磁场对煤泥水絮凝沉降效果的影响

吕玉庭,　赵丽颖,　时起磊

(1.黑龙江科技大学 矿业工程学院, 哈尔滨 150022; 2.征楠煤化工有限公司, 黑龙江 鹤岗 154100)



磁场对煤泥水絮凝沉降效果的影响

吕玉庭1,赵丽颖1,时起磊2

(1.黑龙江科技大学 矿业工程学院, 哈尔滨 150022; 2.征楠煤化工有限公司, 黑龙江 鹤岗 154100)

针对传统煤泥水处理方法存在成本高、对环境污染严重等问题,采用磁场与絮凝剂相结合的方法对煤泥水进行絮凝沉降,分析磁感应强度和磁化时间对煤泥水絮凝沉降速度、沉积物厚度和上清液浊度的影响。结果表明:煤泥水絮凝沉降速度随磁感应强度的增大、磁化时间的延长而增加,底层沉积物厚度和浊度随磁感应强度的增大、磁化时间的延长而减小。在磁感应强度为0.25 T、磁化时间为15 min时,煤泥水的处理效果最佳。该研究为煤泥水处理提供了有益参考。

煤泥水; 磁感应强度; 磁化时间; 沉降速度; 浊度

煤炭洗选方法如重介选、跳汰选、浮选等多以水或水的混合物作为洗选介质,通常入选1 t原煤需要使用1.0～1.5 m3水[1-2],煤泥水量较大。煤泥水系统运行状况直接影响分选设备的分选下限、重介质的消耗量、浮选效果等指标,煤泥水系统处理效果变差,会导致整个选煤系统无法正常运行,并造成严重的环境污染。传统絮凝剂价格较昂贵,使用量大,不仅增加了企业的经济成本,还会造成一定的环境污染[3]。研究和开发一种高效、安全、无污染的煤泥水处理工艺,对于提高煤泥水处理效能、保护环境等具有重要意义。磁化处理能够使水中的颗粒物发生物理、化学变化[4-9],提高水的净化效果,同时具有投入一次性、运行费用低、对环境无污染等优点。目前,该方法已在工业废水、有机废水、生活污水等方面取得了较好的研究成果,但其在高浓度煤泥水处理中的应用尚少。笔者采用磁场与絮凝剂相结合的方法开展煤泥水絮凝实验,分析其絮凝沉降效果,为传统煤泥水处理方法的改进提供了参考。

1　实　验

1.1样品

实验煤样选用哈尔滨市依兰选煤厂煤泥,煤泥工业分析结果见表1。根据表1及现场煤质化验报告可知,该煤泥为高灰、难絮凝、易泥化的长焰煤。实验水样选用自来水。考虑到选煤厂实际生产中的煤泥水质量浓度为30～50 g/L,故实验选用煤泥水质量浓度为40 g/L。

表1　煤样的工业分析结果

1.2仪器与试剂

试剂:以非离子型聚丙烯酰胺(PAM)溶液作为絮凝剂,其质量浓度为1 g/L、相对分子质量为107。实验按30 g/t干煤泥计算PAM添加量,即在250 mL沉降管中添加0.3 mL PAM溶液。

1.3实验及分析方法

磁絮凝方法:在沉降管外壁两侧均匀地排布规格相同的永磁铁,通过改变两排永磁铁的间距来调节磁感应强度。取250 mL煤泥水加入沉降管中,上下颠倒几次使其混合均匀。预磁化1 min后,加入PAM溶液,并将沉降管上下颠倒5次,然后立即记时,记录稳定沉降面下降程度。

分析方法:根据沉降液面下降的高度与时间变化曲线,分析沉降速度;沉降10 min后测量煤泥沉淀层的压实高度,评价煤泥的压缩程度,并用移液管抽取液面下100 mm处上层上清液50 mL,采用浊度仪测定上清液浊度,观察煤泥水澄清效果。

2　结果与讨论

2.1磁感应强度对煤泥水絮凝沉降效果的影响

在絮凝剂用量相同(0.3 mL)的条件下,分析0.05 、0.10 、0.15、0.20、0.25 T磁感应强度下,预磁化1 min后煤泥水的絮凝沉降速度(v)、沉积物厚度(d)和上清液浊度变化情况。实验结果见图1～3。

图1为煤泥水絮凝沉降速度随磁感应强度变化曲线。

第一类“VP”的语义主要表描摹，描摹的本义是照原样描写，这里具体指对人或事物的情状、特性进行客观描述。例如：

图1　沉降速度随磁感应强度变化曲线

从图1可以看出,煤泥水的絮凝沉降速度随着磁感应强度的增大而增加。当磁感应强度为0.05 T时,煤泥水的絮凝沉降速度为5.43 mm/s,当磁感应强度增加至0.25 T时,煤泥水的絮凝沉降速度增加至6.11 mm/s。磁场作用使颗粒所带电荷量减少,从而减小颗粒间的斥力,煤泥颗粒之间就更容易聚团,这破坏了悬浮液的稳定,易于颗粒沉降。随着磁感应强度增大,煤泥颗粒产生的聚团越来越大,对煤粒下沉的影响就越明显。在磁场作用下煤泥水最大絮凝沉降速度为6.11 mm/s,未磁化的煤泥水沉降速度为6.23 mm/s。与未经磁场强化的煤泥水相比较,经磁场强化的煤泥水絮凝沉降速度出现减小趋势,是由于磁场作用使煤粒形成具有弱磁性的聚团,这些煤泥聚团与磁场产生的作用力相互影响所致。

