煤泥水處理的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展展望

摘要：著眼于煤泥水處理工藝的優(yōu)化和添加化學藥劑沉降回收煤泥，分析對比了目前應(yīng)用較為廣泛的處理方法，如沉降法、電化學法、化學沉淀法等。上述單一工藝處理成分復雜煤泥水，效果不佳，難以實現(xiàn)高泥化難沉降煤泥水的高效處理。最后結(jié)合選煤廠實際情況對煤泥水處理的發(fā)展趨勢進行了展望，提出開發(fā)更加高效、應(yīng)用廣泛的高分子絮凝劑，以期實現(xiàn)煤泥水的高效處理。

關(guān)鍵詞：煤泥水;沉降法;電化學;絮凝劑

煤泥水是煤炭洗選加工過程中最主要的工作介質(zhì)，主要由煤泥與水組成，其性質(zhì)較為特殊，受到煤的性質(zhì)和選煤工藝流程等多種因素的影響。煤泥水中懸浮物質(zhì)主要是煤顆粒和與煤伴生的礦物顆粒，如石英、黃鐵礦、鹽類物質(zhì)和粘土等。其中粘土礦物可以在水中泥化，在水中存在時間越長，泥化程度越嚴重，越難沉降。粘土礦物的泥化，會造成其他顆粒以及后續(xù)進入系統(tǒng)顆粒的沉降環(huán)境惡化。設(shè)備分選效率以及回收能力的不足等也會造成煤泥水澄清難度的加大。

煤泥水的澄清效果決定了前段分選環(huán)節(jié)的分選效率，因此煤泥的沉降回收也決定了一個選煤廠能否穩(wěn)定生產(chǎn)。目前，煤泥水處理的主要方法有沉降法、電化學法、反滲透法、微生物絮凝法、化學沉淀法等，工業(yè)中常以濃縮沉降聯(lián)合化學沉淀法進行煤泥水處理。本文在簡要介紹各種煤泥水處理方法的基礎(chǔ)上，綜述了工業(yè)應(yīng)用中的常用方法，并在此基礎(chǔ)上對煤泥水的高效回收提出了發(fā)展方向。

1.沉降法

1.1自然沉降法

煤泥水的自然沉降受生產(chǎn)用水、礦物顆粒的泥化率以及懸浮顆粒粒度等多種因素的影響。洗選生產(chǎn)用水的水質(zhì)硬度越大、礦物顆粒的粒度越大以及泥化率越小，煤泥水越容易自然沉降。煤泥沉降池是自然沉降法在工業(yè)應(yīng)用的具體實例，固體顆粒在沉降池中自然沉降，從而達到固液分離的效果，煤泥得到回收，同時獲得澄清循環(huán)水。自然沉降法生產(chǎn)成本較低，但由于煤質(zhì)等多種因素的影響，造成煤泥沉降速度緩慢，煤泥顆粒沉降不夠徹底，對選煤廠的生產(chǎn)造成較大壓力。

1.2濃縮沉降法

濃縮沉降主要是針對不同濃度、粒度、水質(zhì)等的煤泥水，選用合適的工藝方法以及設(shè)備，通過濃縮、脫水、水力分級等進行處理。根據(jù)煤泥在運動的介質(zhì)中沉降速度的不同，通過水力分級將煤泥分成若干粒度的產(chǎn)物，借助重力或者離心力的作用提高煤泥水濃度，再運用機械設(shè)備打破煤泥顆粒與之間結(jié)合的電場力，從而達到煤泥沉降的效果?；幢边x煤廠[1]采用兩段濃縮、兩段回收工藝對煤泥水處理原有工藝進行了改造，用沉降過濾離心機回收一段濃縮煤泥，提高了煤泥回收率，降低了浮選精煤灰分。濃縮沉降法能夠使成分復雜的煤泥水得到有效處理，同時實現(xiàn)煤泥水的閉路循環(huán)。濃縮沉淀的處理能力大，效果顯著，是工業(yè)中廣泛應(yīng)用的方法。

2電化學法

2.1常規(guī)電化學法

電化學法是通過將電解質(zhì)作用于待處理煤泥水中，使煤泥更加容易沉降。朱龍[2]等學者的研究表明煤泥顆粒表面帶負電荷，使煤泥水形成膠體分散體系，在煤泥水中煤泥顆粒表面存在雙電層阻礙煤泥沉降，而雙電層的厚度決定著電勢差的大小，電勢差越低煤泥水沉降特性越好，越容易沉降。電化學處理煤泥水的過程中會發(fā)生電解作用，陰陽極將進行電極反應(yīng)，加入的電解質(zhì)在煤泥水中產(chǎn)生價數(shù)較高的陽離子，煤泥顆粒表面的負電荷與陽離子的正電荷中和，使煤泥水中固體顆粒表面電荷量發(fā)生改變，降低電勢差，煤泥顆粒間排斥力減小，相同固體顆粒間的相互排斥減弱，發(fā)生凝聚和沉降。

