CN102276027B - 一种超声电解絮凝煤泥水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声电解絮凝煤泥水的方法，是针对煤泥水处理的实际情况，采用超声、电解、絮凝技术进行处理，获得煤泥，煤泥经干燥制得高附加值工业原料，处理后的处理水收集使用，此处理方法工艺连续进行、速度快、效率高，沉降速度比现有技术可提高60％，水浊度可降低60％，可工业化应用于选煤领域，洗选的煤产物纯度好、杂质少，可在制药、精细化工、高附加值工业做原料使用，是十分理想的煤泥水的处理方法。

Description

一种超声电解絮凝煤泥水的方法

技术领域

本发明涉及一种超声、电解、絮凝煤泥水的方法，属煤的洗选、净化及回收水的技术领域。

背景技术

煤是一种混合物，含有多种化学物质，例如碳、氢、氧、氮、硫、磷，在高附加值的工业应用中，常要求对煤进行洗选，最常用的洗选方法就是以水为介质进行洗选，先将煤和水组合成混合物，再对混合物进行洗选。

随着机械化采煤的比例提高，采掘的细粒煤含量越来越大，而且粒度细、灰分高、粘性大、难以沉降，导致洗选效果欠佳，甚至使选煤系统无法正常运行，直接影响着选煤的效果和效率，而选煤使用大量的洁净水，也造成大量的浪费并污染环境。

在选煤的过程中，煤泥水处理常用絮凝剂沉降，也曾采用电化学法，用电解+净化剂的方法进行处理，但产物仍然达不到高标准要求，尤其达不到生物制药、纳米碳材料高端产品的要求，阻碍了煤炭高效利用的进一步发展。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的状况，对选煤过程中的细粒煤煤泥水采用超声、电解、絮凝净化法，先对煤泥水进行超声处理，然后用电化学法电解，再用高强度絮凝剂净化，然后对处理后的水进行回收，使选煤产品的质量和效率得到大幅度提高，以满足煤炭高附加值产品的应用。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为细粒煤、硫酸铝、聚丙烯酰胺、洁净水，其配比用量如下：以克、毫升为计量单位

