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1、1添加钙、镁离子型凝聚剂实现煤泥水深度澄清添加钙、镁离子型凝聚剂实现煤泥水深度澄清的实验室试验的实验室试验江明东1，宋晓1，罗琼2，李正明1，李健刚1，王鹏1（1 唐山国华科技有限公司，河北 唐山，063020 2 中凯国际工程有限责任公司，北京 100080， ）摘要：摘要：简述钙、镁离子型凝聚剂和聚丙烯酰胺絮凝剂配合添加强化煤泥水澄清的作用机理，重点介绍采用氯化钙和氯化镁的凝聚絮凝煤泥水深度澄清实验室试验的结果，以及使用分光光度计快速测定澄清水浓度的方法。关键词：关键词：钙、镁离子型凝聚剂；调整水体硬度；煤泥水深度澄清；聚丙烯酰胺炼焦煤选煤厂煤泥水处理系统主要任务有三项：一是从煤泥水中高效
2、分选出质量合格的精煤泥，最大限度地提高选煤厂的精煤产率；二是实现煤泥水深度澄清，进而清水（200mgL-1）选煤；三是及时经济合理地回收沉降的尾煤泥，实现洗水闭路循环，做好环境保护工作，杜绝煤炭资源浪费。选煤厂获得清净的循环洗水是取得最佳技术经济指标、持续保质保量地全面完成生产任务的先决条件。1 钙、镁离子型凝聚剂和聚丙烯酰胺配合添加的作用机理钙、镁离子型凝聚剂和聚丙烯酰胺配合添加的作用机理夹杂在煤炭中的粘土类矿物质在水体中泥化，形成类胶体的分散体系。它长时间悬浮，不易沉淀的主要原因有以下三点：2微细颗粒表面带有负电荷，互相之间因静电斥力而保持分散状态；微细颗粒表面有未补偿的键能，极性水分子定
3、向排列，形成水化膜，阻止它们互相接触；微细颗粒质量轻，受水分子热运动影响强烈，导致它们稳定地悬浮在水体之中。在以上诸原因中，第一点是最主要的。选煤厂普遍使用的高分子聚合物絮凝剂聚丙烯酰胺的架桥絮凝作用只适用于粗粒（0.075mm）和细粒（0.0750.0125mm） ，对于属于类胶体范畴的微细颗粒（0.0125mm）是不起作用的。中国矿业大学刘炯天教授首先倡导用矿物型凝聚剂 MC 对煤泥水进行沉降、澄清，其实质是人为增加 Ca2+或 Mg2+离子在选煤厂循环水中的含量来提高水的硬度。对于水的软硬等级划分，我国尚未有统一标准，一般常采用德国度。1 德国度相当于 1L 水中含 l0mg氧化钙（Ca
4、O）或 7.2mg 的氧化镁（MgO） ，水的软硬等级划分见表1。表 1 水的软硬等级等级德国度CaCl2溶解量 gm-3MgCl26H2O溶解量 gm-3极软水4.283.3153.5 软水4.28.483.3166.5153.5306.9 中等硬水8.416.8166.5333.0306.9613.9 硬水16.825.2333.0499.5613.9920.8 极硬水25.2499.5920.8无机电解质凝聚剂水溶添加在循环水中，被电离的正离子（如3Ca2+、Mg2+）中和或降低细泥表面的负电，减小未补偿的键能，减弱它们之间的同性斥力，破坏类胶体的稳定态，促使它们在分子间的作用下碰撞接触
5、形成凝块，但这些凝块质量仍然较小，沉降速度缓慢。此时向（二段）浓缩机入料中添加的高分子絮凝剂水溶液可将凝块架桥絮凝成絮团，沉降速度大大加快，能产生清净的澄清水。且凝块表面电性弱，颗粒之间的斥力小，形成的絮团比较紧密，可提高压滤速度。以凝聚剂为主、絮凝剂为辅的凝聚絮凝作用机理如图 1 所示。絮团线性高分子 （絮凝剂）凝块阳离子电解质 （凝聚剂）带负电的 微细颗粒絮凝架桥作用凝聚作用图图 1 凝聚剂和絮凝剂配合添加作用机理示意图凝聚剂和絮凝剂配合添加作用机理示意图MC 矿物型凝聚剂来源广、价格便宜，其澄清效果远好于传统水处理领域使用的硫酸铝、碱式氧化铝、硫酸亚铁、氯化铁等正 3价金属盐的凝聚剂，但
