高泥化煤泥水特性与处理工艺研究.pdf

Y9 7 9 7 5 分类号 太原理工大学 密级 硕士学位论文 题 目 壹塑丛亟查鳖壁皇些堇墅堕 英文并列题目T e c h n o l o g yS t u d yo fHighM．。．．．．a．．．．r．．．1．．a．．．．c．．．e．．．o．．．．u．．．s．．．．．．S．．．．1．u．．．．r．．．r．y 学号 专业 盘壁三堡 研究方向 导师姓名 职称 矿物加工工程 论文提交日期 堂丛 樊民强 教授 学位授予单位盔厦堡王盘堂 地址些酉杰愿 太原理工大学 太原理L 火学硕士研究生学位论文 高泥化煤泥水特- I 生与处理工艺研究 摘要 本文以煤系伴生粘土模拟煤泥水为研究对象，选用聚丙烯酰胺、聚 氧化乙烯、壳聚糖及聚丙烯酸钠等有机高分子絮凝剂和聚合氯化铝、氯 化钙、氢氧化钙及明矾等无机凝聚剂对其进行絮凝沉降试验研究，考察 沉降速度、澄清度和絮团压实程度等絮凝评价指标。通过单一药剂的絮 凝试验及两种药剂的协同效应试验制定出几种比较合理的药剂制度，并 研究了p H 值对絮凝沉降试验的影响；通过电泳和电镜等测试手段探讨了 絮凝及凝聚机理；并将所制定的药剂制度应用于白龙选煤厂和太原选煤 厂煤泥水的处理中，考察了其处理工艺效果。 根据沉降速度、澄清度和絮团压实程度等絮凝评价指标的变化特性， 本文在不改变其原有评价目的基础上将该三个指标组合，建立一综合评 价指标，使絮凝效果的评价更加方便准确，并验证了其可行性。 在絮凝沉降试验研究中，通过不同浓度模拟煤泥水的单一药剂絮凝 沉降试验得出，有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯絮凝效果较 好，无机凝聚剂氢氧化钙和聚合氯化铝的絮凝效果较好。两种药剂的协 同效应研究中，由条件试验及所选的几种药剂逐个组合试验得出了无机 凝聚剂与有机高分子絮凝剂联合试验时各药剂的最佳药剂用量，并发现 了无机凝聚剂C a C L z 与有机高分子絮凝剂联合使用时的絮团压实程度最 太原理工大学硕士研究生学位论文 好，且阴离子聚丙烯酰胺与氯化钙联合使用时的综合指标较大，最大值 为8 。 本文还通过调节不同的p H 值进行絮凝沉降试验发现，在泥水p H 值 为酸性条件下，宜单独使用有机高分子絮凝剂；在泥水p H 值为中性至碱 性条件下，宜无机凝聚剂和有机絮凝剂联合使用。 将通过模拟泥水絮凝沉降试验制定出的药剂制度应用于白龙选煤厂 和太原选煤厂的煤泥水，进行实际煤泥水的絮凝沉降试验研究发现， 阴 离子聚丙烯酰胺与无机凝聚剂联合使用时，加入少量 1 0 k g ／t C a C l 的 絮凝效果较好，P H P 的最佳药剂用量与单独使用P H P 相比在达到相同絮凝 效果情况下，药剂用量较小。通过进行不同加药方式的试验发现，单独 添加有机高分子絮凝剂P H P 时，在添加药剂用量相同的情况下分两点加 药的絮凝效果比一点加药要好，在与无机凝聚剂C a C ] 。联合使用情况下， P H P C a C l P H P 加药方式的絮凝效果最好，其次为C a C l 。 P H P 。且在所试 验的几种加药方式中可以得出P H P C a C l P H P 的絮凝效果最好。 在机理研究中，通过研究无机凝聚剂对粘土表面Z e t a 电位的影响， 发现随着药剂用量的增加，粘土的Z e t a 电位变化规律与絮凝沉降试验观 察到的现象基本吻合。通过各药剂絮团及分散状况的扫描电镜研究发现， 两种药剂联合使用时，絮团较大，较大絮团之间分散着一些小絮团，絮 团压实程度最好。 关键词，煤泥水；絮凝剂，凝聚剂，絮凝，凝聚机理，絮凝机理 太原理r 大学硕十研究生学位论文 T H EC H A R A C T E R I S T I CA N DP R O C E S S I N G T E C H N O L O G YS T U D YO FH I G HM A R L A C E O U SS L U R R Y A B S T R A C T C h o s e ns l u r r ys i m u l a t e d b yc l a ye x i s t e di n c o a ls e r i e sa ss u b j e c t e d i n v e s t i g a t e d ，t h ep a p e ru s e so r g a n i ch i g hp o l y m e r sf l