图2为煤泥水沉积物厚度随磁感应强度变化曲线。

图2　沉积物厚度随磁感应强度变化曲线

从图2可以看出,随着磁感应强度的增加,煤泥沉积物厚度由26.5 mm减小至25.8 mm,压实程度随磁感应强度增大而增加,说明磁场能够促进煤泥的压实作用。这是由于磁场降低了煤泥颗粒的水合程度及煤泥颗粒间的排斥力,增加了煤泥颗粒间的内聚力,使得煤泥絮团更加紧密,从而减小了沉积物的厚度。

图3为煤泥水上清液浊度随磁感应强度变化曲线。

图3　浊度随磁感应强度变化曲线

从图3可以看出,磁场可以明显改善煤泥水上清液的浊度,磁感应强度为0时,煤泥水上清液的浊度为132.6 NTU,当磁感应强度增大到0.25 T时,煤泥水上清液的浊度降至53.2 NTU。磁感应强度越大,上清液浊度越低,这是因为磁场作用减小了煤泥颗粒的水合程度和煤泥颗粒间的斥力,使细颗粒煤泥更容易与煤泥聚团发生凝聚,煤泥水上清液中的细颗粒减少,透光率就会增加,因此，增大了煤泥水上清液的浊度。

综合分析可知,与未经磁场作用煤泥水相比,磁场虽然会减小煤泥水的絮凝沉降速度,但其对煤泥水上清液浊度的改善程度较大;磁场对煤泥水絮凝沉降效果能产生积极影响,当磁感应强度为0.25 T时,煤泥水絮凝沉降效果最佳。

2.2磁化时间对煤泥水絮凝沉降效果的影响

在PAM溶液质量浓度为1 g/L、用量为0.3 mL、磁感应强度为0.25 T的条件下,分别对经预先磁化5、10、15、20、25、30 min的煤泥水进行絮凝沉降实验,分析磁化时间对煤泥水絮凝沉降速度、沉积物厚度和上清液浊度的影响。实验结果见图4～6。

图4为煤泥水沉降速度随磁化时间变化曲线。从图4可以看出,随着磁化时间的增加煤泥水絮凝沉降速度也在相应的增加,但是增加的幅度并不大。当磁化时间为5 min时,煤泥水中的煤粒尚未完全团聚,磁场对煤泥水絮凝沉降速度的影响很小;随着磁化时间的延长,煤泥颗粒不断聚团,重力不断增加,煤泥聚团的沉降速度加快；当磁化时间超过15 min后,煤泥颗粒完全聚团,煤泥水的沉降速度几乎不变。

图4　沉降速度随磁化时间变化曲线

图5为煤泥水沉积物厚度随磁化时间变化曲线。

图5　沉积物厚度随磁化时间变化曲线

从图5可以看出,随着磁化时间的延长,煤泥水沉积物厚度不断减小,当磁化时间大于15 min时,沉积物厚度的减小幅度变小,这是由于煤泥水磁化时间的延长逐渐降低了煤泥颗粒的水合程度,减小了煤泥颗粒间的排斥力,增大了煤泥颗粒间的内聚力,使得煤泥絮团更加紧密,从而减小了沉积物的厚度。当磁化时间增至15 min后,煤粒之间的内聚力增加到了一定程度,密实度最大,沉积物厚度几乎不再发生变化。

图6为煤泥水浊度随磁化时间变化曲线。

图6　浊度随磁化时间变化曲线

从图6可以看出,煤泥水上清液浊度随磁化时间的增加而减小,当磁化时间超过15 min后,浊度减小的幅度降低；随着磁化时间的延长,煤泥絮团对细颗粒煤泥的吸附量也不断增加,煤泥水上清液浊度变化明显;当磁化时间进一步延长时,煤泥絮团吸附的细颗粒已经达到了最大值,剩余的细颗粒几乎不能够再被吸附,煤泥水上清液的浊度值不再有大幅变化。

分析磁化时间对煤泥水絮凝沉降速度、沉积物厚度和上清液浊度三个参数的影响可知,当磁化时间为15 min时,磁场强化煤泥水絮凝沉降的效果最佳。

3　结　论

(1)随着磁感应强度的增大,煤泥水絮凝沉降速度逐渐增大,沉积物厚度和上清液浊度逐渐减小,其中最优磁感应强度为0.25 T。

(2)随着磁化时间的增加,煤泥水的絮凝沉降速度逐渐增大，沉积物厚度和上清液浊度逐渐减小,磁化时间为15 min时,煤泥水絮凝沉降效果最佳。

(3)磁化处理能够加快煤泥水絮凝沉降速度,减小底层沉积物厚度,显著减小煤泥水上清液浊度,与传统絮凝沉降方法相比处理效果较好。

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(编辑荀海鑫)

Effects of magnetic field on flocculating sedimentation of slime-water

LÜYuting1,ZHAOLiying1,SHIQilei2

(1.College of Mining Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin 150022, China;2.Zhengnan Coal Chemical Industry Corporation Limited, Hegang 154100, China)

Aimed at addressing a high cost, serious environmental pollution, and other issues in traditional slime-water treatment, this paper introduces the flocculation and sedimentation of slime-water by combining magnetic field with flocculant and offers an analysis of the effect of magnetic flux density and magnetizing time on settling rate, thickness of the sedimentation, and turbidity. The result suggests that slime water shows a higher settling rate due to the greater magnetic flux density and magnetizing time and sees a less sedimentation and turbidity coming from increased magnetic flux density and magnetizing time. The magnetic flux density of 0.25 T and magnetizing time of 15 min provide the best treatment of slime water. This study would be a reference for slime-water treatment.

slime-water; magnetic flux density; magnetizing time; sedimentation velocity; turbidity

2013-07-03

吕玉庭(1971-)，男，山东省曹县人，教授，硕士，研究方向：洁净煤技术，E-mail：mynamelyt@sina.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.05.005

TD94

1671-0118(2013)05-0424-03

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