荷负电的煤泥水颗粒Zeta电位越高，荷电颗粒间的静电斥力越大，颗粒的分散性和稳定性越强，就越难以沉降。SiO+HO→HSiO;(1)2223HSiO2H++SiO2－;(2)→233AlO+HO→2Al(OH);(3)23232Al(OH)H++AlO－+HO。(4)→322另外，裂解的大量微细颗粒断裂面上的不饱和键与水偶极子发生作用，得到部分补偿，水分子会在这些极性矿物表面进行不同形式的定向排列，形成水化膜［3］。水化膜会产生空间位阻效应，阻碍颗粒间的接触，使药剂无法进入颗粒表面进行中和作用，进而使煤泥水颗粒难以沉降。综上所述，从煤泥水本身特性分析，只有消除或减弱颗粒间的Zeta电位，破坏或减弱颗粒表面形成的水化膜，并采取一定的方法，才能更好地实现煤泥水澄清处理。2煤泥水沉降澄清处理技术2.1混凝技术混凝沉降澄清处理技术主要包括絮凝技术和凝聚技术两类。该技术利用加入的化学药剂，使煤泥水中的悬浮物以较大颗粒或松散聚团的形式沉降分离。就选煤厂生产实践而言，主要是絮凝作用或者絮凝剂同凝聚剂联合作用。对于难沉降煤泥水，通常需要两种药剂联合使用，且以先加凝聚剂后加絮凝剂为宜。许多试验表明，联合使用絮凝剂和凝聚剂处理煤泥水，不但药剂用量小，煤泥水沉降效果好，且药剂残余浓度低。徐初阳等［4－5］针对不同选煤厂煤泥水进行了絮凝沉降的药剂选择及药剂优化的试验研究。聂容春等［6－7］利用光引发合成的阳离子型聚丙烯酰胺对高泥化煤泥水进行了沉降试验，试验得出该阳离子型聚丙烯酰胺性能优于其他类型聚丙烯酰胺。匡亚莉等［8－9］对高泥化煤泥进行了絮凝沉降试验，分析得出，煤泥水浓度越低，絮凝沉降效果越好，上层清水分离率越高，伴随着泥化率的增加，絮凝剂用量增加较大，甚至成倍增长。郝志刚［10］等利用煤泥作为原材料制备无机高分子絮凝剂聚硅酸铝铁，当该絮凝剂pH调至1.5，且药剂与煤泥水的用量比为1∶500时，该絮凝剂絮凝效果最佳。廖寅飞［11］等对难沉降煤泥水进行凝聚－絮凝沉降试验得出，6mg/L聚丙烯酰胺与60mg/L聚合氯化铝联合使用来处理煤泥水，上清液浓度为0.03g/L，沉降效果非常好。2.2微生物絮凝技术微生物絮凝剂是由微生物产生的有絮凝活性的次生代谢产物，是一种高效、安全和能自然降解的新型水处理剂。我国从20世纪80年代以来开展了对微生物絮凝剂的研究，由于微生物絮凝剂是一种取之不尽、无毒的生物资源，因此应用微生物絮凝剂替代化学絮凝剂处理煤泥水的研究也在不断增多。张东晨［12］等把酱油曲霉作为煤炭微生物絮凝剂的产生菌，采用离心沉降和超声波破碎等方法，研究了酱油曲霉的培养液原液、培养原液离心上清液、破碎液、破碎液离心上清液含有不同成分的四种菌体提取液对煤泥水的絮凝效果。吴学凤［13］等对酱油曲霉进行活化，其产生的微生物絮凝剂对煤泥水起到了很好的絮凝效果。梁峙、韩宝平［14］以微生物絮凝剂产生菌白腐真菌为研究对象，对其生物学培养特性以及影响絮凝活性的环境因素进行了研究，通过河南神火矿业煤电股份有限公司选煤厂浮选尾煤水试验，进一步研究了微生物絮凝剂对煤泥水絮凝效果的优化条件。夏邦权［15］等利用白腐真菌作为微生物絮凝剂产生菌对望峰岗选煤厂煤泥水的絮凝效果进行了研究，最高絮凝率可达94%。周桂英［16］等利用草分枝杆菌这种微生物絮凝剂对煤泥水的絮凝效果进行研究，并确定了最佳工艺条件。2.3电处理技术由于煤泥水中细颗粒物荷负电的特性，因此可将电化学的方法应用到煤泥水的澄清处理中。