煤泥水的水質(zhì)特性分析及生產(chǎn)實踐意義

趙志玉 耿煥國

(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)實踐意義

趙志玉 耿煥國

(芬雷選煤工程技術(shù)(北京)有限公司,北京 100004)

通過對煤泥水的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融德洗選煤公司入洗原煤屬高灰分、特低硫、特低熱值的長焰煤,矸石易泥化且易碎,由于入洗原煤的上述特點而使該公司的煤泥水處理困難。通過對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)上清液進行試驗分析，詳細結(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，其主要特點是:(1)膠粒表面帶有較強的負電荷;(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)補充水的硬度為2.04mmol/L)。對煤矸石進行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]

從上述煤泥水特點來看，煤泥水是一種顆粒表面帶負電荷的膠體體系。通過對煤矸石的礦物組成分析認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焰煤，其中炭黑顆粒表面的羥基(-OH)和羧基(-COOH)基團在水中解離也能使顆粒表面帶電，這也是膠體形成的一個因素。

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的負電性，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)帶有較強負電荷的膠粒之間產(chǎn)生較強的靜電斥力，而且ζ電位越高膠粒間的靜電斥力越大，膠體越穩(wěn)定;(2)膠粒的布朗運動而使膠體具有穩(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散層的厚度，而擴散層的厚度又影響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 煤泥水研究的實踐意義

由上述煤泥水性質(zhì)的分析可知，洗煤廢水是一個膠體分散體系，并且膠粒表明帶有較強的負電荷，所以在處理這類洗煤廢水時，必須向廢水中投加混凝劑，降低電位，破壞膠體的穩(wěn)定性，從而達到泥水分離的目的;加入高價金屬陽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+還能去除對懸浮物具有一定穩(wěn)定性的有機雜志，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，具有一定的強度，能改善煤泥的過濾性能。

4 結(jié)語

研究表明煤泥水難以自然沉降是由于懸浮物粒度小、表面帶有較強的負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，最終實現(xiàn)泥水分離的目的。

5 致謝

本研究的基礎(chǔ)實驗是由中國礦業(yè)大學(xué)研究生叢龍斐做的，同時在做該項研究中得到公司領(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, 2014年4月,39(4):757-761.