细粒煤：C₆₅₉H₅₅₇O₇₂N₁₀S₅P₃                            100000g±100g

硫酸铝：Al₂(SO₄)₃                                           50g±1g

聚丙烯酰胺：[CH₂CH(CONH₂)]_n                                 12g±1g

洁净水：H₂O                                        3000000ml±100ml

超声、电解、絮凝净化煤泥水方法如下：

(1)精选化学物质材料

对使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

细粒煤：固态固体                                    含碳量＞95％

硫酸铝：固态固体                                          99.5％

聚丙烯酰胺：固态固体                                      99.5％

洁净水：液态液体                                            85％

(2)配制煤泥水

将细粒煤100000g置于不锈钢容器内，加入洁净水2000000ml，用搅拌器搅拌15min，成：50g/L的煤泥水；

(3)配制电解液

将硫酸铝50g置于不锈钢容器内，加入洁净水200ml，用搅拌器搅拌15min，成：0.73mol/L的硫酸铝水溶液；

(4)配制絮凝剂水溶液

将聚丙烯酰胺12g置于不锈钢容器内，加入洁净水12000ml，用搅拌器搅拌15min，成：聚丙烯酰胺水溶液；

(5)超声处理煤泥水

①将煤泥水2000000ml加入超声波处理槽内；

②开启超声波发生器，超声波发生器电压110V、功率1200W，超声波频率120kHz；

③开启超声搅拌器进行搅拌，搅拌转数100r/min，搅拌时间20min；

(6)电解处理煤泥水

①将超声处理的煤泥水注入电解槽内，不锈钢电解槽为阴极，石墨管为阳极，阴极、阳极均为36V，100W，成直流电场；

②加入电解液硫酸铝水溶液200ml；

③用搅拌器搅拌20min，搅拌转数100r/min；

(7)絮凝处理煤泥水

①将电解处理的煤泥水注入絮凝槽内；

②加入絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液12000ml；

③然后使其自然絮凝沉淀；

④絮凝沉淀后，上部为处理水，下部为煤泥，并分别收集；

(8)回收处理水，将絮凝处理后的处理水用水泵抽至储水槽内，并回收；

(9)干燥处理煤泥

对絮凝后的煤泥收集于不锈钢容器中，然后置干燥箱中进行干燥，干燥温度75℃，干燥时间180min，干燥后成：煤原料；

对处理后的处理水的色泽、浑浊度、化学成分经行化验、分析；

(10)检测、分析、表征

将处理后的煤原料的形貌、色泽、化学成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；

用可见光分光光度计仪进行上清液的浊度分析；

用影像分析仪进行煤泥水沉降净化状态分析；

结论：超声、电解、絮凝、干燥处理的煤原料为黑色、不规则堆积。

澄清液浓度＜500mg/L、沉降速度提高60％。

超声、电解、絮凝处理后的处理水为无色透明、无沉淀物的澄清水，并回收；

(11)储存

超声、电解、絮凝、干燥处理的煤原料储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防火、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％；

超声、电解、絮凝后的澄清水收集于储水槽内，可循环使用。

发明原理：

超声处理为超声直接空化处理，电化学处理为电极表面直接氧化或电解产生的活性自由基处理，电极表面物质反应步骤组成为：物质自溶液内部向电极表面扩散；扩散至电极附近的物质在电极表面吸附；被吸附的物质被氧化处理；处理产物自电极表面脱附；脱附产物向溶液内部扩散；

电化学间接处理步骤：活性自由基生成，物质被活性自由基氧化，氧化产物扩散；在超声、电化学反应中超声处理过程和电化学处理过程先后进行，直至物质被完全处理；因此超声、电化学对物质的处理反应不是声化学反应和电化学反应简单叠加，而是声化学反应和电化学反应相互之间的协同增强作用；

超声和电化学的协同作用首先表现为超声对电化学过程的影响，超声对电化学过程的影响主要包括：I、超声波对液相传质的影响；II、超声波对电极表面及表面过程的形响：III、超声波对电极过程的影响；IV、超声波对异相电子迁移的影响，具体分析，声化学由于声波的传递和空化作用，能对溶液产生类似搅拌的作用，从而增强液相传质，同时超声空化产生的高速射流能够使电极附近因电化学作用而产生的扩散层破裂，以阻止离子耗尽，使通过的离子的数目和速度增加，这些作用都可以改变溶液的电导率；同时由于超声的作用呈周期性变化，而使电导率而呈周期性变化，这样电极和电极周围液体之间就会产生交变电位差；超声对电极可以产生去极化和清洗作用，超声对电极的去极化随超声波能量增加而增强，而超声也加强对电极表面的清洗，使电化学过程产生的气泡快速逸出，从而防止气泡吸附电极表面而使电极表面附近氢电位过高，导致阻滞氢原子复合成氢分子，以至于金属电极表面积累更多氢原子，进而加强了氢原子向金属电极渗透，而增强金属电极氢脆现象；

超声电化学另一重要相互作用表现为两者之间对活性基团产生的相互促进作用，如由于电化学过程产生大量O₂，有助于超声过程中O·活性基团的产生，生成的O·又与电化学过程产生的H₂、O₂、HO₂·和H₂O₂发生反应而生成HO·、H·、O·和HO₂·，特别是HO·在整个过程中生成机率和生成量得到明显提高；电化学过程的产生的H₂也有助于H·产生，H·在超声条件下又可与O₂反应生成HO·和O·，HO·又可以促进电化学程生成H₂O·，所以超声电化学过程产生的活性自由基是声化学和电化学相互交管，相互影响的过程。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，用细粒煤+洁净水配制的煤泥水，经超声、电解、絮凝、干燥处理，制成精煤原料，此煤泥水的处理方法工艺连续性好、速度快、效率高、质量好、沉降速度比现有技术可提高60％，水浊度可降低60％，可工业化应用于选煤领域，洗选的煤产品纯度好、杂质少，可在制药、精细化工及高附加值工业做原料使用，洗选后的处理水可回收再利用，既节约又环保，是十分理想的煤泥水处理方法。

