煤泥水處理技術的成因分析與研究現狀

江繼濤 李多松 賈菲菲 張 曼

(中國礦業大學環測學院，江蘇 徐州 221008)

引言

煤泥水是原煤在水中經過分級、脫泥、精選、脫水等作業后分選出產品，大量粒度小于0.5mm的顆粒殘留在水中形成的。煤泥水因其成分不同，性質不穩定，處理工藝復雜，一直是洗煤廠對其處理的難點。實現煤泥水的高效澄清，以達到洗水的閉路循環，不僅可以大量的回收礦產資源，節約工業用水量，而且還可以防止煤泥水的外排對環境造成的影響。因此，煤泥水的處理一直是國內外學者研究的熱點，對其做了大量的工作。

1 煤泥水難沉降的成因分析

1.1 粒度分析

粒度大小是影響煤泥水沉降性能主要因素。微細顆粒在煤泥水中一方面受到自身重力和浮力的作用，另一方面受到布朗運動的作用。粒度越小，顆粒在廢水中的沉降速度越小，在廢水中受到的布朗運動力也越明顯；且粒度小于0.045mm時，顆粒在廢水中主要受到布朗運動力的影響，微細顆粒表面通常帶有負電，顆粒之間互相排斥，極易形成較穩定的膠體溶液，不易沉降，處理起來難度較大。劉志勇、王立成、閆芳、胡曉東、張凌云分別對望峰崗選煤廠、東河礦選煤廠、任樓選煤廠、新莊選煤廠和太原選煤廠洗選所排出的煤泥水進行粒度檢測，其中粒度小于0.045mm的顆粒所占的比例分別為49.36%、65.67%、33.29%、70.22%、60%。由此可見，解決好煤泥水中微細顆粒的沉降問題，對實現煤泥水的高效澄清至關重要。

1.2 煤泥水中的礦物組成

大多數洗煤廠的煤泥水中除了含有煤以外，還含有大量的伊利石和高嶺石等粘土礦物及少量的方解石、滑石、白云石等硫酸鹽礦物。而這些伊利石和高嶺石等粘土礦物具有特殊的晶體結構，因其含有Al2O3和 SiO2等物質，在水中形成一層水化膜，該水化膜阻止了顆粒與顆粒之間的接觸，從而形成穩定的膠體形態，難以自身沉降，不僅如此，粘土礦物還會增加溶液的粘度，影響顆粒的運動，降低顆粒的碰撞幾率，進而造成水質的惡化。因此粘土礦物高是造成煤泥水難以沉降的根本原因。

1.3 循環煤泥水礦物組成的變化

通過實測，興隆莊煤礦選煤廠沿著煤泥水流向，固相組成相對含量不斷變化，主流向的灰分由15%上升到60%，也即高嶺石等粘土礦物的相對含量不斷提高，煤泥水的沉降性能越來越差。

1.4 煤泥水水質的影響

煤泥水水質的硬度越大，對煤泥水的沉降性能就越有利。難沉降的煤泥水中除含有大量的微細顆粒和粘土礦物以外，其水質的硬度普遍較低；通過實測，興隆莊煤礦洗煤廠入料處的水質硬度為29.6DHo，循環水中的水質硬度為27.3DHo；由此可知，循環煤泥水中的硬度呈現逐漸減小的變化，原因是其循環煤泥水中粘土礦物越來越多，將煤泥水中的鈣鎂離子吸附到自己身上越來越多，使煤泥水中的鈣鎂離子越來越少，造成循環煤泥水的硬度越來越小，細小煤泥顆粒的沉降性能越來越差。

1.5 煤質、ζ電位對沉降性能的影響

煤按照煤階可分為泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤；按照煤巖可分為鏡煤、亮煤、絲碳。不同煤質的煤洗選后形成的煤泥水的沉降性能相差較大，主要表現在地質年代較長的煤，其煤化程度較高，所含的灰分較少，COD較小，且在洗選加工中不易破碎，煤泥水中所含的微細顆粒較多；反之，地質年代較短的煤，其煤化程度低，灰分較高，COD較大，洗選加工中易破碎，微細顆粒相對較少，沉降性能相對較好。

ζ電位是在粘土礦物特殊的晶體結構中，部分 AL3+被水中的 Ca2+、Mg2+所代替，而部分Si4+又被水中的Al3+所代替，進而形成呈負電的晶體結構與在水中和本體發生相對移動的"滑動面"之間的電勢差。因此，水中離子的濃度和價數能夠影響ζ電位的高低；離子的濃度越大或者價數越高，ζ電位就越低，顆粒之間的斥力就越小，就越容易發生沉降作用；反之，離子的濃度越小或者價數越低，ζ電位就越高，顆粒之間的斥力就越大，沉降作用就越難發生。