o c c u l a n t ss u c ha sP A M ， P E O ，c h i t o s a na n dp o l y a c r y l i ca c i d n a t r i u ma n di n o r g a n i cc o a g u l a n t sl i k e P A C ，C a C l 2 ，C a O H 2a n dK A I S 0 4 2t od of l o c c u l a t i n gs e t t l i n ge x p e r i m e n t s a n ds t u d i e st h ee v a l u a t i n gi n d i c a t o r sl i k es e d i m e n t a t i o nv e l o c i t y , c l a r i t ya n d c o m p a c t i o no ff l o c ．I tc o n s t i t u t e ss e v e r a la p p r o p r i a t ea g e n t 瞎s y s t e mt h r o u g h f l o c c u l a t i n ge x p e r i m e n t so fs i n g l ea g e n ua n dC O e f f e c to ft w ok i n d so fa g e n t ； s t u d i e st h ei n f l u e n c eo fp Ho nf l o c c u l a t i n gs e t t l i n ge x p e r i m e n t sa n dd i s c u s s e s t h e f l o c c u l a t i n gm e c h a n i s mb ye l e c t r o p h o r e s i sa n de l e c t r o nm i c r o s c o p e ．A l l t h ea g e n t sc o n s t i t u t e da r ea p p l i e do ns l u r r yp r o c e s s i n g ；w h i c hi sf r o mB a i l o n g C o a l W a s h e r y a n d T a i y u a nC o a lW a s h e r ya n ds t u d i e st h er e s u l t so n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y A c c o r d i n gt ot h ev a r i a b l ec h a r a c t e r i s t i c ss u c ha ss e d i m e n t a t i o nv e l o c i t y ， c l a r i t ya n dc o m p a c t i o no ff l o c ，i ts e t su pa no v e r a l lm e r i ti n d e xw h i c hu s e st h e c o m b i n a t i o no ft h et h r e ei n d e x e s ’o f ft h e 萌s eo f k e e p i n gt h eo r i g i n a l I I I 太原理工大学硕士研究生学位论文 e v a l u a t i n gg o a l t om a k et h ee v a l u a t i o no f f l o c c u l a t i n g e f f e c t si n o r e c o n v e n i e n ta n da c c u r a t ea n dt e s t si t sf e a s i b i l i t y T h r o u g ht h es i n g l eu s eo fa g e n to ns i m u l a t i n gs l u r r yo fd i f f e r e n td e n s i t y i t p r e s e n t st h a tP A Ma n dP E Ob e l o n gt oo r g a n i ch i g hp o l y m e r sf l o c c u l a n t s a n dC a O H 2a n dP A Cb e l o n gt o i n o r g a n i cc o a g u l a n t sh a v eg o tb e t t e r f l o c c u l a t i n gr e s u l t si nf l o c c u l a t i n gs e t t l i n ge x p e r i m e n t s ．