一种新凝聚剂对煤泥水絮凝沉降影响规律的研究.pdf

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1、煤收稿日期:20060821作者简介:肖军辉(1982-),男,四川德阳人,硕士研究生,从事金属矿和非金属矿的深加工与利用、矿物材料、磁电选矿、化学选矿等方面的研究。一种新凝聚剂对煤泥水絮凝沉降影响规律的研究肖军辉1,张宗华1,张 昱2(1.昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明 650093;2.昆明晶石矿冶有限公司,云南 昆明 650093)摘 要:用一种新有机凝聚剂(3268)与其它絮凝剂以一定比例混合对山西某选煤厂浮选尾煤煤泥水进行了选择性絮凝沉降试验,从沉降速度和透光度的分析结果得出了该有机凝聚剂与其它絮凝剂混合使用的作用效果是很理想的。尤其是7#药剂(HP-150)与该凝聚剂混

2、合的作用效果最为理想,最后得出了该选煤厂的煤泥水处理所需药剂的合适用量。关键词:凝聚剂;煤泥水;絮凝;沉降中图分类号:TD92411+4 文献标识码:A 文章编号:10052798(2007)01000405Research about the I nfluence of a New Flocculant onSli meWater Flocculation Rule(XI AO Junhui1,ZHANG Zonghua1,ZHANG Yu2)(1.Land Resource Engineering College of Kunm ing University of Science and

3、Technology,Kunm ing650093,China;2.Kunm ing SparM ining Co.Ltd.,Kunm ing650093,China)Abstract:This article is key to do selective flocculation sedi mentation experi mental research on flotation tailings coal-slurry of coalseparation of Shan Xi province with the appropriate ration mixture of a kind of

4、 new organic flocculent(3268)and other flocculants,from the analysis of sedimentation speed and permeation,it reaches the conclusion with mixture of this new kind organic flocculent andof other flocculants that the function effect is perfect.Especially,the function effect of the mixture of the No.7

5、medicament(HP-150)and the new kind flocculent is best perfect.Finally it gets the appropriate medicament dosage to dealwith slime water of the coalseparation factory.Key words:flocculants;sli me water;flocculation;sedi mentation 煤泥水的处理是选煤厂的一个关键环节,长期以来,煤泥水的净化一直是选煤厂的主要问题之一,主要是高灰的泥质颗粒(一般在10m以下)不易絮凝沉淀,使

6、选煤厂的生产用水达不到设计规范的生产清水的标准(0.4 g/L),无法实现清水洗煤。在选煤厂中处理煤泥水时,实现洗水闭路循环是很重要的。随着选煤机械化程度的提高,细粒煤所占的比重越来越大。大多数选煤厂煤泥水处理系统都或多或少地存在一些问题,煤泥水系统的运行好坏是影响选煤厂能否实现洗水闭路循环的关键因素。解决煤泥水的问题成为选煤厂正常生产的前提。煤泥颗粒在水中还受到布朗运动的影响,颗粒界面间上述的相互作用,使得煤泥水性质相当复杂,不但有悬浮液的特性,还有胶体的某些性质。因此,细颗粒煤泥可以在煤泥水中相对稳定存在,在沉淀池中仅仅通过重力作用的自然沉降很难达到理想的澄清效果。煤泥水(尤其是浮选尾煤水

7、)的主要特点是:浓度高、粒度细、灰分高,颗粒表面多数带负电荷,同性电荷之间的斥力使得这些微粒在水中保持分散状态,在水中不仅受重力的作用,还受布朗运动的影响。此外,由于煤泥水中固体颗粒界面之间的相互作用,使得煤泥水的性质复杂化,不但具有悬浮液的特点,往往还具有胶体的某些性质。由于上述原因,导致多数选煤厂的煤泥水很难自然澄清。如何有效的处4试验研究总第87期理这部分浮选尾煤煤泥水是选煤厂能否合理有效地回收利用大量宝贵的水资源的关键因素之一。对于煤泥水的处理用絮凝沉降的方法已经在某些选煤厂的水处理取得了一定的成果,实践证明添加混合药剂比单一的絮凝剂可以更有效地处理煤泥水难以澄清的困难。因此,本文通过

8、不同絮凝剂对山西某选煤厂的浮选尾煤煤泥水的絮凝沉降试验的研究,得出了最佳药剂的用量及合理的混合其它的助剂可以有效地降低处理煤泥水的成本问题。1 絮凝机理与絮凝动力学概述1.1 絮凝机理絮凝是非常复杂的物理化学过程,絮凝作用机理是凝聚和絮凝两种作用过程,凝聚过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程;而絮凝过程是所形成细小的凝聚体在絮凝剂的桥连(架桥)作用下生成大体积的絮凝物(絮团)的过程。实际上,凝聚和絮凝都是微小的胶体颗粒和悬浮物颗粒在极性物质或电解质作用下,中和颗粒表面电荷,降低或消除颗粒间的排斥力,使颗粒结合在一起,体积不断变大,当颗粒聚集使体积达到一定程度(粒径约为0.01 cm)时,

