煤泥水沉降特性与絮凝剂选择优化研究

引言

随着煤炭机械化开采比例的提升，原煤中细粒级物料占比显著增加，尤其在湿法选煤过程中产生的煤泥水体系呈现 " 高黏土、高细度、高稳定性 " 特征，其沉降效率直接影响洗煤厂水资源回用与清洁生产水平。黏土矿物（如高岭石、蒙脱石）的泥化作用导致亚微米级颗粒富集，形成以ζ电位绝对值（常低于-30mV）为核心的稳定胶体体系，传统重力沉降难以实现固液分离。现有絮凝技术常因药剂选择单一、参数匹配失准导致处理成本攀升、溢流浊度超标等问题。例如，单一聚丙烯酰胺对高泥化煤泥水的沉降速度不足 2cm/min ，溢流浊度＞500NTU ，不仅造成煤泥流失（回收率 <80% ），更阻碍洗水闭路循环的实现。本文基于煤泥水颗粒界面特性与水质调控机制，提出分级优化的絮凝剂复配策略，结合磁场 / 电场预处理等新兴技术，旨在突破微细颗粒胶态稳定屏障，为洗煤厂构建 " 高效沉降 - 资源回收 - 近零排放 " 的技术体系提供理论支撑与工程范式。

1 煤泥水沉降特性影响因素

煤泥水的沉降性能本质上受多重因素耦合制约。煤泥水的沉降性能受多重因素耦合制约，其中矿物组成、粒度分布及水质条件是关键。高岭石、蒙脱石等黏土矿物遇水泥化产生大量亚微米级颗粒（ <1μm ），其高比表面积与强负电性（ζ 电位常低于 -30mV ）形成 " 细 - 粘 - 稳 " 胶体体系，导致传统重力沉降失效。粒度分布特征进一步加剧难度：当 -10μm 细粒占比超 30% 时，体系粘度激增至初始值的 3-5 倍，显著抑制颗粒沉降；典型煤泥水悬浮物浓度达100-200g/L ， -0.5mm 细粒占比超 80% 。在 APAM 应用场景下，水质调控尤为关键——钙镁离子浓度提升至 150-200mg/L （以 CaCO₃ 计）可压缩双电层，降低 ζ 电位绝对值达 40% ，大幅改善 APAM 分子链的桥联吸附效率；pH 值稳定在 6.5–7.5 区间则平衡颗粒凝聚性与设备防腐需求，为后续阴离子絮凝提供物化基础。

2 絮凝剂作用机理与选择优化

2.1 絮凝剂类型与作用机理

基于化学性质的差异，阴离子聚丙烯酰胺（APAM）作为煤泥水处理的主力絮凝剂，主要依赖其长分子链的桥联作用实现絮凝：通过羧基（ -COO^- ）吸附带正电或弱负电颗粒形成絮团。其效果受分子量（800-1500 万最佳）、水解度（ 20%-30% 电荷密度）及水质条件协同影响。在低硬度（ Ca²⁺<50mg/L ）、粗粒体系中，单一APAM（ 1-3g/t ）桥联占优，沉降速度可达 ；但在高泥化体系下，颗粒强负电性（ ζ<-30mV ）严重阻碍 APAM 吸附。此时需借助无机凝聚剂（如 CaCl₂ 、PAC）预调理：高价阳离子（ Ca²⁺/Al³⁺ ）压缩双电层降低 ζ 电位绝对值（如 -35mV⟶-20mV ），削弱静电排斥后，APAM 桥联效率显著提升——典型复配（ PAC+APAM ）可使 -0.045mm 细泥去除率提高 40% ，实现“电荷中和扫障 + 高分子桥联定型”的协同强化。