T ot e s tt h eC O e f f e c t s o ft w oa g e n t se a c ha g e n th a sg o ti t sb e s td o s et h r o u g hc o n d i t i o ne x p e r i m e n t s a n dc o m b i n e de x p e r i m e n t so n eb yo n ew h e nu s i n g o r g a n i ch i g hp o l y m e r s f l o c c u l a n t sa n di n o r g a n i cc o a g u l a n t st o g e t h e r ．T h e u s a g eo fo r g a n i c h i g h p o l y m e r sw i t hC a C l 2b e l o n g st oi n o r g a n i cf l o c c u l a t i n ga g e n th a sg o tb e s t c o m p a c t i o no ff l o c ．T h ec o m b i n a t i o no fP } 口a n dC a C l 2h a sah i g h e ri n d e x w h i c hi s8a c t u a l l y B ya d j u s t i n gp Hi nf l o c c u l a t i n gs e t t l i n ge x p e r i m e n t st h ef l o c c u l a t i n g r e s u l t sa r ed i f f e r e n tu n d e rd i f f e r e n ta g e n ts y s t e ma n dp H ．W h e np Hi sa c i d s i n g l eu s eo fo r g a n i ch i g hp o l y m e r sf l o c c u l a n t si sb e t t e r ．W h e np Hi sn e u t r a l o ra l k a l i n o u so r g a n i cf l o c c u l a n tw i t hi n o r g a n i cc o a g u l a n t ss h o u l db e u s e d ． W h e nt h ea g e n ts y s t e mm a d eb yf l o c c u l a t i n g s e t t l i n ge x p e r i m e n t si s a p p l i e do nt h e r e a l s l u r r yf r o mB a i l o n gC o a lW a h s e r ya n dT a i y u a nC o a l W a s h e r yi tp r e s e n t st h a ta f t e ra d d i n gs o m eC a C l 2 1 0 k g ／t t h ec o m b i n a t i o nu s e o fi n o r g a n i cc o a g u l a n t sa n dP H P w h o s eb e s td o s ei ss m a l l e rc o m p a r e dw i t h s i n g l e u s eo fP } Ⅱ’h a S g o tg o o df l o c c u l a t i n gi e s u l t s ．