论文部分内容阅读
摘要：着眼于煤泥水处理工艺的优化和添加化学药剂沉降回收煤泥，分析对比了目前应用较为广泛的处理方法，如沉降法、电化学法、化学沉淀法等。上述单一工艺处理成分复杂煤泥水，效果不佳，难以实现高泥化难沉降煤泥水的高效处理。最后结合选煤厂实际情况对煤泥水处理的发展趋势进行了展望，提出开发更加高效、应用广泛的高分子絮凝剂，以期实现煤泥水的高效处理。
关键词：煤泥水;沉降法;电化学;絮凝剂
煤泥水是煤炭洗选加工过程中最主要的工作介质，主要由煤泥与水组成，其性质较为特殊，受到煤的性质和选煤工艺流程等多种因素的影响。煤泥水中悬浮物质主要是煤颗粒和与煤伴生的矿物颗粒，如石英、黄铁矿、盐类物质和粘土等。其中粘土矿物可以在水中泥化，在水中存在时间越长，泥化程度越严重，越难沉降。粘土矿物的泥化，会造成其他颗粒以及后续进入系统颗粒的沉降环境恶化。设备分选效率以及回收能力的不足等也会造成煤泥水澄清难度的加大。
煤泥水的澄清效果决定了前段分选环节的分选效率，因此煤泥的沉降回收也决定了一个选煤厂能否稳定生产。目前，煤泥水处理的主要方法有沉降法、电化学法、反渗透法、微生物絮凝法、化学沉淀法等，工业中常以浓缩沉降联合化学沉淀法进行煤泥水处理。本文在简要介绍各种煤泥水处理方法的基础上，综述了工业应用中的常用方法，并在此基础上对煤泥水的高效回收提出了发展方向。
1.沉降法
1.1自然沉降法
煤泥水的自然沉降受生产用水、矿物颗粒的泥化率以及悬浮颗粒粒度等多种因素的影响。洗选生产用水的水质硬度越大、矿物颗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业应用的具体实例，固体颗粒在沉降池中自然沉降，从而达到固液分离的效果，煤泥得到回收，同时获得澄清循环水。自然沉降法生产成本较低，但由于煤质等多种因素的影响，造成煤泥沉降速度缓慢，煤泥顆粒沉降不够彻底，对选煤厂的生产造成较大压力。
1.2浓缩沉降法
浓缩沉降主要是针对不同浓度、粒度、水质等的煤泥水，选用合适的工艺方法以及设备，通过浓缩、脱水、水力分级等进行处理。根据煤泥在运动的介质中沉降速度的不同，通过水力分级将煤泥分成若干粒度的产物，借助重力或者离心力的作用提高煤泥水浓度，再运用机械设备打破煤泥颗粒与之间结合的电场力，从而达到煤泥沉降的效果。淮北选煤厂[1]采用两段浓缩、两段回收工艺对煤泥水处理原有工艺进行了改造，用沉降过滤离心机回收一段浓缩煤泥，提高了煤泥回收率，降低了浮选精煤灰分。浓缩沉降法能够使成分复杂的煤泥水得到有效处理，同时实现煤泥水的闭路循环。浓缩沉淀的处理能力大，效果显著，是工业中广泛应用的方法。
2电化学法
2.1常规电化学法
电化学法是通过将电解质作用于待处理煤泥水中，使煤泥更加容易沉降。朱龙[2]等学者的研究表明煤泥颗粒表面带负电荷，使煤泥水形成胶体分散体系，在煤泥水中煤泥颗粒表面存在双电层阻碍煤泥沉降，而双电层的厚度决定着电势差的大小，电势差越低煤泥水沉降特性越好，越容易沉降。电化学处理煤泥水的过程中会发生电解作用，阴阳极将进行电极反应，加入的电解质在煤泥水中产生价数较高的阳离子，煤泥颗粒表面的负电荷与阳离子的正电荷中和，使煤泥水中固体颗粒表面电荷量发生改变，降低电势差，煤泥颗粒间排斥力减小，相同固体颗粒间的相互排斥减弱，发生凝聚和沉降。
董宪姝[3]等通过电解处理煤泥水絮凝沉降实验，对电解电流、电解时间、药剂用量等进行了探索，发现在电解电流为0.5A，电解时间为5min，药剂用量为120g/t的条件下，沉降速度增大，上清液浊度降低。
电化学处理法效果较好，污染较小，但当前电化学处理煤泥水技术不够成熟，反应器的现场实用性不高，具有一定的危险性。
2.2超声电化学法