董憲姝[3]等通過電解處理煤泥水絮凝沉降實驗，對電解電流、電解時間、藥劑用量等進行了探索，發(fā)現(xiàn)在電解電流為0.5A，電解時間為5min，藥劑用量為120g/t的條件下，沉降速度增大，上清液濁度降低。

電化學處理法效果較好，污染較小，但當前電化學處理煤泥水技術(shù)不夠成熟，反應(yīng)器的現(xiàn)場實用性不高，具有一定的危險性。

2.2超聲電化學法

超聲電化學法是將電化學法與超聲輻射技術(shù)相結(jié)合，運用到煤泥水處理中。超聲輻照對常規(guī)電化學具有促進作用，能夠改變電化學中電解反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境，使電解電極與電極周邊介質(zhì)之間產(chǎn)生交變電位差，促進電化學反應(yīng)的進行，兩種方法相輔相成，提高了電化學處理煤泥水的效果。

王浩[4]等采用超聲電化學法對煤泥水進行預處理試驗，結(jié)果表明，上清液濁度較單獨電化學預處理有明顯降低，沉降速度提高，煤泥水絮凝沉降效果得到提高。超聲電化學法效果明顯，效率較高，但實際生產(chǎn)中耗電量較大，生產(chǎn)成本偏高。

3.反滲透法

反滲透法是一種以壓力差為推動力，通過使用大于滲透壓的反滲透壓力，從溶液中分理出溶劑，從而達到分離、提取、純化和濃縮的目的。在煤泥水的處理工藝中，運用反滲透法使水分子被壓到膜的另一邊，變成潔凈水。南山煤礦采用反滲透法處理礦井水，礦井水得到高效回收，回收率達到62%以上。

當前反滲透技術(shù)所使用的的膜對水質(zhì)的要求比較高，需要與預處理配合使用，同時需要設(shè)置清洗裝置。由于當前環(huán)境下煤質(zhì)成分復雜，水質(zhì)不穩(wěn)定，因此反滲透技術(shù)主要應(yīng)用于高礦化礦井水的處理。反滲透法無污染，效果好，但滲透膜價格較高，因此需要開發(fā)適應(yīng)性更廣，成本較低的滲透膜。

4.微生物絮凝法

微生物絮凝沉降劑是由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，能夠使水中不易降解的固體懸浮顆粒和膠體顆粒等絮凝及沉淀的特殊高分子代謝產(chǎn)物。微生物絮凝沉降法就是通過添加微生物絮凝劑使煤泥得到高效聚團沉降的方法。張曉萍[5]等采用黃袍原毛平革菌作為微生物絮凝劑，采用正交實驗方法對煤泥水進行絮凝實驗，并通過分析得出，黃袍原毛平革菌對煤泥具有較好的絮凝作用。

微生物絮凝劑具有無公害，易被生物降解，不污染環(huán)境等優(yōu)點，但微生物不能夠大量獲取，難以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

5.化學沉淀法

化學沉淀法是通過加入化學藥劑，使煤泥水中的懸浮物以較大顆?；蛩缮⑿鯃F的形式得以沉降分離?；瘜W沉淀法通常又分為無機沉淀法和有機高分子沉淀法。

5.1無機沉淀法

無機沉淀法是通過添加無機化學藥劑的方式，使煤泥得到凝聚、沉淀。無機凝聚劑溶于煤泥水后，能夠產(chǎn)生帶正電的高價陽離子，降低顆粒表面的電勢差，使煤泥顆粒的間的靜電斥力減小，范德華力增加，提高顆粒之間相互碰撞吸附放入幾率，使細顆粒凝聚為較大顆粒，從而沉降回收。