2.2 分级优化策略与新兴技术

针对不同煤泥水特性需定制以 APAM 为核心的差异化方案：常规体系（黏土 <30% ）优选单一 APAM（ 1.5-2.5g/t. , 分子量 1500 万），沉降速度 >4cm/min ；高泥化体系（黏土 >40% ）需采用“无机预凝聚 +APAM ”复配，如 CaCl₂（100-200g/t ）预处理后投加APAM（ 2-3g/t ），沉降速度较单一APAM 提高2 倍至 >6 cm/min ；细粒高灰体系（ -325 目 >60% ）宜用 PAC（ 30-50g/t ）与阴离子淀粉（ 10-15g/t ）协同 APAM 增强絮体密实度。创新技术大幅拓展APAM 应用边界：磁协同技术通过 Fe₃O₄ 负载 APAM 或在投加后施加 0.3 T 磁场，使 APAM 絮团迁移速度提升 40% ；微生物絮凝剂（芽孢杆菌多糖）可与APAM 复配实现绿色增效，黏土去除率 >90% ；电场预处理（ 0.75A,10min ）改变颗粒表面极性，减少 APAM 用量 40% 。

3 工程应用案例分析

洗煤厂实际工程验证了以阴离子絮凝剂（APAM）为核心的优化策略的普适性。霍州煤电洗煤厂针对溢流浊度 >500 NTU 问题，通过分级粒度优化（0.25mm⟶0.1mm ）配合水质调控（循环水硬度提至 150mg/L ），构建 " 三级加药 "体系：PAC（ 40g/t ）预凝聚 + 阴离子淀粉（ 10g/t ）协同增效 +APAM （2 g/t）主体桥联，使溢流浊度降至 <50NTU ，煤泥回收率提升至 95% ，年增效益超 600万元。上湾选煤厂高泥化煤泥水常规APAM 沉降 ^8h 仍浑浊，创新采用"FeCl₃（中和电荷）预调理 +APAM 强化桥联 " 复配，沉降速度提高 2 倍；增设 0.3 T 磁场预处理 5min 后，APAM 絮团迁移速度再提升 35% ，底流浓度达 300g/L_⨀ 两案例表明：基于水质调控的预凝聚与 APAM 高效复配是突破高泥化体系的核心路径，磁预处理则可进一步放大阴离子絮凝剂效能。

结论

煤泥水高效沉降的核心在于破解微细黏土颗粒形成的胶态稳定性屏障。本研究证实：针对广泛应用的阴离子聚丙烯酰胺（APAM）进行系统优化是提升经济性和处理效果的关键。水质调控是基础，将 Ca²⁺ 浓度控制在 150-200mg/ L 可有效压缩颗粒双电层，降低 ζ 电位绝对值，显著改善后续 APAM 的桥联可实现高效沉降；在高泥化复杂体系中，采用 "CaCl₂（ 100-200g/t ）预处理 + APAM" 复配或与 PAC 协同应用，可使沉降速度较单一 APAM 方案显著提升，工程应用证实结合磁场预处理（ 0.3T,5min ）可进一步增效，溢流浊度从 500NTU 降至 50 NTU 以下。该技术体系为洗煤厂实现煤泥水闭路循环与资源高效回收提供了科学路径，尤其突出了阴离子絮凝剂在成本效益和环境友好性方面的优势。

絮凝效果；絮凝剂选配是核心，针对中低泥化体系优化 APAM 的分子量（800-1500 万）与水解度（ 20%-30% ），投加量（ 1.5-2.5g/t ）即可达到较好效果；而对于高泥化复杂体系，“ 预处理 + APAM”复配或“PAC + 阴离子淀粉 + APAM”的组合应用策略可弥补单一 APAM 电荷中和能力的不足，产生显著协同效应，大幅提升沉降速度并降低溢流浊度；工艺创新是增效关键，磁场预处理等新兴技术能强力辅助，大幅加速 APAM 形成的絮团沉降。实践证明，建立以水质调控为前提、APAM 高效利用为中心、辅以必要的复配或预处理强化的“特性诊断-药剂适配-参数优化”技术链，是洗煤厂实现煤泥水处理成本控制、清洁生产目标达成与资源高效回收的科学路径。

参考文献

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