呂玉庭,　趙麗穎,　時起磊

(1.黑龍江科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院, 哈爾濱 150022; 2.征楠煤化工有限公司, 黑龍江 鶴崗 154100)

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磁場對煤泥水絮凝沉降效果的影響

呂玉庭1,趙麗穎1,時起磊2

(1.黑龍江科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院, 哈爾濱 150022; 2.征楠煤化工有限公司, 黑龍江 鶴崗 154100)

針對傳統(tǒng)煤泥水處理方法存在成本高、對環(huán)境污染嚴重等問題,采用磁場與絮凝劑相結(jié)合的方法對煤泥水進行絮凝沉降,分析磁感應(yīng)強度和磁化時間對煤泥水絮凝沉降速度、沉積物厚度和上清液濁度的影響。結(jié)果表明:煤泥水絮凝沉降速度隨磁感應(yīng)強度的增大、磁化時間的延長而增加,底層沉積物厚度和濁度隨磁感應(yīng)強度的增大、磁化時間的延長而減小。在磁感應(yīng)強度為0.25 T、磁化時間為15 min時,煤泥水的處理效果最佳。該研究為煤泥水處理提供了有益參考。

煤泥水; 磁感應(yīng)強度; 磁化時間; 沉降速度; 濁度

煤炭洗選方法如重介選、跳汰選、浮選等多以水或水的混合物作為洗選介質(zhì),通常入選1 t原煤需要使用1.0～1.5 m3水[1-2],煤泥水量較大。煤泥水系統(tǒng)運行狀況直接影響分選設(shè)備的分選下限、重介質(zhì)的消耗量、浮選效果等指標,煤泥水系統(tǒng)處理效果變差,會導(dǎo)致整個選煤系統(tǒng)無法正常運行,并造成嚴重的環(huán)境污染。傳統(tǒng)絮凝劑價格較昂貴,使用量大,不僅增加了企業(yè)的經(jīng)濟成本,還會造成一定的環(huán)境污染[3]。研究和開發(fā)一種高效、安全、無污染的煤泥水處理工藝,對于提高煤泥水處理效能、保護環(huán)境等具有重要意義。磁化處理能夠使水中的顆粒物發(fā)生物理、化學(xué)變化[4-9],提高水的凈化效果,同時具有投入一次性、運行費用低、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。目前,該方法已在工業(yè)廢水、有機廢水、生活污水等方面取得了較好的研究成果,但其在高濃度煤泥水處理中的應(yīng)用尚少。筆者采用磁場與絮凝劑相結(jié)合的方法開展煤泥水絮凝實驗,分析其絮凝沉降效果,為傳統(tǒng)煤泥水處理方法的改進提供了參考。

1　實　驗

1.1樣品

實驗煤樣選用哈爾濱市依蘭選煤廠煤泥,煤泥工業(yè)分析結(jié)果見表1。根據(jù)表1及現(xiàn)場煤質(zhì)化驗報告可知,該煤泥為高灰、難絮凝、易泥化的長焰煤。實驗水樣選用自來水?？紤]到選煤廠實際生產(chǎn)中的煤泥水質(zhì)量濃度為30～50 g/L,故實驗選用煤泥水質(zhì)量濃度為40 g/L。

表1　煤樣的工業(yè)分析結(jié)果

1.2儀器與試劑

試劑:以非離子型聚丙烯酰胺(PAM)溶液作為絮凝劑,其質(zhì)量濃度為1 g/L、相對分子質(zhì)量為107。實驗按30 g/t干煤泥計算PAM添加量,即在250 mL沉降管中添加0.3 mL PAM溶液。

1.3實驗及分析方法

磁絮凝方法:在沉降管外壁兩側(cè)均勻地排布規(guī)格相同的永磁鐵,通過改變兩排永磁鐵的間距來調(diào)節(jié)磁感應(yīng)強度。取250 mL煤泥水加入沉降管中,上下顛倒幾次使其混合均勻。預(yù)磁化1 min后,加入PAM溶液,并將沉降管上下顛倒5次,然后立即記時,記錄穩(wěn)定沉降面下降程度。

分析方法:根據(jù)沉降液面下降的高度與時間變化曲線,分析沉降速度;沉降10 min后測量煤泥沉淀層的壓實高度,評價煤泥的壓縮程度,并用移液管抽取液面下100 mm處上層上清液50 mL,采用濁度儀測定上清液濁度,觀察煤泥水澄清效果。