超声电化学法是将电化学法与超声辐射技术相结合，运用到煤泥水处理中。超声辐照对常规电化学具有促进作用，能够改变电化学中电解反应发生的环境，使电解电极与电极周边介质之间产生交变电位差，促进电化学反应的进行，两种方法相辅相成，提高了电化学处理煤泥水的效果。
王浩[4]等采用超声电化学法对煤泥水进行预处理试验，结果表明，上清液浊度较单独电化学预处理有明显降低，沉降速度提高，煤泥水絮凝沉降效果得到提高。超声电化学法效果明显，效率较高，但实际生产中耗电量较大，生产成本偏高。
3.反渗透法
反渗透法是一种以压力差为推动力，通过使用大于渗透压的反渗透压力，从溶液中分理出溶剂，从而达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。在煤泥水的处理工艺中，运用反渗透法使水分子被压到膜的另一边，变成洁净水。南山煤矿采用反渗透法处理矿井水，矿井水得到高效回收，回收率达到62%以上。
当前反渗透技术所使用的的膜对水质的要求比较高，需要与预处理配合使用，同时需要设置清洗装置。由于当前环境下煤质成分复杂，水质不稳定，因此反渗透技术主要应用于高矿化矿井水的处理。反渗透法无污染，效果好，但渗透膜价格较高，因此需要开发适应性更广，成本较低的渗透膜。
4.微生物絮凝法
微生物絮凝沉降剂是由微生物产生的有絮凝活性的次生代谢产物，能够使水中不易降解的固体悬浮颗粒和胶体颗粒等絮凝及沉淀的特殊高分子代谢产物。微生物絮凝沉降法就是通过添加微生物絮凝剂使煤泥得到高效聚团沉降的方法。张晓萍[5]等采用黄袍原毛平革菌作为微生物絮凝剂，采用正交实验方法对煤泥水进行絮凝实验，并通过分析得出，黄袍原毛平革菌对煤泥具有较好的絮凝作用。
微生物絮凝剂具有无公害，易被生物降解，不污染环境等优点，但微生物不能够大量获取，难以应用于工业生产。
5.化学沉淀法
化学沉淀法是通过加入化学药剂，使煤泥水中的悬浮物以较大颗粒或松散絮团的形式得以沉降分离。化学沉淀法通常又分为无机沉淀法和有机高分子沉淀法。 5.1无机沉淀法
无机沉淀法是通过添加无机化学药剂的方式，使煤泥得到凝聚、沉淀。无机凝聚剂溶于煤泥水后，能够产生带正电的高价阳离子，降低颗粒表面的电势差，使煤泥颗粒的间的静电斥力减小，范德华力增加，提高颗粒之间相互碰撞吸附放入几率，使细颗粒凝聚为较大颗粒，从而沉降回收。
5.2有机高分子沉淀
5.2.1天然高分子沉淀
天然高分子沉淀主要采用有一定线形长度的天然高分子聚合物，强化细颗粒煤泥水的沉降速度，使煤泥得到有效回收。天然高分子絮凝剂主要包括淀粉加工产品及其衍生物、纤维素的衍生物、腐殖酸钠等。淀粉主要来源于粮食作物，多数淀粉不溶于水，但经过热处理或碱处理可变为糊状的水溶性物质，对煤泥具有较好的絮凝性能。纤维素在自然界中分布广泛，其通式与淀粉相同。纤维素本身也不溶于水，但经过化学处理后，其衍生物能够溶于水，是有效的煤泥回收絮凝剂。腐殖酸钠类化合物富含于风化烟煤、褐煤、泥煤中，是一种天然高分子聚合电解质。腐殖酸的钾盐和钠盐易溶于水，是一种很好的絮凝剂。
5.2.2人工合成高分子沉淀
人工合成高分子絮凝剂主要分为阳离子型、阴离子型和非离子型三大类。阳离子型絮凝剂稳定性较差，分子量较低，一般很少单独使用，但对泥、砂等带负电荷的细粒具有特殊的絮凝效果。目前应用最广泛的絮凝剂是阴离子型的聚丙烯酰胺及其衍生物。聚丙烯酰胺是一种线形高分子聚合物，无毒、无腐蚀性、易溶于水，其水溶液与煤泥水混合后，聚丙烯酰胺分子与煤泥水细颗粒表面发生吸附，在颗粒之间起到连接作用，使细颗粒形成较大絮团，加快了煤泥沉淀速度。当前选煤厂的煤泥水处理中，由于选煤用水的硬度偏低，煤泥水中含有大量细泥导致所带电荷较高，单一使用聚丙烯酰胺的絮凝效果不佳。因此，将无机电解质凝聚剂和高分子絮凝剂联合使用，往往能取得更好的絮凝效果。
6.煤泥水沉降回收的展望