6、它的缺陷是溶解度极低，溶解速度很慢，在选煤厂生产使用中有相当多的部分来不及溶解便沉淀在煤泥之中，利用率较低。为此，笔者以溶解度高、溶解速度快、利用率高的氯化钙和氯化镁两种凝聚剂为主，以絮凝剂聚丙烯酰胺为辅，进行了系列的煤泥水凝聚絮凝澄清实验室试验。2. 氯化钙和氯化镁的凝聚氯化钙和氯化镁的凝聚絮凝试验絮凝试验2.1 澄清水浓度与吸光度的关系4选煤厂常用浓度壶来快速测定煤泥水浓度，但这种方法只能用于测定浓度大于 30gL-1的煤泥水（MT/T808选煤厂技术检查中规定） 。本试验的澄清水浓度均小于 1.0gL-1，若按 MT/T805煤矿水中悬浮物的测定采用定量分析滤纸进行过滤、烘干、称重来测定
7、，既费时又费工。为了简化测定工序，缩短试验时间，提高工作效率，对已知浓度的较浑浊的澄清水逐步定量稀释，采用 722 型可见分光光度计，以纯净饮用水作参比，快速测定各水样的吸光度。当单色光穿过分光光度计盛有水样的比色皿时，水样中悬浮的细泥将阻止光波穿过，水样浓度越高（即悬浮颗粒越多） ，吸光度越高。表 2 列出了不同浓度水样的吸光度。对表中数值进行处理后得到回归方程，即澄清水浓度 q 与吸光度 A 的关系式。表 2 澄清水浓度与吸光度相关关系计算表序号澄清水浓度 X, mg/LX2吸光度 YY2XY1315.2 99351.0 0.4840.2343152.56 2157.6 24837.8 0
8、.2540.064540.03 3105.1 11046.0 0.1650.027217.34 478.8 6209.4 0.1240.01549.77 563.0 3969.0 0.0980.00966.17 652.5 2756.3 0.0710.00503.73 745.0 2025.0 0.0610.00372.75 839.4 1552.4 0.0490.00241.93 935.0 1225.0 0.0430.00181.51 1031.5 992.3 0.0400.00161.26 1128.7 823.7 0.0370.00141.06 1226.3 691.7 0.0330.
9、00110.87 130.000.000.000.000.00 978.1 155479.6 1.4590.3680238.97 59 .81888131 .9786 .155479222nXXLXX2043. 013459. 13680. 0222nYYLYY20.12913459. 11 .97897.238 nYXXYLXY常数 0016. 09 .8188820.129XXXYLLb0082. 0131 .9780016. 0 13459. 1 nXbnYa回归方程：Y=-0.0082+0.0016X即：A=-0.0082+0.0016q可改写为：q=625A+5.1式中：q澄清水浓度
10、（mg/L） ；A吸光度。相关系数 R=9989. 02043. 09 .8188820.129YYXXXY LLL查表当显著性水平为 0.001 时的临界值 R=0.801，现RR，故有 99.9%的把握判断此回归方程相关关系是显著的，有良好的线性关系。图 2 所示的是根据表 2 数据绘制的回归线。61002003004000.10.20.30.50.4吸 光 度浓度 mg/L图 2 澄清水浓度与吸光度的回归线2.2 试验条件A 选煤厂浓缩机溢流经长时间静止沉淀的煤泥经过滤、烘干，再用转速 24000r/min 的 FW100 型高速万能粉碎机粉碎 2min 后作为试验用煤泥样。为便于计算和
11、调整试验水体的硬度，根据试验要求将化学分析纯的氯化钙和氯化镁溶于纯净水中，各自配置为不同浓度的水溶液。将 10g 煤样置于 500mL 量筒中，与相应硬度的水体混合 10s，配置成浓度为 20gL-1的煤泥水样，再添加适量的聚丙烯酰胺水溶液混合 20s，静置 5min 后，取其澄清水测定吸光度。有代表性的试验结果见表 3、表 4。表 3 水体硬度、絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系 （添加氯化钙来调整硬度）水体硬度（德国度）0（极软） 6.0（软水）11.2（中等硬水）17.6（硬水） 27.2（极硬水）絮凝剂单位 用量 1gm-31734.9192.0155.1143.2170.1澄清水浓度絮