9、便从水中分离出来,这就是可观察到的絮凝状沉淀物 絮团。故在煤泥水中添加絮凝剂后既有凝聚作用,也有架桥的絮凝作用,统称絮凝(或混凝)作用。絮凝(flocculation)是水中投入大量或过量的絮凝剂之后,脱稳颗粒直接或间接的相互凝聚生成呈“絮状”的大颗粒而进行卷扫、沉淀分离的过程,该过程紧接着凝聚过程进行。简言之,絮凝是“微絮凝体”(microfloc)。再通过机械力或水力搅拌进一步聚集成肉眼可见的大“絮凝体”(floc)。在水处理工艺上与之相对应的两个阶段分别为快速混合和絮凝。凝聚和絮凝这两个阶段仅仅是人们在研究混凝机理时,为了方便解释胶体颗粒脱稳沉降的现象、原因,便于定量定性描述、分析而得出

10、的。综上可知,待处理水溶液中投加絮凝剂后,为克服胶体颗粒的稳定性(微粒布朗运动、胶体颗粒间的静电斥力、胶体颗粒表面是水化作用)而需将药液迅速均匀的分布整个溶液之中。以便使其极大可能地充分发挥絮凝剂本身的“活性”。换句话说。应最大可能地发挥絮凝剂的“潜能”。使其最大限度地降低Zeta(电动电位 当颗粒在外力的作用下移动时,双电层的扩散层与固体表面斯特恩面之间有一个滑动面,滑动界面上的电位和溶液内部的电位差)电位,使水中的胶体颗粒迅速处于脱稳状态,此过程即所谓的凝聚过程。在实际操作时,药液水解并迅速的分布在溶液中以便充分发挥压缩双电层、电性中和作用。随后,当形成絮体之后,为防止其破碎,搅拌强度越来

11、越缓,便于絮体颗粒稳定并增大,从而顺利完成絮凝阶段。该工艺从水力条件上要求:在水力或机械搅拌下,以聚结是颗粒既不沉淀又不破碎;从动力学条件来看,则更直观,即要求反应液运动先快后慢;从能量分布上分析,整个混凝过程分为段紊流过程,期间改变了水流的结构、特性,使得水流在搅拌设备附近产生压力差、形成旋涡,从而得以发生多次接触、变化、凝聚。其中混凝作用机理在目前比较认可的有:压缩双电层作用机理产生凝聚;吸附架桥作用产生絮凝;网捕作用产生絮凝。对于不同的絮凝剂,存在相同或不同的混凝作用机理。这些混凝机理的提出和作用都与DLVO理论有关。Der2jguin、Landau、Vervey和Overbeek四人提

12、出的胶体稳定理论,简称DLVO理论。通过胶体颗粒之间的吸引力和排斥力的相互作用,产生的相互作用来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因,在解释絮凝机理方面形成了比较完善的体系,得到了广泛的认同。1.2 絮凝动力学概述目前的絮凝动力学将絮凝分为如下三类:1)异向絮凝(perikinetic flocculation)。胶体颗粒由于布朗运动相互碰撞而凝聚现象在胶体化学中成为异向絮凝。由于布朗运动相碰而减少的几率对单一分散相的颗粒浓度而言,根据物理化学知识可以确定该动力学特性是二级反应。2)同向絮凝(orthokintic focculation)。细小的颗粒凝聚主要靠搅拌作用,而不是布朗运动,这种情

13、况容易被误解的原因有下面两个方面:第一,布朗运动使胶体颗粒凝聚的速度太慢;第二,颗粒相互碰撞凝聚后逐渐变大,布朗运动会逐渐停止。在搅拌作用下使胶体颗粒相碰后的凝聚作用称为同向絮凝。3)差降絮凝(differential settling)。对于两种不同的尺寸的颗粒之间的絮凝,除了同向、异向絮凝之外,还存在着所谓差降絮凝。大的颗粒以较快的速度下降的过程中,能赶上沉降速度较小的小颗粒,因而发生碰撞,产生絮凝现象。2 试验研究与分析本试验的煤泥水试样来自山西某选煤厂的浮选尾煤煤泥水,试样加工工艺流程,见图1。52007年1月 肖军辉等:一种新凝聚剂对煤泥水絮凝沉降影响规律的研究 第16卷第1期图1