5.2有機高分子沉淀

5.2.1天然高分子沉淀

天然高分子沉淀主要采用有一定線形長度的天然高分子聚合物，強化細顆粒煤泥水的沉降速度，使煤泥得到有效回收。天然高分子絮凝劑主要包括淀粉加工產(chǎn)品及其衍生物、纖維素的衍生物、腐殖酸鈉等。淀粉主要來源于糧食作物，多數(shù)淀粉不溶于水，但經(jīng)過熱處理或堿處理可變?yōu)楹隣畹乃苄晕镔|(zhì)，對煤泥具有較好的絮凝性能。纖維素在自然界中分布廣泛，其通式與淀粉相同。纖維素本身也不溶于水，但經(jīng)過化學處理后，其衍生物能夠溶于水，是有效的煤泥回收絮凝劑。腐殖酸鈉類化合物富含于風化煙煤、褐煤、泥煤中，是一種天然高分子聚合電解質(zhì)。腐殖酸的鉀鹽和鈉鹽易溶于水，是一種很好的絮凝劑。

5.2.2人工合成高分子沉淀

人工合成高分子絮凝劑主要分為陽離子型、陰離子型和非離子型三大類。陽離子型絮凝劑穩(wěn)定性較差，分子量較低，一般很少單獨使用，但對泥、砂等帶負電荷的細粒具有特殊的絮凝效果。目前應(yīng)用最廣泛的絮凝劑是陰離子型的聚丙烯酰胺及其衍生物。聚丙烯酰胺是一種線形高分子聚合物，無毒、無腐蝕性、易溶于水，其水溶液與煤泥水混合后，聚丙烯酰胺分子與煤泥水細顆粒表面發(fā)生吸附，在顆粒之間起到連接作用，使細顆粒形成較大絮團，加快了煤泥沉淀速度。當前選煤廠的煤泥水處理中，由于選煤用水的硬度偏低，煤泥水中含有大量細泥導致所帶電荷較高，單一使用聚丙烯酰胺的絮凝效果不佳。因此，將無機電解質(zhì)凝聚劑和高分子絮凝劑聯(lián)合使用，往往能取得更好的絮凝效果。

6.煤泥水沉降回收的展望

現(xiàn)階段，由于煤質(zhì)、水質(zhì)差異較大，從煤泥水中回收煤泥的過程較復雜，因此工業(yè)生產(chǎn)中多采用濃縮沉降搭配化學藥劑的方法進行處理。目前來看，聯(lián)合處理工藝可以結(jié)合多種工藝的優(yōu)點，避免單一工藝缺陷，達到最優(yōu)組合，提高煤泥處理效率，降低生產(chǎn)成本。尤其是高分子絮凝劑沉淀應(yīng)該是今后重點關(guān)注的方法，但高分子絮凝劑回收煤泥的成本較高，而且隨著煤泥量的加大以及成分的改變，絮凝劑的用量也在不斷加大，吸附性也會降低，同時對水質(zhì)造成一定的污染。因此需要開發(fā)低成本，吸附能力強，可以適應(yīng)更廣泛雜質(zhì)的高分子絮凝劑。

7.結(jié)語

（1）隨著采煤機械化程度的不斷增高，煤質(zhì)成分的復雜多變，煤泥水處理將成為選煤廠急需解決的問題。

（2）煤泥水的處理方法較多，主要有沉降法、電化學法、反滲透法、微生物絮凝法、化學藥劑沉淀法等。

（3）目前煤泥水處理較為理想的方法是濃縮沉降法搭配無機凝聚劑、高分子絮凝劑化學藥劑，能夠高效沉降煤泥產(chǎn)品，同時大大提高循環(huán)水的回收率。

（4）結(jié)合目前選煤廠的實際生產(chǎn)情況，需要開發(fā)穩(wěn)定性更高、選擇性強、應(yīng)用更廣泛的高分子絮凝劑，同時進一步優(yōu)化工藝，減少煤泥在回收時的損失，實現(xiàn)選煤廠高效、可持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻

[1]李春旭，許吉祥，熊勇.“2+2”煤泥水處理工藝在淮北選煤廠的研究與應(yīng)用[C].中國選煤發(fā)展論壇論文集.2012：293-298.

[2]朱龍，蘇永渤，張秀娟.煤泥水動電電位的測試與應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，1998（04）：41-44.

[3]董憲姝，孫玲，孫冬，姚素玲，王志忠.電解處理難沉降煤泥水最佳工藝條件的研究[J].選煤技術(shù)，2010（05）：5-8+5.

[4]王浩，樊攀峰，鄭劍平，王繼偉，任陽光.超聲電化學協(xié)同處理難沉降煤泥水的實驗研究[J].煤炭工程，2015，47（05）：118-121.

[5]張曉萍，胡岳華，劉潤清.Hydrophobic aggregation of ultrafine kaolinite[J].Journal of Central South University of Technology，2008（03）：368-372.

作者簡介：魏昊，1993年2月出生，男，助理工程師，2019年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學，現(xiàn)從事煤炭洗選工作。