12、凝剂单位 用量 3gm-3860.761.434.543.945.17mgL-1絮凝剂单位 用量 5gm-3920.753.918.920.119.520406010080澄 清 水 浓 度聚丙烯酰胺单位用量 g mmg L012023 -314016018020045.-1.1软水中等硬水硬水极硬水0图 3 不同水体硬度下（CaCl2） ，絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系 表 4 水体硬度、絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系 （添加氯化镁来调整硬度）水体硬度（德国度）5.5（软水）10.9（中等硬水）19.4（硬水） 29.7（极硬水）絮凝剂单位 用量 1gm-3820.7214.5184.5
13、155.1絮凝剂单位 用量 3gm-3563.268.267.693.9澄清水浓度mgL-1絮凝剂单位用量 5gm-382.668.272.062.0820406010080澄 清 水 浓 度聚丙烯酰胺单位用量 g mmg L012023 -314016018022045.-1.1中等硬水硬水极硬水2000图 4 不同水体硬度下（MgCl2） ，絮凝剂单位用量与澄清水浓度的关系2.3 试验数据及分析用氯化钙调整水体硬度根据表 3 数据绘制的图 3 能更直观、形象地看出用氯化钙调整水体硬度时，煤泥水凝聚絮凝沉降试验的规律：a.在絮凝剂单位用量相同的条件下，将水体硬度由软水调整到硬水时，澄清水浓度
14、均有下降，当聚丙烯酰胺单位用量为 2gm-3时，澄清水浓度降低的幅度更为显著。b.将水体的硬度调整到极硬时，其澄清水的浓度却不如中等硬度水的指标，这是由于在煤泥水中钙离子数量过多，不但中和了悬浮颗粒表面的负电荷，而且产生了反向吸附，颗粒表面呈正电性的缘故。c. 除软水以外，在中等硬度水、硬水、极硬水的条件下，当絮9凝剂单位用量由 1 gm-3增至 3gm-3时，澄清水浓度均有大幅度下降。而当絮凝剂单位用量由 3gm-3增至 5gm-3时，澄清水浓度只有小幅度的降低。所以絮凝剂单位用量超过 3gm-3是没有必要的。d. 在水体为中等硬水的条件下，聚丙烯酰胺单位添加量达到5gm-3时，澄清水最为清
15、静，考虑到聚丙烯酰胺价格为 1.5 万元/t 的情况，以及实际生产循环水浓度200 mgL-1的要求，从技术经济合理性的角度出发把水体调制为硬水，絮凝剂单位添加量控制在13gm-3之间，将澄清水浓度保持在 143.243.9 mgL-1范围内更为适宜。用氯化镁调整水体硬度根据表 4 数据，绘制图了图 4。用氯化镁调整水体硬度时，煤泥水凝聚絮凝沉降试验的规律基本上跟用氯化钙相似，它们不同点在于：a.在中等硬水条件下，聚丙烯酰胺的单位用量由 3gm-3增至5gm-3时，澄清水浓度没有下降的趋势。b.在硬水条件下，聚丙烯酰胺的单位用量由 3gm-3增至 5gm-3时，澄清水浓度还有上升的趋势。为满足
16、实际生产循环水浓度200 mgL-1的要求，可把水体调整为硬水，聚丙烯酰胺单位用量在 13gm-3的范围内，将澄清水浓度保持在 184.567.6 gL-1之间。根据表 3、表 4 的数据绘制图 5，展现出在絮凝剂单位用量为 1 gm-3时水体硬度与澄清水浓度的关系。从该图可清楚地看到，在软10水至中等硬水的范围内，使用 CaCl2调制水体硬度的澄清水浓度要低于使用 MgCl2澄清水浓度，但水体硬度达到硬水的范围后，两者的差别有明显缩小的趋势。在絮凝剂单位用量为 3gm-3时，也是这样的情况。500澄 清 水 浓 度水体硬度(德国度)mg L010.-15100015002000250030003500152025用MgCl2调制用CaCl2调制030图 5 水体硬度与澄