14、试样加工流程2.1 试样粒度分析煤泥水中煤泥粒度的大小与其实现沉降的易难程度关系是十分密切的,因此明确试样的粒度组成是必要的。煤泥粒度分析结果,见表1。表1 煤泥水粒度分析结果粒级/mm产率r/%个别累计灰分Ad/%个别累计+0.2500.300.3082.2482.24-0.250+0.1547.017.3191.1090.74-0.154+0.1009.8317.1487.8589.08-0.100+0.0743.6320.7791.1389.44-0.074+0.0454.1424.9185.8888.85-0.045+0.00075.09100.0088.0188.22合计100.00

15、88.22从表1的煤泥粒度组成可知,煤泥粒度组成很细,根据斯托斯公式知,颗粒沉降速度和颗粒的直径的平方成正比,如直径为10m的颗粒,其沉降速度约是1m颗粒的100倍。而颗粒越小,其中重力作用越小,布朗运动加剧,促使颗粒保持悬浮状态。因此,对于一般的絮凝剂可能不能实现较为理想的效果。故采用混凝的办法来实现极细颗粒的沉降。由于凝聚剂是靠改变颗粒表面的电性质来实现凝聚作用的,当用它处理粒度大,荷电量大的颗粒时,使用量很大,导致生产成本增加。但凝聚剂对荷电量小的颗粒作用较,而且得到的澄清水和沉淀物的质量都很高。絮凝剂用于处理煤泥水时,由于它不改变颗粒表面的电性质,颗粒间的斥力仍然存在,产生的絮团蓬松,

16、其间含有大量的水,澄清水中含有细小的粒子,但絮凝剂的用量很低。絮凝剂和凝聚剂在配合使用时,一定要先加凝聚剂后加絮凝剂,这样可以大大提高药剂作用的效果。2.2 试验药剂本试验研究所用的药剂具体,见表2。其中11#药剂是一种有机凝聚剂3268,该凝聚剂是带有正电荷的中等分子量的有机聚合物,加入矿浆后,带有正电荷的凝聚剂分子链与带有负电的细泥颗粒结合,一方面中和了细泥颗粒的电性,减少其之间的相互排斥造成的悬浮;另一方面凝聚剂分子链形成一定的架桥作用,使若干细泥颗粒结成较大的颗粒,使沉降得以加速。电性得到中和、结团的细泥接下来的絮凝剂的更大的桥连作用下,随煤粒一起沉降,使浓缩机中的固体颗粒全部沉降,溢

17、流水更加清澈。凝聚剂3268是中等分子量,高电量阳离子液体状有机聚合物。可以作为净水剂,凝聚剂,过滤助剂。凝聚剂配合使用去除煤泥水中细泥,得到更为清澈的溢留液水。此外,代替石灰或其它无机凝聚剂或净水或减少pH值调整的需要与无机凝聚剂如石灰相比,3268凝聚剂比石灰加药量明显减少,一般每吨煤泥只需要10100 g,而无机盐类凝聚剂一般需要几公斤到几十公斤。对后续的工艺没有不良的影响,同时,配置溶液简单,作用时间短。3268为液体,可以直接加入到煤泥水中,只需要几秒到几十秒就可发挥絮凝沉降作用。处理后容易脱水,由于其作用机理是将微细的细泥中和后形成较大的絮团颗粒,因此这样的浓缩机底流更有利于脱水。

18、表2 试验药剂编号名称浓度(质量分数)/%1#聚丙烯酰胺0.052#聚铝(喷雾)0.053#PAM(2#)E8000.054#NAM(FL#)0.055#聚铝(滚筒)0.056#PAM1#E10000.057#HP-1500.058#实验用石灰0.059#阴离子(马选)南京中煤0.0510#工业用石灰0.0511#助滤剂 有机凝聚剂32681.002.3 絮凝沉降试验与分析本试验研究分别对不同的药剂配上11#药剂 有机凝聚剂3268在不同浓度的煤泥水做絮凝沉降试验研究,在试验过程中,注意要预先将煤泥置入烧杯中并加一定量水后溶解,然后将其置入有密封盖子的250 ml量筒中,同时加入药剂后补加水直

19、到量筒250 ml刻度线,盖上盖子反复振荡几次保证煤泥水与药剂的充分作用。实验结果见沉降速度分析和透光度分析结果,并且通过分析的结果得出了药剂的用量以此作为该选煤厂煤泥水选择性絮凝用药的参考依据。沉降速度分析结果依次见图2图11。透光度分析依次见图12 图21。62007年1月 肖军辉等:一种新凝聚剂对煤泥水絮凝沉降影响规律的研究 第16卷第1期从图2 图11的煤泥水沉降速度曲线分析可知,煤泥水沉降速度与煤泥水的浓度、加药量等方面的因素有很大的关系。随着煤泥水的浓度的增加,对于同一种药剂来说沉降速度减慢,澄清液体积也相应的减小。在煤泥水浓度相同时,不同药剂对煤泥水沉降速度也有一定的影响。从图1