电絮凝法是利用铝或铁等可溶性电极在电流作用下溶解生成铝或铁的氢氧化物的凝聚性来凝聚水中的胶体物质，从而使水获得净化的一种电化学方法。电絮凝技术比其他传统的污水处理技术有很大的优势，与化学絮凝相比，只需消耗一定量的电能，不需要添加大量药剂。Bapckuu等人研制电凝83第2期选煤技术2013年4月25日聚装置用于澄清选煤厂的煤泥水，该装置由直流电快、pH值使用范围宽等特点，具有广泛的应用前源和圆柱形电极组成，煤泥水经电絮凝处理后，可景。非离子型聚丙烯酰胺是指未水解或水解度使聚丙烯酰胺用量降低60%，凝聚效果远高于一＜4%的聚丙烯酰胺，pH值适应范围为3.5～7.0，般方法［17］。董宪姝等［18－19］采用电解质对煤泥水进一般适应于偏酸性的污水处理中。行电化学预处理，压缩双电层使煤泥水沉降明显改天然高分子絮凝剂主要有淀粉加工产品及其衍善。陈洪砚［20］等采用电化学方法对消除煤泥颗粒生物，它们具有非常好的絮凝性能，但由于淀粉主表面电荷，使煤泥颗粒快速絮团沉降进行了研究。要来源于粮食作物，因此该类药剂使用具有很大的另外，也可采用电渗法进行煤泥水的处理。电局限性，不能广泛应用于生产。渗法是指在土中插入金属电极，并通以直流电，在另外，纤维素的衍生物，壳聚糖衍生物作为絮电场作用下，土中水从阳极流向阴极，产生电渗，凝剂也具有很好的效果。纤维素是构成植物细胞壁从而降低高黏性土的含水率或地下水位，改善土性的基础物质，而壳聚糖是甲壳质分子中的乙酰基脱的加固方法。电渗法用于煤泥水澄清脱水的研究相去而制得的。甲壳质存在于自然界中的低等植物菌对较少，朱立谷、单忠健研究了电渗脱水工艺与机类、藻类的细胞，甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳，械过滤的结合方法，并测定了煤－水系统的电化学高等植物的细胞壁等，两种物质具有分布广泛、无性质，分析了它们对浮选精煤电渗脱水效率的影毒、可生物降解等特性，因此具有很大的发展空响，得出机械过滤完成后再进行电渗脱水效果好，间。物料电化学性质的不同是电渗脱水效率的主要因在悬浮液中加入高分子化合物，通过吸附架素［21］。董宪姝等通过真空过滤机联合电渗法对煤桥、吸附电性中和和网捕沉淀作用，可使颗粒间形泥脱水得出，当电场强度为60V/cm时脱水速度成絮团，增大体积密度，使悬浮液失稳，这就是絮最快，滤饼最低水分为16.08%，当电流密度是凝的过程。长链的絮凝剂通常可以黏结几个颗粒，0.079A/m2时脱水速度最快，滤饼最低水分为通过吸附架桥作用将固体颗粒聚集在一起而产生沉22.38%等结论［22］。另外，薛玺罡［23］等通过外加淀。对于同时具有高聚物性质和电解质性质的高聚磁场作用使煤泥颗粒的电性改变，先使煤泥颗粒的物，当这种高聚物上所带电荷符号与胶体颗粒上的外层电量减小，再通过不停搅动使其凝聚沉降。相反时，除架桥作用外，还具有中和颗粒表面电荷煤泥水处理的药剂和压缩颗粒双电层作用。另外，当悬浮液中的固体3颗粒物含量高时，以包裹沉降机理为主，即先使用3.1絮凝药剂的分类及絮凝机理药剂与部分颗粒作用形成包裹层，再使用包裹层网通常将絮凝药剂分为人工合成型的和天然型的捕其他颗粒，使包裹层越来越密实，最终完成固液两大类。分离过程。至于何种机理起主导作用，要根据药剂在我国选煤厂中，人工合成的高分子类絮凝剂性质、煤泥水性质等来决定。应用最多的是聚丙烯酰胺类物质，按结构不同，这3.2凝聚药剂分类及凝聚机理类物质又可分为阴离子型、阳离子型、双离子型和凝聚剂主要是无机电解质和无机高分子凝聚非离子型。阴离子型聚丙烯酰胺是聚丙