2　結(jié)果與討論

2.1磁感應(yīng)強度對煤泥水絮凝沉降效果的影響

在絮凝劑用量相同(0.3 mL)的條件下,分析0.05 、0.10 、0.15、0.20、0.25 T磁感應(yīng)強度下,預(yù)磁化1 min后煤泥水的絮凝沉降速度(v)、沉積物厚度(d)和上清液濁度變化情況。實驗結(jié)果見圖1～3。

圖1為煤泥水絮凝沉降速度隨磁感應(yīng)強度變化曲線。

第一類“VP”的語義主要表描摹，描摹的本義是照原樣描寫，這里具體指對人或事物的情狀、特性進行客觀描述。例如：

圖1　沉降速度隨磁感應(yīng)強度變化曲線

從圖1可以看出,煤泥水的絮凝沉降速度隨著磁感應(yīng)強度的增大而增加。當(dāng)磁感應(yīng)強度為0.05 T時,煤泥水的絮凝沉降速度為5.43 mm/s,當(dāng)磁感應(yīng)強度增加至0.25 T時,煤泥水的絮凝沉降速度增加至6.11 mm/s。磁場作用使顆粒所帶電荷量減少,從而減小顆粒間的斥力,煤泥顆粒之間就更容易聚團,這破壞了懸浮液的穩(wěn)定,易于顆粒沉降。隨著磁感應(yīng)強度增大,煤泥顆粒產(chǎn)生的聚團越來越大,對煤粒下沉的影響就越明顯。在磁場作用下煤泥水最大絮凝沉降速度為6.11 mm/s,未磁化的煤泥水沉降速度為6.23 mm/s。與未經(jīng)磁場強化的煤泥水相比較,經(jīng)磁場強化的煤泥水絮凝沉降速度出現(xiàn)減小趨勢,是由于磁場作用使煤粒形成具有弱磁性的聚團,這些煤泥聚團與磁場產(chǎn)生的作用力相互影響所致。

圖2為煤泥水沉積物厚度隨磁感應(yīng)強度變化曲線。

圖2　沉積物厚度隨磁感應(yīng)強度變化曲線

從圖2可以看出,隨著磁感應(yīng)強度的增加,煤泥沉積物厚度由26.5 mm減小至25.8 mm,壓實程度隨磁感應(yīng)強度增大而增加,說明磁場能夠促進煤泥的壓實作用。這是由于磁場降低了煤泥顆粒的水合程度及煤泥顆粒間的排斥力,增加了煤泥顆粒間的內(nèi)聚力,使得煤泥絮團更加緊密,從而減小了沉積物的厚度。

圖3為煤泥水上清液濁度隨磁感應(yīng)強度變化曲線。

圖3　濁度隨磁感應(yīng)強度變化曲線

從圖3可以看出,磁場可以明顯改善煤泥水上清液的濁度,磁感應(yīng)強度為0時,煤泥水上清液的濁度為132.6 NTU,當(dāng)磁感應(yīng)強度增大到0.25 T時,煤泥水上清液的濁度降至53.2 NTU。磁感應(yīng)強度越大,上清液濁度越低,這是因為磁場作用減小了煤泥顆粒的水合程度和煤泥顆粒間的斥力,使細顆粒煤泥更容易與煤泥聚團發(fā)生凝聚,煤泥水上清液中的細顆粒減少,透光率就會增加,因此，增大了煤泥水上清液的濁度。

綜合分析可知,與未經(jīng)磁場作用煤泥水相比,磁場雖然會減小煤泥水的絮凝沉降速度,但其對煤泥水上清液濁度的改善程度較大;磁場對煤泥水絮凝沉降效果能產(chǎn)生積極影響,當(dāng)磁感應(yīng)強度為0.25 T時,煤泥水絮凝沉降效果最佳。

2.2磁化時間對煤泥水絮凝沉降效果的影響

在PAM溶液質(zhì)量濃度為1 g/L、用量為0.3 mL、磁感應(yīng)強度為0.25 T的條件下,分別對經(jīng)預(yù)先磁化5、10、15、20、25、30 min的煤泥水進行絮凝沉降實驗,分析磁化時間對煤泥水絮凝沉降速度、沉積物厚度和上清液濁度的影響。實驗結(jié)果見圖4～6。