T h r o u g hi h et e s t so f I V 太原理T 大学硕十研究生学位论文 d i f f e r e n td o s i n gs y s t e mi ts h o w st h a tu s i n gt h es a m eq u a n t i t yo fP H Pa l o n e t w op o i n t s ’w a yi sb e t t e rt h a no n ep o i n t ’S ，a n dw h e nc o o p e r a t e dw i t h C a C l z ，w a yo fP H P C a C l 2 P H Pw h i c hi st h eb e s ti nt h et e s t so fd i f f e r e n t d o s i n gs y s t e mh a sg o tab e t t e rr e s u l tf o l l o w e db yC a C l 2 P H P D u r i n gt h es t u d yo nt h em e c h a n i s mt h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o n o nt h e e f f e c t so ff l o c c u l a n t so nc l a y ’SZ e t a p o t e n t i a li ti sf o u n dt h a tw i t ht h ei n c r e a s e o fa g e n tt h ec h a n g i n gr u l e so fc l a y ’S Z e t a p o t e n t i a l i sc o n s i s t e n tw i t ht h e p h e n o m e n ai nf l o c c u l a t i n gs e t t l i n ge x p e r i m e n t s ．T h r o u g ht h ee l e c t r o n m i c r o s c o p et e s t so nf l o ca n dd i s g r e g a t i o ni tp r e s e n t st h a tw h e nu s i n gt w o a g e n t st o g e t h e rf l o ci sb i g g e ra n ds m a l l e ro n e se x i s tb e t w e e nt h eb i g g e ro n e s w h i c hs h o w sb e s tc o m p a c t i o no ff l o c K e yw o r d s s l u r r y , f l o c c u l a n t s ，c o a g u l a n t s ，f l o c c u l a t i o n ，m e c h a n i s mo f f l o c c u l a t i o n ，m e c h a n i s mo fc o n g u l a t i o n V 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 ．1 选题目的和意义 第一章绪论 原煤中含有一定数量的杂质，必须进行洗选加工。对于采用湿法分选的选煤厂来 说，经主选作业后会产生大量的煤泥水，煤泥水系统是实现洗水闭路循环，确保清水 选煤的关键环节。煤泥水系统运行状况的好坏直接影响到分选设备的分选效果、重介 质消耗、产品水分等指标。当煤泥水系统严重恶化时，会导致整个选煤系统无法正常 运行甚至停产。 一个入洗能力近千吨原煤的选煤厂，每小时要产生几千立方米煤泥水，而这些煤 泥水必须经过一定的工艺处理后才能够在选煤厂循环使用，以满足选煤厂各工艺环节 对循环水的要求，或在必须外排时能满足国家环保法规的要求⋯。 长期以来，煤泥水的净化一直难以解决，大多数选煤厂煤泥水处理系统都或多或 少的存在一些问题。主要原因是随着选煤机械化程度的提高，细粒煤所占的比重越来 越大。煤泥水集中了原煤中最细、最难处理的微细颗粒，由于这些颗粒粒度细、灰分 高、粘性大、难以沉降，因而极难用常规的沉淀、回收和脱水设备处理，必须采取一 定强化沉降的措施。