磁种絮凝对煤泥水沉降效果的影响

吕玉庭，赵丽颖，杨 强

( 1．黑龙江科技大学矿业工程学院，哈尔滨150022;2．黑龙江龙煤矿业控股集团有限责任公司鹤岗分公司，黑龙江鹤岗154100)

磁种絮凝对煤泥水沉降效果的影响

吕玉庭1，赵丽颖1，杨 强2

( 1．黑龙江科技大学矿业工程学院，哈尔滨150022;
2．黑龙江龙煤矿业控股集团有限责任公司鹤岗分公司，黑龙江鹤岗154100)

采用磁种与絮凝剂相结合的方法对煤泥水进行絮凝沉降实验，分析磁感应强度和磁种用量对煤泥水絮凝沉降速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而增大，随磁种用量的增加先增大后减小;上清液浊度随磁感应强度的增大而减小，随磁种用量的增大先减小后增大。在磁感应强度为0. 25 T、磁种用量为0. 3 g时，煤泥水的处理效果最佳。该研究为选煤厂煤泥水处理提供了新途径。

煤泥水;磁种絮凝;沉降速度;磁感应强度;浊度

收稿日期: 2014－01－01
第一作者简介: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。

磁种法是在一定物理或化学条件下，向物料中添加强磁性微粒作为磁性种子，使磁种选择性地吸附目的矿物或者脉石，从而使抗磁性物料具有磁性，或弱磁性物料磁性增强，以便进行分离的方法。磁技术在水处理和选矿方面取得了较好的研究成果。利用磁场处理矿井水，与未磁化相比浊度去除率提高4. 5%［1］;磁场对煤泥浮选矿浆参数有影响，研究表明，磁场能够提高煤的可浮性，同时具有强化煤泥浮选脱硫降灰的作用［2］;利用磁场还能够增大煤泥水絮凝沉降速度，降低煤泥水上清液浊度，提高煤泥水处理效果［3］。目前，磁种法已经在工业废水处理、城市污水净化等领域得到了应用［4］，利用磁种法可有效去除废水中的重金属离子［5］、有机物［6］、油类［7］等，并可显著降低水的浊度、色度、含磷率、营养物的含量。磁种法主要用于非煤矿物的选择性絮凝分选，在浓度相对较高的选煤循环水净化工艺中的应用尚未见报道。因此，笔者将磁种法引入到煤泥水处理中，研究磁感应强度、磁种用量对煤泥水处理效果的影响，以期为选煤厂煤泥水处理提供新途径。

1实验

1．1样 品

实验煤样选用哈尔滨市依兰选煤厂煤泥，该煤泥灰分较高，含有高岭石、蒙脱石等易泥化矿物，粒度极细。实验水样选用自来水。煤泥水配制质量浓度为40 g/L。

1. 2 仪器和试剂

仪器: FA1604型精密电子天平、磁力搅拌器、SHT－Ⅲ型数字式特斯拉计、TB－100型浊度仪、自制磁化装置等。

磁化装置:根据国标规定，煤泥水絮凝实验应使用标有刻度的500 mL量筒。为能够在沉降容器外侧加入永磁铁，将自制容量为250 mL、底面积为正方形、高为300 mm的有机玻璃沉降管作为磁化装置。在沉降管两侧排布磁感应强度、规格相同的条形永磁铁，两块磁铁之间会产生磁场，从而对沉降管中的煤泥水起到磁化作用。在沉降管一侧标示刻度以便观测数据，通过更换不同磁感应强度磁铁和改变两排永磁铁间的间距来调节磁感应强度。

试剂:以相对分子量为107、质量浓度为1 g/L的非离子型聚丙烯酰胺( PAM)溶液作为絮凝剂，絮凝剂用量为30 g/t干煤泥，即在250 mL沉降管中添加0. 3 mL PAM溶液。选用选煤厂常用磁铁矿粉作为磁种，其用量为0. 4～2．0 g/L，即在250 mL煤泥水中投加0. 1～0. 5 g磁种。

1. 3 方法

取250 mL质量浓度为40 g/L的煤泥水，投入磁种粒子，上下翻转均匀后，倒入外壁两侧装有永磁铁的沉降管中，按照MT190—1988《选煤厂煤泥水沉降试验方法》进行煤泥水絮凝沉降实验。每隔5 s记录沉积液面高度，沉降10 min后用移液管抽取液面下100 mm处上层上清液50 mL，利用浊度仪测定上清液浊度。

