煤泥水的水质特性分析及生产实践意义

赵志玉 耿焕国

(芬雷选煤工程技术(北京)有限公司,北京 100004)

煤泥水的水质特性分析及生产实践意义

赵志玉 耿焕国

(芬雷选煤工程技术(北京)有限公司,北京 100004)

通过对煤泥水的ζ电位、胶体粒度、pH值、硬度变化的分析和煤矸石的矿物组成的XRD分析,结合试验结果解释煤泥水难处理的原因,为煤泥水处理选用药剂提供指导。陕西省府谷县瑞丰集团融德洗选煤公司入洗原煤属高灰分、特低硫、特低热值的长焰煤,矸石易泥化且易碎,由于入洗原煤的上述特点而使该公司的煤泥水处理困难。通过对融德洗选煤公司生产煤泥水的性质和煤矸石矿物组成的研究,为该公司煤泥水处理选用药剂提供指导,通过生产实践取得了良好的效果。

煤泥水 胶体 ζ电位 矿物

煤泥水是湿法选煤加工工艺的工业尾水，其中含有大量的煤泥和泥沙，特别稳定，处理非常困难[1]。为了满足洗选用水闭路循环的水质要求，防止洗选用水闭路循环过程中水质的恶化，降低煤炭洗选加工成本，对煤泥水处理技术的研究是非常必要的。

1 煤泥水的性质及煤矸石矿物组成

为了找到煤泥难处理的原因，对融德洗选煤公司生产煤泥水自然沉降(不加药剂自然沉降1h)上清液进行试验分析，详细结果见表1。

分析结果显示，煤泥水是弱酸性(大量使用PAC造成洗水偏酸性)的胶体体系，其主要特点是:(1)胶粒表面带有较强的负电荷;(2)胶体粒度较大，分散性较差;(3)CODCr较高;(4)煤泥水硬度有所降低(生产补充水的硬度为2.04mmol/L)。对煤矸石进行XRD分析可知，融德洗选煤公司煤矸石的主要成分是石英、绿泥石和蛇纹石等。

2 煤泥水难处理的原因

2.1 胶体体系的形成[2]

从上述煤泥水特点来看，煤泥水是一种颗粒表面带负电荷的胶体体系。通过对煤矸石的矿物组成分析认为煤泥水胶体体系的形成主要是SiO2含量较高造成的。颗粒表面上的SiO2分子有一部分与水作用生成硅酸，并进一步解离成SiO32-和H+，反应可表示为:

SiO2胶核首先吸附有共同成分的SiO32-使胶体颗粒表面带负电，所形成的胶粒结构为

[(SiO2)m·nSiO32-·2(n-x)H+]2x-，这类胶体属于憎水性胶体。

另外，由于融德洗选煤公司入洗原煤是煤化程度较低的长焰煤，其中炭黑颗粒表面的羟基(-OH)和羧基(-COOH)基团在水中解离也能使颗粒表面带电，这也是胶体形成的一个因素。

2.2 洗水硬度变化的原因

在循环煤泥水体系中，在矿物颗粒表面发生K+、Na+和Ca2+、Mg2+的阳离子交换反应，以Ca2+和Na+之间的离子交换反应为例:

由于融德洗选煤公司的煤矸石中含有绿泥石、蛇纹石等矿物，在煤泥水中发生了上述离子交换反应，消耗了水中的Ca2+、Mg2+离子而使循环水的硬度略低于生产补充水的硬度。

通过上述的分析可知，融德洗选煤公司的煤泥水难于处理的原因是悬浮颗粒带有较强的负电性，使煤泥水呈胶体分散体系，并且主要表现在胶体的ζ电位上。(1)带有较强负电荷的胶粒之间产生较强的静电斥力，而且ζ电位越高胶粒间的静电斥力越大，胶体越稳定;(2)胶粒的布朗运动而使胶体具有稳定性;(3)胶粒带电能将极性水分子吸引到它周围形成一层水化膜，从而阻止胶粒间的相互接触，水化膜厚度决定于扩散层的厚度，而扩散层的厚度又影响ζ电位的高低。如果胶粒的ζ电位消除或减弱，水化膜也将随之消失或减弱。因此，处理煤泥水首先要降低ζ电位，破坏胶体的稳定性，然后采取其他措施，强化凝聚效果，提高煤泥水的处理效率。

表1 煤泥水性质

3 煤泥水研究的实践意义

由上述煤泥水性质的分析可知，洗煤废水是一个胶体分散体系，并且胶粒表明带有较强的负电荷，所以在处理这类洗煤废水时，必须向废水中投加混凝剂，降低电位，破坏胶体的稳定性，从而达到泥水分离的目的;加入高价金属阳离子能破坏洗煤废水的稳定性，使煤泥颗粒凝聚沉降，但沉降速度比较缓慢，应投加絮凝剂提高沉降速度，改善沉降性能。

根据李亚峰等[2]的研究成果可知，在洗煤废水中添加石灰乳能降低煤泥水带负电的胶体的ζ电位，使煤泥颗粒发生凝聚。另外石灰乳中的Ca2+还能去除对悬浮物具有一定稳定性的有机杂志，从而提高煤泥水的处理效果。石灰乳中的Ca(OH)2与洗煤废水中的SiO2发生反应产生硬硅酸钙石，具有一定的强度，能改善煤泥的过滤性能。

4 结语

研究表明煤泥水难以自然沉降是由于悬浮物粒度小、表面带有较强的负电性而使煤泥水呈胶体体系所至;煤矸中矿物组成分析和水质分析表明，循环煤泥水体系的原生硬度由选煤用水的基础硬度和煤中矿物组成共同决定[3];煤泥水中投加石灰和PAM，能够破坏其胶体的稳定性，使煤泥颗粒发生凝聚，最终实现泥水分离的目的。

5 致谢

本研究的基础实验是由中国矿业大学研究生丛龙斐做的，同时在做该项研究中得到公司领导的大力支持和融德洗选煤公司同事的大力支持，在此表示真挚的感谢。

[1]葛鹏,叶向德.煤泥水的水质特性及处理技术.工业水处理,2009年1月,29(1):53-57.

[2]李亚峰,刘铁成.洗煤废水难处理的原因及处理方法研究.矿业安全与环保,1991,2:1-3.

[3]张志军,刘炯天.基于原生硬度的煤泥水沉降性能分析.煤炭学报, 2014年4月,39(4):757-761.