因此，制定合理的煤泥水处理方案，解决煤泥水的净化问题成为 选煤厂正常生产的首要前提，也是本专业研究人员所必须关注的问题，对于实现选煤 厂洗水闭路循环具有重要的意义。 1 ．2 常见的煤泥水处理工艺 当前，我国的选煤技术水平完全能够为各种类型选煤厂提供成熟可靠的煤泥水处 理全套技术和装备，实现洗水闭路循环。选煤厂完善的煤泥水系统通常包括以下工艺 环节煤泥分选一尾矿浓缩一压滤，缺少其中任何环节，都不能构成完善的系统。实 践证明，不完善的煤泥水系统都无法实现洗水闭路循环。 太原理工大学硕士研究生学位论文 我国选煤厂应用的几种典型煤泥水流程及其优缺点列入表卜l 。 表1 ．1 典型煤泥水原则工艺流程 T a b l e l - 1T h et y p i c a lt e c h n o l o g i c a lp r o c e s sO fs l i m e ’ 煤泥水流程 优点缺点应川场合 直接浮选一尾煤浓缩 易于洗水闭路精煤得 到充分回收经济、环投资大；运行成本高大中型炼焦煤选摸厂 一压滤 境效茄好 煤泥重介选一尾煤浓粗煤泥分选精度高，投 粗煤泥回收下限 全重介、难浮煤泥选煤 缩一压滤 资较小0 ．I m m ；尾煤鼍大厂 煤泥水介重力选一粗投资雨I 运行费心比直 适于分选密度在 煤泥直接回收一细煤接浮选一尾煤浓缩～ 1 ．6 k g ／l 以上的易选粗 动力煤选煤厂及小型 煤泥细煤泥擐火、脱炼焦煤选煤厂 泥浓缩乐滤压滤流程稍低 水困难 经济效益低煤泥脱水 煤泥水浓缩一直接回 投资较小困难，设备用量大洗 动力煤选煤厂及小型 收炼焦煤选煤厂 水闭路难度大 洗水不能闭路环境污 煤泥沉淀池投资小，生产费州低小型选煤厂 染严重；资源浪费严重 “八五”以来，我国选煤工业整体水平得到迅速提高，但是与发达国家相比还有较 大差距，煤泥水处理技术和装备尚不能满足各种类型选煤厂低投资和低运行费用的需 要，还有1 3 ％的选煤厂未实现洗水闭路循环，尤其是小型选煤厂。为了彻底杜绝现 有选煤厂外排煤泥水，并满足发展动力煤洗选的煤泥水处理要求，除了进行细粒煤脱 水设备系列化、提高大型设备可靠性研究之外，还需要重点开发适于动力煤选煤厂的 水介质煤泥重力分选技术、提高浮选上限技术，加强高效浓缩机的研究、先进技术与 设备的集成化研究和煤泥分选与煤泥水处理装备的模块化研究，以节约资源，保护环 境，提高效益[ 2 1 。 1 ．3 煤泥水的特性及目前常见的处理方法 煤泥水是由悬浮液、电解质和胶体组成的混合物，由于固体颗粒的粒度组成大小 不一，又是一个多分散系统，其组成及特性比较复杂，了解煤泥水的特性，选择合适 的絮凝剂，对于及时排除颗粒物，获取澄清的循环水，实现选煤厂洗水闭路循环具有．一 2 查堕望j ；盔堂堡丛壅圭堂垡鲨塞 一 重要的意义【3 1 。 煤泥水的主要特点是浓度高，粒度细，灰分高，颗粒表面多数带负电荷，同性 相斥，使得这些微粒在在水中保持分散状态而难以沉降。其中，浮选尾煤的粒度组成 情况对煤泥水的沉降具有非常重要的作用，通常粒度越细，煤泥水越稳定，沉降越困 难。温雪峰1 3 1 等人曾以城郊选煤厂煤泥水为例分析其粒度组成 表1 - 2 ，从表中可 以看出一O ．0 4 5 r a m 的粒级所占比例非常高，接近9 0 ．0 0 ％。为了具体了解该粒级的物 料组成，对一0 ．0 4 5 m m 部分进行x 衍射分析，见图1 ．1 。 注用于x 衍射的分析试验 来自原煤，所以煤的含量比较高，但所含矿物的相对含量与浮选尾煤中所含矿物的相 对含量基本相近 。 从x 一射线衍射图谱可以看出矿物的主要成分有高岭石、白云石、伊利石和蒙 脱石。其中高岭石的含量比较高，这类岩石遇水后易发生破坏产生软化、崩解，高岭 石吸水性中等白云石的吸水性小；蒙脱石和伊利石具有很强的吸附性和吸水膨胀性， 但含量很少。因此尽管该煤泥中所含矿物以粘土矿物为主，但整体的膨胀性较小。 表1 - 2 浮选尾煤的粒度组成川 T a b l e l - 2G r a n u l a r i t yo f f l o a t a f i o nr e f u s e， 粒径／r a m 重量垃 含量／％ 累计产率．∑R ／％ 0 ．2 5 ．0 ．50 ．5 00 ．4 50 ．4 5 O ．1 2 5 ．02 50 ．9 0 O ．8 212 7 0 ．0 7 4 ．0 ．1 2 51 ．4 0 12 7 2 ．5 5 0 ．0 4 5 0 ．0 7 48 ．6 07 ．8 21 0 ．3 6 ．0 ．0 4 59 8 ．