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：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，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，靜置幾個月也不會自然沉降，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)過程中水質(zhì)的惡化，保護環(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所產(chǎn)生的；另一類是由地質(zhì)年代較長，煤質(zhì)較好的原煤在洗選時所產(chǎn)生的。本試驗用洗選長焰煤和無煙煤的煤泥水（分別稱為長焰煤煤泥水和無煙煤煤泥水）進行研究，對比其水質(zhì)特性，研究其處理技術(shù)。1煤泥水來源及水質(zhì)特性分析煤泥水來源試驗以長焰煤煤泥水和無煙煤煤泥水作為研究對象，長焰煤煤泥水取自陜北某選煤廠，長焰煤屬于煙煤，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；無煙煤煤泥水取自山西晉城某選煤廠，無煙煤是地質(zhì)年代最長，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)對長焰煤煤泥水和無煙煤煤泥水的一般性質(zhì)進行了常規(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。對煤泥的礦物組成進行分析，有助于合理地選擇混凝劑，也有助于對混凝過程和機理的理解。煤泥的礦物組成分析結(jié)果見表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，無煙煤煤泥中的Al2O3含量較長焰煤煤泥中的Al2O3含量高，長焰煤煤泥中化合C的含量高于無煙煤煤泥中化合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處理效果有較大的影響，煤泥顆粒的粒度分布，尤其是微細級的含量，對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。試驗采用美國貝克曼公司生產(chǎn)的LS230/sum+型粒度分析分布儀進行煤泥粒度分布測定，分析結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，長焰煤煤泥水和無煙煤煤泥水中細微煤泥顆粒（<75μm）的含量均較高，其中在長焰煤煤泥水中為%，在無煙煤煤泥水中為%；粒度在75～250μm的煤泥顆粒在長焰煤煤泥水中的含量（%）比其在無煙煤煤泥水中的含量（%）低；在長焰煤煤泥水中粒度>250μm的煤泥顆粒的含量（%）高于其在無煙煤煤泥水中的含量（%）。煤泥水性質(zhì)對比通過以上分析可知，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；同時由于地質(zhì)年代較長的煤的硬度相對較高，不易在煤炭洗選加工過程中破碎，從而使煤泥水中>250μm的煤泥顆粒含量相對較低，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較高。但從對表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：表面帶有一定的負電荷，細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，煤泥水是一種帶負電的膠體分散體系，難于發(fā)生自然沉降。中鷹選礦浮選機：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)2試驗部分試驗材料試驗儀器DBJ-621六聯(lián)攪拌儀，BS210S電子天平，pHS-3C精密pH計，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┰囼炗没炷齽┯新然F、氯化鋁、氯化鈣和硫酸鎂，均為AR級，質(zhì)量分數(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)品相對分子質(zhì)量分別為6×106、8×106、×107、×107，陽離子度分別為10%～20%、25%～35%和35%～45%的陽離子型聚丙烯酰胺以及質(zhì)量分數(shù)為%的非離子型聚丙烯酰胺。試驗方法試驗設(shè)計對不同煤質(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行分析，對比分析煤泥水的性質(zhì)，合理選擇混凝劑和絮凝劑，通過正交試驗，最終確定煤泥水處理的最佳試驗條件。煤泥水懸浮物濃度的測定經(jīng)濾紙過濾后，于105℃下烘干1h，置干燥皿中冷卻后稱重，計算煤泥水懸浮物濃度。混凝沉淀試驗方法混凝劑最佳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)攪拌儀進行混凝沉淀試驗，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，測定上清液懸浮物濃度。中鷹選礦浮選機：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電的膠體分散體系，且煤泥水濃度較高，因此選擇通過投加陽離子型混凝劑來降低ζ電位。本試驗選用氯化鐵、氯化鋁、氯化鈣和硫酸鎂進行試驗，試驗條件為：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，測定上清液懸浮物濃度。試驗結(jié)果見圖2和圖3。從試驗結(jié)果可知，混凝劑的投加量對去除效果的影響較大，在加藥量較小的情況下，由于Al3+、Fe3+的價位較Ca2+、Mg2+高，三價陽離子混凝劑的處理效果較二價陽離子的處理效果好；處理長焰煤煤泥水的混凝劑投加量高于無煙煤煤泥水的投加量；試驗所形成的絮體體積較小，沉降速度慢。本試驗混凝劑使用氯化鈣處理長焰煤煤泥水，加藥量為2mL；使用氯化鋁處理無煙煤煤泥水，加藥量為1mL。絮凝劑的選擇由于單純投加陽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，使絮體通過架橋作用形成較大的絮團，從而加速沉降過程。不同類型的PAM對去除效果具有一定的影響，本試驗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以及不同陽離子度的陽離子型PAM對SS去除效果的影響。