2 煤泥水的研究現狀

目前，國內處理煤泥水的技術主要采用絮凝處理，研究方向主要集中在以下幾個方面：（1）對煤泥水的組成和性質進行研究① 采用先進的粒度分析儀器對煤泥水極細顆粒粒度組成進行測定，得到統計粒子直徑分布數據。② 分析煤泥煤巖成分，確定煤泥中的粘土含量。

（2）探討粒度與沉降速度的關系

（3）建立煤泥性質―加藥量―沉降特性數學模型 ，但目前難度很大，即使建立了也得不到業界的認可，更不能在實際中得到應用。

（4）確定合理的加藥量

（5）通過篩選實驗，確定加藥配方

3 存在問題

3.1 目前市場上很多絮凝劑的性能缺陷比較明顯

①無機分子量小，有機分子量雖大，但難溶解、有毒、粘度大、利用率低，且價格高。

② 天然有機雖然無毒，易溶解，來源廣，價格低，但效果較差，不穩定。

③無機鋁類絮凝劑存在微量鋁殘留問題，無機鐵類存在腐蝕、增加色度等問題。

④ 單獨使用都存在各自的缺點，因此復合絮凝劑可以實現強強聯合，優勢互補，大大提高絮凝劑的綜合性能。

3.2 對用于高灰細粒度煤泥水處理的絮凝劑的研究不夠

目前對高灰細粒度難沉降煤泥水的研究主要集中在對煤泥水本身的成分、性質進行研究，對現有絮凝劑進行篩選，對加藥條件進行試驗確定，而對專門用于高灰細粒度煤泥水處理絮凝劑的研究還很少，急需加強。

3.3 煤泥水處理技術工藝的發展較慢

現有水處理工藝的混合反應及沉淀設備是針對傳統絮凝劑的特點而設計的，往往不能充分發揮復合絮凝劑的優點，反而抹殺它的特殊功能，因此人們在開發復合絮凝劑的基礎上，會提出一種與復合絮凝劑相適應的高效絮凝集成工藝，這必將推動接觸凝聚反應器包括攔截反應沉淀系統、微渦旋反應系統、深床接觸凝聚過濾等系統的發展。

在這些系統中，強化反應過程的接觸凝聚作用和微渦旋狀態，明顯減少反應時間，大大提高沉淀或過濾效率，使反應、沉淀和過濾工藝有機結合，實現絮凝機理的工藝化。

3.4 忽略了煤泥顆粒以外因素的影響

煤泥水處理藥劑不論是有機的、無機的，還是生物絮凝劑的開發和應用，試驗中往往都選用單一煤泥水樣品做靜態的黑箱試驗，只注重沉降效果，忽略了煤泥水本身特性。所以在現場應用和大范圍推廣的時候凸顯處理效果差、藥劑消耗大、成本高等現象；煤泥水處理工藝中，特別是濃縮機設計，只注重煤泥的顆粒學和動力學特性，輕視了異質顆粒在水中的相互影響、水質條件對顆粒間相互作用的影響，以及體系的動態特性，所以容易出現煤泥水難沉降的現象。

3.5 高灰細粒度煤泥水的處理仍是難題

①高灰細粒度煤泥（-325網目）不易絮凝沉淀，使選煤廠的生產用水達不到要求，無法正常洗煤，有時要被迫停產或采取補加清水的辦法，降低洗水濃度，維持洗煤生產。

②隨著采煤機械化程度的提高,細粒煤所占的比重越來越大，煤泥水系統運行的好壞是影響選煤廠能否實現洗水閉路循環的關鍵因素，解決高灰細粒度煤泥水難處理問題已成為目前各選煤廠正常生產的關鍵。

[1] 張明旭，選煤廠煤泥水處理[M].徐州：中國礦業大學出版社，2005.

[2] 劉志勇，張東晨，煤泥水微生物絮凝劑絮凝機理的研究[J].廣州化工，2007，6（35）29-31.

[3] 王立成，董憲妹.東河礦選煤廠高泥化煤泥水沉降特性研究.選煤技術[J]，2009，5(1)，17-21.

[4] 閆芳，聶容春，張東杰，楊明順。任樓選煤廠煤泥水處理的試驗研究.選煤技術[J].2009，2（1），12-15.

[5] 胡曉東，難沉降煤泥水性質研究[J].能源技術與管理.2009，2（1），89-92.