6 08 9 ．6 41 0 0 ．0 0 合计1 1 0 ．O O1 0 0 ．0 0 但是，通常用煤泥含量和煤泥粒度组成来描述煤泥水特性是不全面的。首先，在 很多情况下，由于细泥大量循环与积聚，煤泥的真实含量难以获得，因此无法确切表 示煤泥的泥化程度和煤泥含量；其次，煤泥粒度组成一般仅进行粗颗粒部分测定，小 于2 0 0 网目以下的部分不测，而它们往往决定着煤泥水的特性。此外，它还没有反映 煤泥的岩石特性和矿物组成，没有反映真正影响煤泥水特性的软质粘土矿物的含量。 粘土矿物的泥化特性，使得它们在煤泥水系统中常呈微米级颗粒存在，从而使得粘土 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 瓤 凳 篓 羚 】f 抒 ●● 坦 瓣 魁 恕 妥 茫 衍射角度 单位度 图1 - 1 ．0 ．0 4 5 r a m 粒级的x ．射线衍射图谱【3 I F i g ．1 - 1X R D o f 一0 ．0 4 5g r a d e 矿物对于煤泥的影响不仅表现在粒度小、重量轻，难以沉降；而且还由于粘土矿物与 水相具有一定的界面化学作用，反过来恶化了自身微细颗粒的沉降环境。在宏观上形 成了大量泥质物料难以沉降，在系统中恶性循环积聚[ 4 】。 煤泥水是由煤泥和水组成的，煤泥水的性质既与煤泥的性质有关，又与水的性质 有关。水不仅给煤泥水形成提供了空间条件，面且给煤泥水的生存 固体颗粒的分散 和凝聚 提供了环境条件。水对煤泥水特性的影响，宏观上表现为煤泥的沉降速度大 小，以及澄清水的浑浊度。大量的实践已经证实煤泥水澄清效果的好坏与水质硬度 有很大关系，水质硬度越小，澄清效果越差。 由于上述原因导致选煤厂的煤泥水很难自然澄清，必须采取一定的净化措施，以 促进煤泥水的澄清。目前，在选煤厂的生产实践中，多采用高分子絮凝剂来加速煤泥 水中颗粒的沉降。 絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程。絮凝过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的 凝聚体的桥连 架桥 作用下生成大体积的絮凝物 即絮团 的过程。煤泥水中的细 泥粒度很小，沉降速度极慢，而它表面带有很高的负电荷，阻止相互接近，不能凝聚 成较太的颗粒保持相对稳定的状态，长时间的不沉降。为了加速煤泥沉降，，必须使其 4 0000000000000D叼旧0鲫姗枷姗姗啪咖咖咖咖鲫湖枷姗枷m。 太原理[ 大学硕士研究生学位论文 失稳。可用D L v O 理论说明，即用胶体颗粒间的吸引能 E 。 和排斥能 E R 的相互 作用，产生的相互作用能 E T 来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。图1 - 2 是两胶粒间的势能曲线图”I 。 ≮ 占／爻基 ”I7 ．．／ t ＼／／确丽 ‘厂＼￡ ‘ 、 弋j 媛罩 ‘b 图1 - 2 两胶粒间的势能曲线图”1 F i g ．1 - 2C u r v eo f p o t e n t i a le n e r g yb e t w e e nt W Om i c e l l e 由于两种胶粒表面总是带同种电荷而相互排斥，排斥能E 。越大，颗粒越不能靠近， 不利于絮凝沉淀，胶体保持稳定状态，同时两颗粒之间存在范德华引力，促使胶粒接 近。两颗粒间综合的相互作用能E T 等于吸引能与排斥能之和。即E T ．E A E R ，综合 E R * B E A 值，得到～条描述作为间隔距离函数的相互作用能 E 。一E A 的变化曲线 图 1 - 2 a 。当两颗拉间为中等距离时，颗粒间以斥力占优势。由于曲线E t 存在能障，有 一个能峰，它是颗粒间凝聚和絮凝的最大障碍。 为了克服此能峰，可加入电解质或凝聚剂来降低颗粒表面的电荷，压缩胶粒表面 双电层厚度，降低排斥能E R ，从而使由E R 和E A 综合得到的E t 降低，故能峰也下降 图 1 - 2 b ，缩小颗粒间距离，增加吸引力，形成絮凝体。 絮凝剂的作用机理及其复杂，另外，一种如下图所示的“架桥”机理模型受到也普 遍重视1 6 】_ 【”。 1 ．在适宜高分子剂量下起始吸附 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 ≯ o 令 高分子矿粒 遵 不稳定扩粒 过程1 分散体系中加入高分子絮凝剂，絮凝剂分子与颗粒碰撞，高分子中的某 些基团在颗粒上吸附，其余部分伸向溶液，形成不稳定颗粒。 