现阶段，由于煤质、水质差异较大，从煤泥水中回收煤泥的过程较复杂，因此工业生产中多采用浓缩沉降搭配化学药剂的方法进行处理。目前来看，联合处理工艺可以结合多种工艺的优点，避免单一工艺缺陷，达到最优组合，提高煤泥处理效率，降低生产成本。尤其是高分子絮凝剂沉淀应该是今后重点关注的方法，但高分子絮凝劑回收煤泥的成本较高，而且随着煤泥量的加大以及成分的改变，絮凝剂的用量也在不断加大，吸附性也会降低，同时对水质造成一定的污染。因此需要开发低成本，吸附能力强，可以适应更广泛杂质的高分子絮凝剂。
7.结语
（1）随着采煤机械化程度的不断增高，煤质成分的复杂多变，煤泥水处理将成为选煤厂急需解决的问题。
（2）煤泥水的处理方法较多，主要有沉降法、电化学法、反渗透法、微生物絮凝法、化学药剂沉淀法等。
（3）目前煤泥水处理较为理想的方法是浓缩沉降法搭配无机凝聚剂、高分子絮凝剂化学药剂，能够高效沉降煤泥产品，同时大大提高循环水的回收率。
（4）结合目前选煤厂的实际生产情况，需要开发稳定性更高、选择性强、应用更广泛的高分子絮凝剂，同时进一步优化工艺，减少煤泥在回收时的损失，实现选煤厂高效、可持续的发展。
参考文献
[1]李春旭，许吉祥，熊勇.“2+2”煤泥水处理工艺在淮北选煤厂的研究与应用[C].中国选煤发展论坛论文集.2012：293-298.
[2]朱龙，苏永渤，张秀娟.煤泥水动电电位的测试与应用[J].水处理技术，1998（04）：41-44.
[3]董宪姝，孙玲，孙冬，姚素玲，王志忠.电解处理难沉降煤泥水最佳工艺条件的研究[J].选煤技术，2010（05）：5-8+5.
[4]王浩，樊攀峰，郑剑平，王继伟，任阳光.超声电化学协同处理难沉降煤泥水的实验研究[J].煤炭工程，2015，47（05）：118-121.
[5]张晓萍，胡岳华，刘润清.Hydrophobic aggregation of ultrafine kaolinite[J].Journal of Central South University of Technology，2008（03）：368-372.
作者简介：魏昊，1993年2月出生，男，助理工程师，2019年毕业于安徽工业大学，现从事煤炭洗选工作。
关键词：煤泥水;沉降法;电化学;絮凝剂
煤泥水是煤炭洗选加工过程中最主要的工作介质，主要由煤泥与水组成，其性质较为特殊，受到煤的性质和选煤工艺流程等多种因素的影响。煤泥水中悬浮物质主要是煤颗粒和与煤伴生的矿物颗粒，如石英、黄铁矿、盐类物质和粘土等。其中粘土矿物可以在水中泥化，在水中存在时间越长，泥化程度越严重，越难沉降。粘土矿物的泥化，会造成其他颗粒以及后续进入系统颗粒的沉降环境恶化。设备分选效率以及回收能力的不足等也会造成煤泥水澄清难度的加大。
煤泥水的澄清效果决定了前段分选环节的分选效率，因此煤泥的沉降回收也决定了一个选煤厂能否稳定生产。目前，煤泥水处理的主要方法有沉降法、电化学法、反渗透法、微生物絮凝法、化学沉淀法等，工业中常以浓缩沉降联合化学沉淀法进行煤泥水处理。本文在简要介绍各种煤泥水处理方法的基础上，综述了工业应用中的常用方法，并在此基础上对煤泥水的高效回收提出了发展方向。
1.沉降法
1.1自然沉降法
煤泥水的自然沉降受生产用水、矿物颗粒的泥化率以及悬浮颗粒粒度等多种因素的影响。洗选生产用水的水质硬度越大、矿物颗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业应用的具体实例，固体颗粒在沉降池中自然沉降，从而达到固液分离的效果，煤泥得到回收，同时获得澄清循环水。自然沉降法生产成本较低，但由于煤质等多种因素的影响，造成煤泥沉降速度缓慢，煤泥顆粒沉降不够彻底，对选煤厂的生产造成较大压力。
1.2浓缩沉降法