然后使用篩選出的絮凝劑，對煤泥水進行對比試驗分析，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：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)陰離子型PAM分子質(zhì)量對去除效果的影響取250mL長焰煤煤泥水或無煙煤煤泥水，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，測定上清液懸浮物濃度。試驗結(jié)果見圖4。由圖4可知，陰離子型PAM分子質(zhì)量對懸浮物去除效果的影響較大，其中相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM對兩種煤泥水的去除效果均較好，主要是由于當PAM分子質(zhì)量太大時，分子鏈太長不能有效打開，故無法起到架橋作用，因此絮凝效果并不佳，故選用相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM進行試驗。陽離子型PAM陽離子度對去除效果的影響取250mL長焰煤煤泥水或無煙煤煤泥水，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離子度的陽離子型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，測定上清液懸浮物濃度。試驗結(jié)果見圖5。由圖5可知，陽離子型PAM陽離子度對懸浮物去除效果的影響較大，陽離子度越高，去除效果越好，這主要是由于陽離子度越大，陽離子鏈節(jié)所占的比例越大，混凝初期電性中和能力越強，因此選用陽離子度為35%～45%的陽離子型PAM進行試驗。絮凝劑的選擇試驗根據(jù)上述試驗結(jié)果，分別選取相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM、陽離子度為35%～45%的陽離子型PAM和非離子型PAM進行混凝沉淀試驗。取250mL長焰煤煤泥水或無煙煤煤泥水，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分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM、陽離子度為35%～45%的陽離子型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，測定上清液懸浮物濃度。試驗結(jié)果見圖6和圖7。由圖6、圖7可知，絮凝劑的投加量對懸浮物去除效果的影響較大。非離子型PAM不帶電，主要通過架橋作用，吸附煤泥膠體顆粒〔5-7〕。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和陽離子型PAM，但隨著加藥量的進一步增大，非離子型PAM對懸浮物的去除率逐漸下降；陰離子型PAM帶負電，由于它主要通過架橋作用降低煤泥水懸浮物濃度，因此其投加量對長焰煤煤泥水懸浮物去除效果影響較小，而對于煤泥顆粒含量較低的無煙煤煤泥水，隨著加藥量的增加，過量的陰離子型PAM相互排斥，反而降低了對懸浮物的去除率；陽離子型PAM帶正電，加藥量少時，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)，其對懸浮物的去除效果逐漸增大，當加藥量進一步增大，過量的陽離子型PAM相互排斥，去除率降低。對于長焰煤煤泥水，試驗絮凝劑使用陽離子度為35%～45%的非離子型PAM進行處理；考慮到無煙煤煤泥水濃度較低，試驗絮凝劑使用相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM進行處理。中鷹選礦浮選機：煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù)煤泥水處理最佳試驗條件的確定根據(jù)上述試驗結(jié)果，用CaCl2和非離子型PAM處理長焰煤煤泥水，用AlCl3和相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM處理無煙煤煤泥水，考慮到混凝劑和絮凝劑的加藥量和攪拌時間對處理效果也有一定的影響，本試驗分別對兩種不同煤質(zhì)的煤泥水進行4因素3水平正交試驗，確定出最佳試驗條件，其中長焰煤煤泥水水樣：在250mL中投加質(zhì)量分數(shù)2%的氯化鈣溶液3mL，以120r/min的速度攪拌90s，再投加質(zhì)量分數(shù)%的非離子型PAM2mL，攪拌60s；無煙煤煤泥水水樣：在250mL中投加質(zhì)量分數(shù)2%的氯化鋁溶液1mL，以120r/min的速度攪拌60s，再投加相對分子質(zhì)量為8×106的質(zhì)量分數(shù)%的陰離子型PAM溶液1mL，攪拌30s，沉降30min。在最佳試驗條件下，長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。以上試驗結(jié)果表明，通過投加混凝劑，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，通過架橋作用，使絮體體積進一步增大，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：表面帶有一定的負電荷、細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的較細煤粒含量較低。（2）無機陽離子混凝劑和有機高分子絮凝劑的種類對煤泥水的去除效果影響較大。由于Al3+、Fe3+的價位較Ca2+、Mg2+高，三價陽離子混凝劑的處理效果較二價陽離子的處理效果好，但使用混凝劑形成的絮體體積較??；相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM由于分子鏈鏈長適中，去除效果較好，陽離子度為35%～45%的陽離子型PAM由于陽離子鏈節(jié)所占的比例大，電性中和能力強，去除效果較好，使用絮凝劑形成的絮體體積較大。（3）不同類型的有機高分子絮凝劑去除懸浮物的作用機理不同，并且它們的投加量對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帶負電，相互排斥，導(dǎo)致去除率下降；陽離子型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，加藥量對懸浮物去除效果的影響相對較小。（4）本試驗使用氯化鈣和非離子型PAM組合處理長焰煤煤泥水，使用氯化鋁和相對分子質(zhì)量為8×106的陰離子型PAM組合處理無煙煤煤泥水，最佳試驗條件是先將煤泥水用稀