2 ．异向或同向絮凝 杏b 卦 不稳定矿粒 过程2 不稳定颗粒上的絮凝剂分子在另一个有吸附空位的颗粒上吸附，形成随 即絮团，此时的絮凝剂分子在两颗粒间起架桥作用。 3 ．高分子的二次吸附 不稳定矿粒不与有空位的其他矿粒接触再次稳定的矿粒 过程3 不稳定颗粒上絮凝剂分子的伸向溶液的另一部分，没有机会在其他颗粒 上吸附，在运动过程中，有可能吸附在该颗粒的其他位置上，重新形成稳定颗粒。 4 ．过量高分子的起始吸附 ≮午 o 过量的高分子矿粒 可稳定的矿粒 没有空位 过程4 当絮凝剂添加过量，颗粒表面为絮凝剂分子所饱和而不再有吸附空位 此时高分子絮凝剂不仅起不了架桥作用，反而因位阻效应使颗粒稳定分散。 5 ．絮团的分散 随机絮团 强烈或过长时间的搅拌絮团碎片 6 ．絮团的分散 6 露一 太原理l 大学硕士研究生学位论文 Q 一 ◇ 絮团碎片重新稳定的絮团碎片 过程5 、6 在强烈或长时间搅拌作用下，絮团破裂，伸向溶液的絮凝剂分子的 另一部分在原颗粒表面的其他部位吸附，使颗粒重新分散。 7 ．机械脱水收缩 随机絮团不均匀力 过程7 架桥作用形成的松散絮团， 成稳定的絮团。 稳定的絮团 因外部作用力不均匀，产生机械脱水收缩形 桥联机理认为在絮凝剂分子浓度较低时，吸附在某个微粒表面上的生物分子长 链可能同时吸附在另一个微粒的表面上，通过架桥方式将两个或更多的微粒联在一起 从而导致絮凝。～般来晚，絮凝剂的分子量越大对架桥越有利，絮凝效率高，但因为 架桥过程中也发生链段问的重叠，从而产生一定的排斥作用，若分子量过高，则这种 排斥作用会削弱架桥作用，使絮凝效果变差；另一方面，若絮凝剂的带电符号与微粒 相反则絮凝剂的离解程度就大，电荷密度越高，分子越易扩展，越有利于架桥1 8 1 。 桥连作用的实质是高分子同时在两个以上的颗粒表面吸附，借助自身的长链特征 把颗粒连结在一起。其必要的条件是 1 高分子在表面的吸附不紧密，有足够数量 的链环、链尾向颗粒周围自由伸出 2 高分子在表面的吸附比较稀松，颗粒表面有 足够的可供进一步吸附的空位。 一般聚合物分子是高分子量的长链大分予，并含有能与颗粒表面相互作用的化学 基团。当一个聚合物分子与～个颗粒相互碰撞时，聚合物分子中的某些基团就会吸附 在颗粒表面上，而其余部分就朝外伸向溶液中。如果第二个具有一些吸附空位的颗粒 接触到聚合物分子的外伸部分，就会发生同样的附着。这样两个颗粒借助于聚合物形 成聚集体，此时聚合物分子如同起到桥连作用。如果未碰到第二个颗粒，该聚合物分 子的外伸部分可能吸附到原先被吸附颗粒的其它位置上，此时聚合物分子不再起桥连 7 公 太原理工大学硕士研究生学位论文 作用。当高分子絮凝剂添加过量时，颗粒表面被聚合物分子所饱和，颗粒表面己无吸 附空位而使聚合物失去架桥作用。同时由于高分子吸附膜有空间位阻效应使颗粒问互 相排斥，颗粒又重新处于稳定分散。在某些情况下，强烈或长时间搅拌使絮团断裂， 聚合物分子的外伸部分又反过吸附到原吸附颗粒表面的其它空位上，从而使颗粒又重 新分散。 高分子桥连的一个重要特点是在适当的条件下，吸附高分子可以跨两颗粒间的双 电层而实现桥连。 凝聚剂与胶粒的作用主要是靠静电引力和分子问力，这些力较弱，一般不超过 2 1 0 4 J ／t o o l ，但某些有机高分子絮凝剂与颗粒之间的作用不仅具有静电力和分子间 力，而且还具有较强的氢键和其他化学键结合力。因此它的吸附能力强，絮凝效果较 好【5 9 1 。 自从1 8 8 4 年美国开发出无机絮凝剂硫酸铝并得到应用，至今对絮凝剂及机 理的研究一直没有中断过。近些年絮凝剂的研究与开发活动日益活跃，新的产品体系 不断涌现⋯。目前煤炭工业中所用的絮凝药剂主要有有机高分子絮凝剂和无机电解质 凝聚剂两大类。有机高分子絮凝剂主要分为两大类，即合成有机高分子絮凝剂和天然 高分子絮凝剂m “1 。另外可按官能团的性质、原料类别、聚合度、产品形态等分类。 一般按官能团离子型分类，即阴离子、阳离子、非离子三种，现在也有两性型高分子 絮凝剂的研究和应用的报道【l “。 目前选煤厂大多采用聚丙烯酰胺 P A M 作为絮凝剂，而聚丙烯酰胺又有不同 的种类，对其种类和用量的选择是极为重要的。不同种类的聚丙烯酰胺有不同的使用 效果，用量过多不仅造成浪费，还会带来絮团聚积不易压缩的不良后果，甚至会引起 煤泥水悬浮液稳定不沉降的状况；用量过少会降低煤泥颗粒沉降速度，影响煤泥水浓 缩、澄清效果㈣。 