20、2图21可知,透光度随时间变化曲线表明对不同药剂在煤泥水浓度相同时7#药剂(同时加凝聚剂配合使用)的作用效果最理想。在煤泥水浓度为15 g/L、30 g/L、45 g/L时,3#药剂、7#药剂72007年1月 肖军辉等:一种新凝聚剂对煤泥水絮凝沉降影响规律的研究 第16卷第1期(加上有机凝聚剂)、10#药剂(加上有机凝聚剂)的作用效果是比较理想的,但从透光度曲线还是可以明显的看出7#药剂(加上有机凝聚剂)的效果是最佳的。另外也可以看出药剂对煤泥水浓度在30 g/L时为最佳的作用浓度,煤泥水沉降效果比较理想。综上可知,药剂的选择与药剂的配合方式对实验效果有很大的影响。本次试验可以充分的说明絮凝剂

21、和有机凝聚剂在两种药剂的配合使用时效果比单一的药剂对煤泥水沉降的效果要理想得多,此外,煤泥水浓度在30 g/L时为处理煤泥水的最佳浓度。在加药量方面,在煤泥水浓度为30 g/L时,絮凝剂加2 ml,同时凝聚剂加1 ml为最理想的加药量。3 结 论煤泥水的处理问题是一个比较棘手的问题。在煤泥水净化中,多数情况下必须添加絮凝剂。通常是有机高分子絮凝剂的“桥连”作用对煤泥细粒效果更好,无机电解质凝聚剂的静电作用对高灰的泥质细粒效果很好。对于一些难以净化的煤泥水,可以采用两种药剂的配合使用,促进固液两项分离,取得了良好的絮凝沉淀效果,实现了清水洗煤。同时,不仅没有增加成本,反而成本下降,这对于整个选煤

22、厂的生产都是有利的。煤泥水难以沉降,主要是与许多因素有关,煤泥水浓度、加药量、温度、药剂特性及其作用机理、加药方式等很多影响煤泥水处理的因素想联系。通过该试验研究可以得出以下方案供该选煤厂处理煤泥水的用药的选择标准:1)有机高分子絮凝剂(PAM)加上有机凝聚剂的配合使用能有效实现煤泥水的沉降。2)有机絮凝剂加上HP-150的配合使用也能实现煤泥水的沉降,效果是最理想的。3)根据该选煤厂年处理400万t,原生煤泥含量在20%左右,当煤泥水浓度小于40 g/L时,建议方案为:HP-150为130 g/t,配有机凝聚剂100 g/t。均可以实现煤泥水的有效沉降,达到理想的效果。4)同时本试验研究可以

23、更明确,在处理煤泥水时往往用传统的絮凝方法很难较好的实现煤泥水的处理,从而需要两种甚至多种药剂的配合使用会实现满意的效果。这样并不会增加药剂成本,反而会使用药成本降低。这对任何选煤厂在处理煤泥水时,可以合理的降低成本,提高经济效益是非常有利的。5)随着水资源紧张的趋势越来越明显的情况下,对于选煤厂在煤泥水处理上将会引起足够的重视,如何有效开发新的药剂来处理回收这部分宝贵的水资源将会变得十分重要。参考文献:1 许 时.矿石可选性研究M.北京:冶金工业出版社,1989.2谢广元.选矿学M.徐州:中国矿业大学出版社,2001.3 WaspEdward j.Bechtel Petroleumlnc J

24、,ScientifcAmercian,1983,249(5):48-55.4 单忠强.煤炭洗选环境工程M.北京:煤炭工业出版社,1986.5 朱 红,施秀屏,欧泽深.有机阳离子絮凝剂的机理及运用J.中国矿业大学学报,1996,25(2).6 高 玉.PACS絮凝剂的制备及其性能研究J.环境科学,1990,11(3):34-37.7 吴成妍.煤泥水的特性与絮凝剂的使用J.选煤技术,1995(8).8 周振英,刘炯天.选煤工艺试验研究方法M.徐州:中国矿业大学出版社.1991.9 何燧源,金云云,何 方.环境化学(第二版)M.上海:华东理工大学出版社,2000.10 马青山,贾 瑟,孙丽民等.絮凝化学和絮凝剂M.北京:中国环境科学出版社,1990.11 秦麟源.废水生物处理M.上海:同济大学出版社,1989.12 钱 易,米祥友.现代水处理技术M.北京:中国科学技术出版社,1993.13 陆 柱,蔡兰坤.水处理药剂M.北京:化学工业出版社,2002.14 郑兴灿,张 悦,陈 立.化学-生物联合絮凝的污水一级处理 J.中国给水排水,2000,16(7):29-32.责任编辑:张雪松欢迎投稿 欢迎订阅 欢迎刊登广告82007年1月 肖军辉等:一种新凝聚剂对煤泥水絮凝沉降影响规律的研究 第16卷第1期