浓缩沉降主要是针对不同浓度、粒度、水质等的煤泥水，选用合适的工艺方法以及设备，通过浓缩、脱水、水力分级等进行处理。根据煤泥在运动的介质中沉降速度的不同，通过水力分级将煤泥分成若干粒度的产物，借助重力或者离心力的作用提高煤泥水浓度，再运用机械设备打破煤泥颗粒与之间结合的电场力，从而达到煤泥沉降的效果。淮北选煤厂[1]采用两段浓缩、两段回收工艺对煤泥水处理原有工艺进行了改造，用沉降过滤离心机回收一段浓缩煤泥，提高了煤泥回收率，降低了浮选精煤灰分。浓缩沉降法能够使成分复杂的煤泥水得到有效处理，同时实现煤泥水的闭路循环。浓缩沉淀的处理能力大，效果显著，是工业中广泛应用的方法。
2电化学法
2.1常规电化学法
电化学法是通过将电解质作用于待处理煤泥水中，使煤泥更加容易沉降。朱龙[2]等学者的研究表明煤泥颗粒表面带负电荷，使煤泥水形成胶体分散体系，在煤泥水中煤泥颗粒表面存在双电层阻碍煤泥沉降，而双电层的厚度决定着电势差的大小，电势差越低煤泥水沉降特性越好，越容易沉降。电化学处理煤泥水的过程中会发生电解作用，阴阳极将进行电极反应，加入的电解质在煤泥水中产生价数较高的阳离子，煤泥颗粒表面的负电荷与阳离子的正电荷中和，使煤泥水中固体颗粒表面电荷量发生改变，降低电势差，煤泥颗粒间排斥力减小，相同固体颗粒间的相互排斥减弱，发生凝聚和沉降。
董宪姝[3]等通过电解处理煤泥水絮凝沉降实验，对电解电流、电解时间、药剂用量等进行了探索，发现在电解电流为0.5A，电解时间为5min，药剂用量为120g/t的条件下，沉降速度增大，上清液浊度降低。
电化学处理法效果较好，污染较小，但当前电化学处理煤泥水技术不够成熟，反应器的现场实用性不高，具有一定的危险性。
2.2超声电化学法
超声电化学法是将电化学法与超声辐射技术相结合，运用到煤泥水处理中。超声辐照对常规电化学具有促进作用，能够改变电化学中电解反应发生的环境，使电解电极与电极周边介质之间产生交变电位差，促进电化学反应的进行，两种方法相辅相成，提高了电化学处理煤泥水的效果。
王浩[4]等采用超声电化学法对煤泥水进行预处理试验，结果表明，上清液浊度较单独电化学预处理有明显降低，沉降速度提高，煤泥水絮凝沉降效果得到提高。超声电化学法效果明显，效率较高，但实际生产中耗电量较大，生产成本偏高。
3.反渗透法
反渗透法是一种以压力差为推动力，通过使用大于渗透压的反渗透压力，从溶液中分理出溶剂，从而达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。在煤泥水的处理工艺中，运用反渗透法使水分子被压到膜的另一边，变成洁净水。南山煤矿采用反渗透法处理矿井水，矿井水得到高效回收，回收率达到62%以上。
当前反渗透技术所使用的的膜对水质的要求比较高，需要与预处理配合使用，同时需要设置清洗装置。由于当前环境下煤质成分复杂，水质不稳定，因此反渗透技术主要应用于高矿化矿井水的处理。反渗透法无污染，效果好，但渗透膜价格较高，因此需要开发适应性更广，成本较低的渗透膜。
4.微生物絮凝法
微生物絮凝沉降剂是由微生物产生的有絮凝活性的次生代谢产物，能够使水中不易降解的固体悬浮颗粒和胶体颗粒等絮凝及沉淀的特殊高分子代谢产物。微生物絮凝沉降法就是通过添加微生物絮凝剂使煤泥得到高效聚团沉降的方法。张晓萍[5]等采用黄袍原毛平革菌作为微生物絮凝剂，采用正交实验方法对煤泥水进行絮凝实验，并通过分析得出，黄袍原毛平革菌对煤泥具有较好的絮凝作用。
微生物絮凝剂具有无公害，易被生物降解，不污染环境等优点，但微生物不能够大量获取，难以应用于工业生产。
5.化学沉淀法
化学沉淀法是通过加入化学药剂，使煤泥水中的悬浮物以较大颗粒或松散絮团的形式得以沉降分离。化学沉淀法通常又分为无机沉淀法和有机高分子沉淀法。 5.1无机沉淀法
无机沉淀法是通过添加无机化学药剂的方式，使煤泥得到凝聚、沉淀。无机凝聚剂溶于煤泥水后，能够产生带正电的高价阳离子，降低颗粒表面的电势差，使煤泥颗粒的间的静电斥力减小，范德华力增加，提高颗粒之间相互碰撞吸附放入几率，使细颗粒凝聚为较大颗粒，从而沉降回收。