徐初阳【1 4 1 等人曾采用不同分子量、不同水解度和不同阳离子度的聚丙烯酰胺絮凝 剂，对望峰岗选煤厂的浮选尾煤进行了絮凝沉降试验得出以下结论 1 一般而言， 聚丙烯酰胺分子量越大，其絮凝澄清效果越好，因而提倡采用高分子量的P A M 用作 煤泥水絮凝剂，其分子量当特性粘数为1 0 0 0 m l ／g 左右即比较合适。 2 不同水解度的 聚丙烯酰胺处理煤泥水时，以3 0 ％水解度的P H P 絮凝澄清效果最好。 3 不同阳离子度 8 太原理l 大学硕士研究生学位论文 的聚丙烯酰胺有不同的絮凝效果，在C P A M 的C D 值为1 5 ％时对煤泥水的絮凝效果最 好。 无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚，故常常被称为凝聚剂”。在 1 0 0 多年的工业化发展阶段，无机絮凝剂除了产量的高速增长外，技术上也有了明显 的进步和提高。在研究、开发和应用过程中，形成了铝系、铁系和聚硅酸等几大类产 品㈨。对无机高分子絮凝剂的基础研究国外也已经有较多的文献报道№1 7 J 。目前， 在煤泥水处理中，碱式氯化铝应用较多。由于碱式氯化铝 A 1 2 O H n C l 6 ．。 具有很强 的电性中和能力，絮凝效果较好，且生产原料来源广，在煤泥水处理中的应用越来越 广泛。 由于絮凝剂与凝聚剂对煤泥沉降所引起的机理完全不同，凝聚剂是靠改变颗粒表 面的电性质来实现凝聚作用的，当它处理粒度大荷电量大的颗粒时，使用量就会很大， 成本增加但处理荷电量小的微细颗粒时作用较好，而且得到的澄清水和沉淀物的质量 都很高。絮凝剂用于水处理时，由于它不改变颗粒的表面电性，颗粒间的力仍然存在， 产生的絮团蓬松，其间还有大量的水，澄清水中还含有细小的颗粒，但絮凝剂用量较低。 由此可见，凝聚剂和絮凝剂在煤泥水处理中各有优缺点，复合使用将不仅降低成本，而 且进一步提高煤泥7 R 澄清效果。其二者的作用机理如图 图l 一3 【4 1 。在二者联合使用 的过程中，要注意的问题是第一，加药顺序，不同的加药顺序可以得出不同的实验效果； 第二，药剂用量，絮凝剂和凝聚剂和用量比不同得出的结果也不同㈣。 ◆ 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 温雪峰等人[ 3 1 从速度和浊度两方面综合考虑，聚丙烯酰胺和氧化钙配合使用，产 生了良好的混凝效果。试验表明，当尾煤煤泥水浊度较低时，宜先投加氧化钙，后投 加聚丙烯酰胺 相隔半分钟为宣 ，使杂质颗粒先行脱稳到一定程度，为聚丙烯酰胺大 离子的絮凝作用创造有利条件如果煤泥水浊度较高时，宜先投聚丙烯酰胺，后投加 氧化钙．目的在于让聚丙烯酰胺先在较高浊度水中充分发挥作用，吸附一部分胶粒， 使浊度有所降低，其余胶粒由氧化钙脱稳，再由聚丙烯酰胺吸附，这样可降低氧化钙 的剂量。氧化钙破坏了胶体的稳定性，使原来不能沉降的颗粒可以沉降，但形成的颗 粒粒度不够，沉降速度缓慢。投J J I ] P A M 后，增大颗粒粒径，提高沉降速度。 王少会等人【”] 选用相同的试验煤样，不同的加药顺序进行絮凝试验，得出从透光 率方面考虑加药方式应该是先加絮凝剂，搅拌1 0 s 后加凝聚剂。康文泽等人㈣通过现 场实践表明在处理既有高灰煤泥又有低狄煤泥的煤泥水时，两种药剂配合使用时，先 加凝聚剂后加絮凝剂的沉淀效果较好。于恒江等人【2 I j 通过煤泥水沉降试验，选定了适 合七河台精煤集团公司龙湖分公司煤泥水性质的加药顺序是先加凝聚剂后加絮凝剂， 加药量是凝聚齐I ] A 3 m l ／L ，絮凝剂B 6m l ／L ；药比A B I 2 。梁清阳【2 2 1 在解决沙曲选 煤厂煤泥水沉降问题时得出合理的加药顺序应该是先加聚合氯化铝铁，后加聚丙烯酰 胺。 煤泥水的浓度和粒度对沉降和澄清效果有很大影响，在浓度超过一定浓度时，煤 泥的沉降是整体的压缩沉降，其沉降的速度很慢粒度越细，其压缩沉降的浓度也越 低，煤泥水的分离澄清也就越困难。粒度细浓度高时，适当的在絮凝剂的使用上采取 一定的措施，如用高分子量的絮凝剂，阴、阳离子配合使用等【2 3 】。鹿志坚【2 4 1 用由克 利尔公司用户提供的铜矿浮选尾矿进行试验，得出阴、阳离子絮凝剂合适的加药顺序 为先添加阴离子絮凝剂，后添加阳离子絮凝剂。 此外，搅拌速度和时间也是影响絮凝的一个重要因素。所有絮团都能被速度的剪 切力所破坏，并且不易重新絮凝