煤泥水處理技術研究現狀及發展趨勢

黃緩緩

(安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

我國煤炭分選以濕法分選為主，所產煤泥具有粒度細、比表面積大、吸附能力強等特點[1]。隨著機械化采煤程度的提高，細粒煤在煤炭中占比逐漸升高；在煤炭洗選加工過程中，在破碎、篩分等環節作用下，細粒煤含量將進一步升高。在濕法分選工藝中，煤泥含量過高會造成壓濾脫水困難，煤泥水處理不當，在很大程度影響生產穩定和產品質量。

煤泥水中較大粒度顆粒的濃度較低，大部分煤泥顆粒細小，且表面帶有較強的負電荷，容易成為一種穩定的膠體體系。受煤泥水中顆粒粒度、礦物組成、顆粒數量、密度大小、黏度、水的硬度以及pH值等一系列因素的影響，煤泥水處理難度很大，進而導致煤泥水沉降不能達到理想效果[2]，煤炭資源回收率和精煤質量下降。在洗選過程中含藥劑的煤泥水不能循環使用，這些問題不但造成水資源的浪費，而且還會造成選煤廠周邊環境的污染。因此，選煤過程中煤泥脫水處理效果對煤炭生產的經濟效益、社會效益、生態效益都有著不可忽略的影響，故對煤泥進行脫水處理刻不容緩。

1 國外煤泥水處理現狀

我國開采的部分原煤為變質程度較低的年輕煤種，國外的煤炭資源較國內原煤質量要優質，從某種程度上降低了煤泥脫水處理的難度，美國、澳大利亞、俄羅斯等一些產煤大國已經基本實現了煤泥水的零排放。較國內而言，這些國家對煤泥水處理的研究較少。Evmenova[3]研究了絮凝劑對煤泥的分散性能及流體形變的影響；Szczypa[4]等通過在煤泥水中添加非離子型絮凝劑和碳酸鈣的方法，對懸浮顆粒表面電荷進行了研究，從煤泥水中微細顆粒荷電入手，采用添加凝聚劑壓縮顆粒表面雙電層或者采用與絮凝劑復配的方法對煤泥水進行沉降澄清處理[5]。國內學者在這方面做了大量研究，并取得了一系列成果。

2 國內煤泥水處理現狀

目前對煤泥水處理技術的研究側重于絮凝技術，研究方向則集中在煤泥水的性質和組成、沉降速度與粒度的關系、煤泥水沉降數學模型的構建、藥劑用量的確定等方面，部分研究也集中于電場輔助、磁化改性以及疏水改性等技術對煤泥水絮凝效果影響的研究。周明遠[6]等研究了熱壓過濾技術對細粒煤脫水的強化作用，研究發現熱壓過濾可在同一過濾設備上強化細粒煤脫水，進而達到干燥脫水的效果；余長軍[7]對細粒煤脫水工藝進行了簡述，并對機械力、干燥、助濾劑和復合脫水技術進行了展望；袁素珍[8]對高濃度的選煤廢水進行了混凝沉降試驗研究，試驗發現PAC+PAM聯用可以達到很好的效果，滿足煤泥廢水再利用的標準；侯金英[9]等研究了絮凝劑添加量和煤泥粒徑的分布對煤泥脫水的影響，試驗結果表明，隨著絮凝劑添加量的增加，分散介質黏度增大，脫水速率減小，濾餅水分增加。

在具體實踐中，絮凝劑法研究居多，但絮凝劑自身存在一定的缺陷，如有機分子利用率低、難以溶解、有毒且價格較高等問題。天然有機絮凝劑雖然具有易溶解、價格低和來源廣的優勢，但穩定性差，難以達到理想的絮凝效果。此外部分煤泥水處理技術忽視了除顆粒以外的影響因素，致使出現成本高、效果差、資源浪費嚴重的問題。

3 煤泥水處理方法

在煤泥水的實際處理過程中，通常需要使用助濾劑，即在不改變選煤廠現有的設備和工藝的前提下，加速煤泥的沉降過程，這也是目前使用最廣泛且有效的方法。除此之外，外加電場改變煤泥絮凝效果、磁化煤泥懸浮液等也是改善煤泥絮凝效果的方法。除助濾劑法外，電場和磁場輔助亦是采用較多的輔助方法。