圖4為煤泥水沉降速度隨磁化時間變化曲線。從圖4可以看出,隨著磁化時間的增加煤泥水絮凝沉降速度也在相應(yīng)的增加,但是增加的幅度并不大。當(dāng)磁化時間為5 min時,煤泥水中的煤粒尚未完全團聚,磁場對煤泥水絮凝沉降速度的影響很小;隨著磁化時間的延長,煤泥顆粒不斷聚團,重力不斷增加,煤泥聚團的沉降速度加快；當(dāng)磁化時間超過15 min后,煤泥顆粒完全聚團,煤泥水的沉降速度幾乎不變。

圖4　沉降速度隨磁化時間變化曲線

圖5為煤泥水沉積物厚度隨磁化時間變化曲線。

圖5　沉積物厚度隨磁化時間變化曲線

從圖5可以看出,隨著磁化時間的延長,煤泥水沉積物厚度不斷減小,當(dāng)磁化時間大于15 min時,沉積物厚度的減小幅度變小,這是由于煤泥水磁化時間的延長逐漸降低了煤泥顆粒的水合程度,減小了煤泥顆粒間的排斥力,增大了煤泥顆粒間的內(nèi)聚力,使得煤泥絮團更加緊密,從而減小了沉積物的厚度。當(dāng)磁化時間增至15 min后,煤粒之間的內(nèi)聚力增加到了一定程度,密實度最大,沉積物厚度幾乎不再發(fā)生變化。

圖6為煤泥水濁度隨磁化時間變化曲線。

圖6　濁度隨磁化時間變化曲線

從圖6可以看出,煤泥水上清液濁度隨磁化時間的增加而減小,當(dāng)磁化時間超過15 min后,濁度減小的幅度降低；隨著磁化時間的延長,煤泥絮團對細顆粒煤泥的吸附量也不斷增加,煤泥水上清液濁度變化明顯;當(dāng)磁化時間進一步延長時,煤泥絮團吸附的細顆粒已經(jīng)達到了最大值,剩余的細顆粒幾乎不能夠再被吸附,煤泥水上清液的濁度值不再有大幅變化。

分析磁化時間對煤泥水絮凝沉降速度、沉積物厚度和上清液濁度三個參數(shù)的影響可知,當(dāng)磁化時間為15 min時,磁場強化煤泥水絮凝沉降的效果最佳。

3　結(jié)　論

(1)隨著磁感應(yīng)強度的增大,煤泥水絮凝沉降速度逐漸增大,沉積物厚度和上清液濁度逐漸減小,其中最優(yōu)磁感應(yīng)強度為0.25 T。

(2)隨著磁化時間的增加,煤泥水的絮凝沉降速度逐漸增大，沉積物厚度和上清液濁度逐漸減小,磁化時間為15 min時,煤泥水絮凝沉降效果最佳。

(3)磁化處理能夠加快煤泥水絮凝沉降速度,減小底層沉積物厚度,顯著減小煤泥水上清液濁度,與傳統(tǒng)絮凝沉降方法相比處理效果較好。

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(編輯荀海鑫)

Effects of magnetic field on flocculating sedimentation of slime-water

LüYuting1,ZHAOLiying1,SHIQilei2

(1.College of Mining Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China;2.Zhengnan Coal Chemical Industry Corporation Limited, Hegang 154100, China)

Aimed at addressing a high cost, serious environmental pollution, and other issues in traditional slime-water treatment, this paper introduces the flocculation and sedimentation of slime-water by combining magnetic field with flocculant and offers an analysis of the effect of magnetic flux density and magnetizing time on settling rate, thickness of the sedimentation, and turbidity. The result suggests that slime water shows a higher settling rate due to the greater magnetic flux density and magnetizing time and sees a less sedimentation and turbidity coming from increased magnetic flux density and magnetizing time. The magnetic flux density of 0.25 T and magnetizing time of 15 min provide the best treatment of slime water. This study would be a reference for slime-water treatment.

slime-water; magnetic flux density; magnetizing time; sedimentation velocity; turbidity

2013-07-03

呂玉庭(1971-)，男，山東省曹縣人，教授，碩士，研究方向：潔凈煤技術(shù)，E-mail：mynamelyt@sina.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.05.005

TD94

1671-0118(2013)05-0424-03

A