趙志玉 耿煥國(guó)

(芬雷選煤工程技術(shù)(北京)有限公司,北京 100004)

煤泥水的水質(zhì)特性分析及生產(chǎn)實(shí)踐意義

趙志玉 耿煥國(guó)

(芬雷選煤工程技術(shù)(北京)有限公司,北京 100004)

通過對(duì)煤泥水的ζ電位、膠體粒度、pH值、硬度變化的分析和煤矸石的礦物組成的XRD分析,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果解釋煤泥水難處理的原因,為煤泥水處理選用藥劑提供指導(dǎo)。陜西省府谷縣瑞豐集團(tuán)融德洗選煤公司入洗原煤屬高灰分、特低硫、特低熱值的長(zhǎng)焰煤,矸石易泥化且易碎,由于入洗原煤的上述特點(diǎn)而使該公司的煤泥水處理困難。通過對(duì)融德洗選煤公司生產(chǎn)煤泥水的性質(zhì)和煤矸石礦物組成的研究,為該公司煤泥水處理選用藥劑提供指導(dǎo),通過生產(chǎn)實(shí)踐取得了良好的效果。

煤泥水 膠體 ζ電位 礦物

煤泥水是濕法選煤加工工藝的工業(yè)尾水，其中含有大量的煤泥和泥沙，特別穩(wěn)定，處理非常困難[1]。為了滿足洗選用水閉路循環(huán)的水質(zhì)要求，防止洗選用水閉路循環(huán)過程中水質(zhì)的惡化，降低煤炭洗選加工成本，對(duì)煤泥水處理技術(shù)的研究是非常必要的。

1 煤泥水的性質(zhì)及煤矸石礦物組成

為了找到煤泥難處理的原因，對(duì)融德洗選煤公司生產(chǎn)煤泥水自然沉降(不加藥劑自然沉降1h)上清液進(jìn)行試驗(yàn)分析，詳細(xì)結(jié)果見表1。

分析結(jié)果顯示，煤泥水是弱酸性(大量使用PAC造成洗水偏酸性)的膠體體系，其主要特點(diǎn)是:(1)膠粒表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷;(2)膠體粒度較大，分散性較差;(3)CODCr較高;(4)煤泥水硬度有所降低(生產(chǎn)補(bǔ)充水的硬度為2.04mmol/L)。對(duì)煤矸石進(jìn)行XRD分析可知，融德洗選煤公司煤矸石的主要成分是石英、綠泥石和蛇紋石等。

2 煤泥水難處理的原因

2.1 膠體體系的形成[2]

從上述煤泥水特點(diǎn)來(lái)看，煤泥水是一種顆粒表面帶負(fù)電荷的膠體體系。通過對(duì)煤矸石的礦物組成分析認(rèn)為煤泥水膠體體系的形成主要是SiO2含量較高造成的。顆粒表面上的SiO2分子有一部分與水作用生成硅酸，并進(jìn)一步解離成SiO32-和H+，反應(yīng)可表示為:

SiO2膠核首先吸附有共同成分的SiO32-使膠體顆粒表面帶負(fù)電，所形成的膠粒結(jié)構(gòu)為

[(SiO2)m·nSiO32-·2(n-x)H+]2x-，這類膠體屬于憎水性膠體。

另外，由于融德洗選煤公司入洗原煤是煤化程度較低的長(zhǎng)焰煤，其中炭黑顆粒表面的羥基(-OH)和羧基(-COOH)基團(tuán)在水中解離也能使顆粒表面帶電，這也是膠體形成的一個(gè)因素。

2.2 洗水硬度變化的原因

在循環(huán)煤泥水體系中，在礦物顆粒表面發(fā)生K+、Na+和Ca2+、Mg2+的陽(yáng)離子交換反應(yīng)，以Ca2+和Na+之間的離子交換反應(yīng)為例:

由于融德洗選煤公司的煤矸石中含有綠泥石、蛇紋石等礦物，在煤泥水中發(fā)生了上述離子交換反應(yīng)，消耗了水中的Ca2+、Mg2+離子而使循環(huán)水的硬度略低于生產(chǎn)補(bǔ)充水的硬度。

通過上述的分析可知，融德洗選煤公司的煤泥水難于處理的原因是懸浮顆粒帶有較強(qiáng)的負(fù)電性，使煤泥水呈膠體分散體系，并且主要表現(xiàn)在膠體的ζ電位上。(1)帶有較強(qiáng)負(fù)電荷的膠粒之間產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電斥力，而且ζ電位越高膠粒間的靜電斥力越大，膠體越穩(wěn)定;(2)膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)而使膠體具有穩(wěn)定性;(3)膠粒帶電能將極性水分子吸引到它周圍形成一層水化膜，從而阻止膠粒間的相互接觸，水化膜厚度決定于擴(kuò)散層的厚度，而擴(kuò)散層的厚度又影響ζ電位的高低。如果膠粒的ζ電位消除或減弱，水化膜也將隨之消失或減弱。因此，處理煤泥水首先要降低ζ電位，破壞膠體的穩(wěn)定性，然后采取其他措施，強(qiáng)化凝聚效果，提高煤泥水的處理效率。

表1 煤泥水性質(zhì)

3 煤泥水研究的實(shí)踐意義

由上述煤泥水性質(zhì)的分析可知，洗煤廢水是一個(gè)膠體分散體系，并且膠粒表明帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷，所以在處理這類洗煤廢水時(shí)，必須向廢水中投加混凝劑，降低電位，破壞膠體的穩(wěn)定性，從而達(dá)到泥水分離的目的;加入高價(jià)金屬陽(yáng)離子能破壞洗煤廢水的穩(wěn)定性，使煤泥顆粒凝聚沉降，但沉降速度比較緩慢，應(yīng)投加絮凝劑提高沉降速度，改善沉降性能。

根據(jù)李亞峰等[2]的研究成果可知，在洗煤廢水中添加石灰乳能降低煤泥水帶負(fù)電的膠體的ζ電位，使煤泥顆粒發(fā)生凝聚。另外石灰乳中的Ca2+還能去除對(duì)懸浮物具有一定穩(wěn)定性的有機(jī)雜志，從而提高煤泥水的處理效果。石灰乳中的Ca(OH)2與洗煤廢水中的SiO2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硬硅酸鈣石，具有一定的強(qiáng)度，能改善煤泥的過濾性能。

4 結(jié)語(yǔ)

研究表明煤泥水難以自然沉降是由于懸浮物粒度小、表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電性而使煤泥水呈膠體體系所至;煤矸中礦物組成分析和水質(zhì)分析表明，循環(huán)煤泥水體系的原生硬度由選煤用水的基礎(chǔ)硬度和煤中礦物組成共同決定[3];煤泥水中投加石灰和PAM，能夠破壞其膠體的穩(wěn)定性，使煤泥顆粒發(fā)生凝聚，最終實(shí)現(xiàn)泥水分離的目的。

5 致謝

本研究的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究生叢龍斐做的，同時(shí)在做該項(xiàng)研究中得到公司領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和融德洗選煤公司同事的大力支持，在此表示真摯的感謝。

[1]葛鵬,葉向德.煤泥水的水質(zhì)特性及處理技術(shù).工業(yè)水處理,2009年1月,29(1):53-57.

[2]李亞峰,劉鐵成.洗煤廢水難處理的原因及處理方法研究.礦業(yè)安全與環(huán)保,1991,2:1-3.

[3]張志軍,劉炯天.基于原生硬度的煤泥水沉降性能分析.煤炭學(xué)報(bào), 2014年4月,39(4):757-761.