5.2有机高分子沉淀
5.2.1天然高分子沉淀
天然高分子沉淀主要采用有一定线形长度的天然高分子聚合物，强化细颗粒煤泥水的沉降速度，使煤泥得到有效回收。天然高分子絮凝剂主要包括淀粉加工产品及其衍生物、纤维素的衍生物、腐殖酸钠等。淀粉主要来源于粮食作物，多数淀粉不溶于水，但经过热处理或碱处理可变为糊状的水溶性物质，对煤泥具有较好的絮凝性能。纤维素在自然界中分布广泛，其通式与淀粉相同。纤维素本身也不溶于水，但经过化学处理后，其衍生物能够溶于水，是有效的煤泥回收絮凝剂。腐殖酸钠类化合物富含于风化烟煤、褐煤、泥煤中，是一种天然高分子聚合电解质。腐殖酸的钾盐和钠盐易溶于水，是一种很好的絮凝剂。
5.2.2人工合成高分子沉淀
人工合成高分子絮凝剂主要分为阳离子型、阴离子型和非离子型三大类。阳离子型絮凝剂稳定性较差，分子量较低，一般很少单独使用，但对泥、砂等带负电荷的细粒具有特殊的絮凝效果。目前应用最广泛的絮凝剂是阴离子型的聚丙烯酰胺及其衍生物。聚丙烯酰胺是一种线形高分子聚合物，无毒、无腐蚀性、易溶于水，其水溶液与煤泥水混合后，聚丙烯酰胺分子与煤泥水细颗粒表面发生吸附，在颗粒之间起到连接作用，使细颗粒形成较大絮团，加快了煤泥沉淀速度。当前选煤厂的煤泥水处理中，由于选煤用水的硬度偏低，煤泥水中含有大量细泥导致所带电荷较高，单一使用聚丙烯酰胺的絮凝效果不佳。因此，将无机电解质凝聚剂和高分子絮凝剂联合使用，往往能取得更好的絮凝效果。
6.煤泥水沉降回收的展望
现阶段，由于煤质、水质差异较大，从煤泥水中回收煤泥的过程较复杂，因此工业生产中多采用浓缩沉降搭配化学药剂的方法进行处理。目前来看，联合处理工艺可以结合多种工艺的优点，避免单一工艺缺陷，达到最优组合，提高煤泥处理效率，降低生产成本。尤其是高分子絮凝剂沉淀应该是今后重点关注的方法，但高分子絮凝劑回收煤泥的成本较高，而且随着煤泥量的加大以及成分的改变，絮凝剂的用量也在不断加大，吸附性也会降低，同时对水质造成一定的污染。因此需要开发低成本，吸附能力强，可以适应更广泛杂质的高分子絮凝剂。
7.结语
（1）随着采煤机械化程度的不断增高，煤质成分的复杂多变，煤泥水处理将成为选煤厂急需解决的问题。
（2）煤泥水的处理方法较多，主要有沉降法、电化学法、反渗透法、微生物絮凝法、化学药剂沉淀法等。
（3）目前煤泥水处理较为理想的方法是浓缩沉降法搭配无机凝聚剂、高分子絮凝剂化学药剂，能够高效沉降煤泥产品，同时大大提高循环水的回收率。
（4）结合目前选煤厂的实际生产情况，需要开发稳定性更高、选择性强、应用更广泛的高分子絮凝剂，同时进一步优化工艺，减少煤泥在回收时的损失，实现选煤厂高效、可持续的发展。
参考文献
[1]李春旭，许吉祥，熊勇.“2+2”煤泥水处理工艺在淮北选煤厂的研究与应用[C].中国选煤发展论坛论文集.2012：293-298.
[2]朱龙，苏永渤，张秀娟.煤泥水动电电位的测试与应用[J].水处理技术，1998（04）：41-44.
[3]董宪姝，孙玲，孙冬，姚素玲，王志忠.电解处理难沉降煤泥水最佳工艺条件的研究[J].选煤技术，2010（05）：5-8+5.
[4]王浩，樊攀峰，郑剑平，王继伟，任阳光.超声电化学协同处理难沉降煤泥水的实验研究[J].煤炭工程，2015，47（05）：118-121.
[5]张晓萍，胡岳华，刘润清.Hydrophobic aggregation of ultrafine kaolinite[J].Journal of Central South University of Technology，2008（03）：368-372.
作者简介：魏昊，1993年2月出生，男，助理工程师，2019年毕业于安徽工业大学，现从事煤炭洗选工作。