3.1 疏水改性對煤泥壓濾特性的影響

在壓濾和過濾操作過程中，為了降低過濾阻力，增加過濾速率，得到高度澄清的濾液和成型效果好的濾餅，可加入些輔助物質，即為助濾劑。

陳晨[10]研究了煤泥表面疏水改性對壓濾的影響，研究發現疏水改性藥劑對煤泥壓濾脫水的助濾效果有較大影響，添加特定的助濾劑后，濾餅中微小顆粒的數量顯著減少，濾餅結構變得疏松，脫水能力增強；復配藥劑對脫水影響的研究越來越普遍，羅樂[11]從藥劑復配著手對脫水效果的影響進行了研究，研究發現，沉降過濾速度增大，上清液的透光率發生了變化；胡鵬飛[12]等采用聚合氯化鋁與聚丙烯酰胺復配方法進行煤泥脫水試驗，研究發現藥劑復配明顯縮短了過濾時間和濾餅水分，壓濾時間能降低15%左右，濾餅水分可降低2.0個百分點以上；劉春福[13]等采用季銨鹽與混凝劑復配的方法對煤泥水進行試驗研究，試驗結果表明,采用單一藥劑或混凝劑處理時,藥劑用量大且沉降效果不理想，但采用季銨鹽與混凝劑復配時,大大減少了藥劑用量且沉降效果較好。

3.2 外加電場對煤泥水沉降的影響

煤泥水主要成分是具有較強親水性的高嶺石和石英等黏土礦物，當采用電絮凝法預處理煤泥水時，高嶺石和石英懸浮液的Zeta電位隨著pH值升高而升高，煤泥水、高嶺石和石英懸浮液pH值隨電壓和加電時間的增加而增大。

陳帥[14]研究了外加接觸式電場電泳和電絮凝作用對煤泥水沉降效果的影響，研究發現：當外加電場后，煤泥水沉降效果有所改善，煤泥水初始沉降速度均變小，上清液透光率均變大。

3.3 磁場對煤泥水沉降的影響

呂玉庭[15]研究發現：在磁場作用下，煤泥顆粒所帶電荷量下降，減少了顆粒間的斥力，使煤泥顆粒易聚團沉降，當磁感應強度增大時，煤泥顆粒產生的絮團增大，對煤泥沉降影響明顯；李建軍[16]在較強磁場條件下對煤泥水進行磁化試驗，試驗結果表明，磁化作用降低了懸浮顆粒的表面電位，增強了水的物化活性，同時也對水溶液中顆粒潤濕、溶解、凝聚及化學反應等動力學過程具有重要影響，利于污水體系的固液分離。

磁化處理不但破壞了煤泥水中顆粒表面吸附水層的類晶體結構，打破水分子的鏈狀結構，減弱固體顆粒表面的水合作用，而且減小了水化膜的厚度和Zeta電位值，有利于煤泥絮團的形成和沉降[17]。

3.4 陽離子吸附對煤泥脫水的影響

煤泥水中含有大量微細黏土礦物顆粒，顆粒表面帶有負電荷，礦粒表面也帶有負電荷，因載有同性電荷的顆粒相互排斥，故顆粒間斥力使煤泥水處于高度分散狀態，導致高泥化煤泥水的沉降澄清較為困難。多數選煤廠采用在溶液中加入電解質的方法進行改進，電解質在溶液中電解出載有正電荷的離子，進而抵消礦粒表面電荷且壓縮雙電層，使礦粒間發生絮凝，易于沉降。

孫迎林[18]研究了K+、Na+、Ca2+、Mg2+對煤泥顆粒表面吸附特性的影響，研究發現，K+、Na+可與礦粒表面電荷相抵消，起到壓縮礦粒表面雙電層的作用，進而減小礦粒間斥力，有利于礦粒凝聚成團。當濃度較低時，Ca2+、Mg2+可降低礦粒表面自由能，有利于煤泥脫水；當濃度較高時，Ca2+、Mg2+會生成羥基絡合物，且具有親水性，有利于礦粒間的絮凝。

4 結語

煤泥水處理是選煤過程中困難且復雜的環節，不僅表現在煤泥水處理的工藝上，還體現在煤泥水中的礦物組成上，當煤泥水中含有高泥化微細粒時處理尤為困難，這是選煤廠亟待解決的難題之一。為尋求行之有效的解決措施，改善煤泥水處理效果，實現最大限度的回收煤炭資源，最小限度的污染環境，未來的研究方向如下：

(1)煤泥水中含有的黏土礦物種類繁多，針對目前研究單一礦物對煤泥水處理的影響較多的情況，今后應加強對煤泥水中礦物性質的研究。

(2)鑒于煤泥水試驗研究投入到生產實踐的部分較少，因此應結合選煤廠對煤泥水的處理方法，改善煤泥水處理效果。