2结果与讨论

2．1磁种对煤泥水絮团形态的影响

在磁感应强度为0. 25 T、磁种投加量为0. 3 g条件下，对煤泥水进行絮凝沉降实验。取少量底层煤泥絮团在显微镜下观察煤泥水絮团形状，见图1。

图1煤泥水显微照片Fig．1 Micrograph of slime-water

未投加磁种煤泥水中煤粒呈分散状态(图1a) ;投加磁种后，由于煤的有机质具有抗磁性，磁种在煤泥水中形成絮凝核心［8］，使煤粒围绕磁种相互聚团，煤粒分散度减小并呈链状结构(图1b) ;未投加磁种煤泥水絮团体积较小、絮团松散(图1c) ;投加磁种的煤泥水中煤粒已经开始团聚，当投加絮凝剂后，絮凝剂将已经团聚的煤粒迅速包裹起来(图1d)，煤泥絮团在重力的作用下迅速下沉，因而沉降速度加快，煤泥水中细泥被磁种粒子吸附，煤泥水上清液中细颗粒煤泥减少，煤泥水上清液浊度降低。

2. 2磁感应强度对煤泥水磁种絮凝沉降效果的影响

在絮凝剂用量相同( 0. 3 mL)的条件下，分别讨论不同磁感应强度煤泥水磁种的絮凝沉降速度( v)和上清液浊度变化情况。实验结果分别见图2、3。

图2沉降速度随磁感应强度变化曲线Fig．2 Setting vessel changes with different magnetic flux density

图3上清液浊度随磁感应强度变化曲线Fig．3 Turbidity changes with different magnetic flux density

从图2可以看出，随着磁感应强度的增加，煤泥水絮凝沉降速度由6. 11 mm/s增加至8. 92 mm/s，沉降速度增加45. 99%，表明磁感应强度对煤泥水絮凝沉降速度有显著影响，影响程度随磁感应强度的增加而增大，最优磁感应强度为0. 25 T。根据DLVO理论［9］，磁感应强度越大，对煤粒表面双电层压缩程度越强，更有利于煤粒与磁种接触并吸附，因而加速了煤泥水絮凝沉降。

从图3可以看到，随着磁感应强度的增大，煤泥水上清液浊度值由130. 70 NTU减小到66. 22 NTU，浊度减小了49. 33%，说明磁感应强度对煤泥水上清液浊度影响比较大。这是由于随着磁感应强度的增大，煤泥水中细颗粒与磁种相结合的量不断增加，细颗粒煤泥随着煤泥絮团沉降，煤泥水上清液浊度随之减小。

2. 3磁种用量对煤泥水磁种絮凝沉降效果的影响

在投加0. 3 mL质量浓度为1 g/L的PAM溶液，最优磁场强度为0. 25 T的条件下，进行不同磁种用量( m)的煤泥水磁种絮凝沉降实验，讨论磁种用量对煤泥水絮凝沉降速度和上清液浊度的影响。实验结果分别见图4、5。

图4沉降速度随磁种用量变化曲线Fig．4 Setting vessel changes with different magnetic seeds dosage

图5上清液浊度随磁种用量变化曲线Fig．5 Turbidity changes with different magnetic seeds dosage

从图4可以看出，煤泥水絮凝沉降速度随磁种用量变化的趋势是先增大后减小。磁种用量从0. 1 g增加到0. 3 g时，煤泥水絮凝沉降速度由7. 96 mm/s增加到8. 92 mm/s，沉降速度增加12. 06%;磁种用量继续增加至0. 5 g后，煤泥水絮凝沉降速度反而减小，由8. 92 mm/s减小到7. 50 mm/s。随着磁种用量的增加，以磁种为絮凝核心［9］的絮团也逐渐增多，絮团与絮凝剂结合重力加大，沉降速度加快;过量地投加磁种，会使絮团粘附在容器壁上，反而对沉降速度产生影响。

从图5可以看出，随着磁种投加量的增多，煤泥水上清液浊度呈先减小后增大趋势，磁种投加量从0. 1 g增大到0. 3 g，煤泥水上清液浊度由79. 25 NTU减小到73. 87 NTU，上清液浊度降低6. 79%;继续投加磁种，煤泥水上清液浊度明显升高;随着磁种投加量的增多，磁种对细颗粒煤泥水吸附量逐渐增多，煤泥水上清液浊度逐渐减小。当磁种投加量超过了最佳用量，煤泥絮团磁感应强度过大，絮团粘附在容器壁上，影响絮团下降，反而使煤泥水上清液浊度增大，影响磁种对絮团的吸附作用。

3结论

( 1)投加磁种能够使煤泥颗粒以磁种为核心相互聚集，更有利于细颗粒煤泥的凝聚。磁种絮凝能够加快煤泥水絮凝沉降，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。

( 2)磁感应强度对煤泥水絮凝沉降速度和上清液浊度都有积极作用，随着磁感应强度的增大，煤泥水絮凝沉降速度逐渐增大，上清液浊度逐渐减小。最优磁场强度为0. 25 T，煤泥水沉降速度增加45. 99%，上清液浊度减小49. 33%。

( 3)磁种用量影响煤泥水絮凝沉降效果，随着磁种投加量的增大，煤泥水絮凝沉降速度先增大后减小，煤泥水上清液浊度先减小后增大。磁种用量为0. 3 g时，煤泥水絮凝沉降效果最佳，沉降速度增加12. 06%，上清液浊度减小6. 79%。

［1］ 李 哲，刘凤娟．磁场强化混凝处理矿井水［J］．黑龙江科技学院学报，2012，22( 6) : 581－584．

［2］ 李 哲，边炳鑫，何京东．磁化技术对煤泥水处理工艺影响的研究［J］．黑龙江矿业学院学报，1998，8( 3) : 6－8．

［3］ 吕玉庭，赵丽颖，时起磊．磁场对煤泥水絮凝沉降效果的影响［J］．黑龙江科技学院学报，2013，23( 5) : 424－426．

［4］ 雷国元．磁种和磁处理技术在废水处理中的应用［J］．上海环境科学，1997，16( 11) : 24－27．

［5］ 孙水裕，张俊浩，刘炳基，等．磁种凝聚－磁分离技术处理含Ni2 +电镀废水的研究［J］．环境工程学报，2002，20( 4) : 17－19．

［6］ 郑必胜，郭祀远，李 琳，等．应用高梯度磁分离技术处理糖蜜酒精废水［J］．环境科学学报，1999，19( 3) : 252－255．

［7］ 朱又春．磁分离法处理餐饮污水的除油机理［J］．中国给水排水，2002，18( 7) : 39－41．

［8］ 赵明慧，周集体，邵冬海．磁化学技术在水处理中的应用［J］．环境污染治理技术与设备，2003，4( 4) : 79－84．

［9］孙华峰．DLVO理论在煤泥水絮凝机理中的应用分析［J］．选煤技术，2013( 1) : 39－41．

(编辑 荀海鑫)

Effects of magnetic seeds flocculating on slime-water sedimentation

LYuting1，ZHAO Liying1，YANG Qiang2
( 1．School of Mining Engineering，Heilongjiang University of Science＆Technology，Harbin 150022，China; 2．Hegang Branch，Heilongjiang Longmay Mining Holding Group Co．Ltd．，Hegang 154100，China)

This paper describes an experiment aimed at the flocculation and sedimentation of slimewater by combining magnetic seeds with flocculent and an analysis of the effect of magnetic flux density and magnetic seeds dosage on setting vessel and turbidity．The analysis suggests that the slime water has a flocculation settling velocity which tends to increase with an increase in the magnetic flux density and shows an initial increase and a subsequent decrease，determined by the increase in magnetic seeds dosage; the slime water gives less turbidity due to increased magnetic flux density and an initial decrease and a subsequent increase，triggered by increased magnetic seeds dosage．The magnetic flux density of 0．25 T and magnetic seeds dosage of 0．3 g provide the best treatment of slime-water．This study would be a new way for slime-water treatment．

slime-water; magnetic seeds flocculating; setting vessel; magnetic flux density;turbidity

10. 3969/j．issn．2095－7262. 2014. 02. 010

TD94

2095－7262( 2014) 02－0153－04

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