附图说明

图1为超声电解絮凝煤泥水状态图

图2为未经超声-电化学预处理与超声-电化学预处理后的絮团形状与大小对比图

图3为超声能量密度与沉降速度坐标关系图

图4为电解电流大小与沉降速度坐标关系图

图中所示，附图标记清单如下：

1、配液槽，2、超声波槽，3、电解槽，4、絮凝槽，5、搅拌器，6、第一搅拌器，7、第二搅拌器，8、第一加液漏斗，9、第二加液漏斗，10、第三加液漏斗，11、第一水泵，12、第二水泵，13、第三水泵，14、抽水泵，15、放泥口，16、超声波发生器，17、不锈钢电解阴极，18、阳极石墨管，19、导线，20、电控箱，21、显示屏，22、指示灯，23、电极控制器，24、超声波控制器。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示，为超声电解絮凝煤泥水状态图，各部位置、联接关系要正确，按量配比、按序操作。

超声电解絮凝煤泥水使用的化学物材料的量值，是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。

所述的超声电解絮凝煤泥水是在连续进行的设备上完成的，电控箱20通过导线19联接配液槽1，配液槽1通过第一水泵11联接超声波槽2，超声波槽2通过第二水泵12联接电解槽3，电解槽3通过第三水泵13联接絮凝槽4；配液槽1上部设有第一加液漏斗8、第一搅拌器5；超声波槽2上部设有第二搅拌器6；电解槽3上部设有第二加液漏斗9、第三搅拌器7、阳极石墨管18；絮凝槽4上部设有第三加液漏斗10，右上部设有抽水泵14、右下部设有出泥口15；电控箱20上设有显示屏21、指示灯22、电极控制器23和超声波控制器24；电控箱20通过导线19与第一搅拌器5、第二搅拌器6、第三搅拌器7、第一水泵11、第二水泵12、第三水泵13、抽水泵14、阳极石墨管18、不锈钢电解阴极17、超声波发生器16联接并控制；超声波发生器为1mm矽钢片材料；超声、电解、絮凝连续进行。

图2所示，为未经超声-电化学预处理与超声-电化学预处理后的絮团大小对比图，图中可知：经超声-电化学预处理后的絮团明显大于未经超声-电化学预处理的絮团。

图3所示，为超声能量密度与沉降速度坐标关系图，图中可知：在超声能量密度为0.45w/cm²时，沉降速度最快。

图4所示，为电解电流大小与沉降速度坐标关系图，图中可知：在电解电流为0.5A时，沉降速度最快。

Claims (5)

1.一种超声电解絮凝煤泥水的方法，其特征在于：使用的化学物质材料为细粒煤、硫酸铝、聚丙烯酰胺、洁净水，其配比用量如下：以克、毫升为计量单位

细粒煤：C₆₅₉H₅₅₇O₇₂N₁₀S₅P₃                            100000g±100g

硫酸铝：Al₂(SO₄)₃                                           50g±1g

聚丙烯酰胺：[CH₂CH(CONH₂)]_n                                 12g±1g

洁净水：H₂O                                       3000000ml±100ml

超声电解絮凝净化煤泥水方法如下：

(1)精选化学物质材料

对使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

细粒煤：固态固体                                    含碳量＞95％

硫酸铝：固态固体                                          99.5％

聚丙烯酰胺：固态固体                                      99.5％

洁净水：液态液体                                            85％

(2)配制煤泥水

将细粒煤100000g置于不锈钢容器内，加入洁净水2000000ml，用搅拌器搅拌15min，成：50g/L的煤泥水；

(3)配制电解液

将硫酸铝50g置于不锈钢容器内，加入洁净水200ml，用搅拌器搅拌15min，成：0.73mol/L的硫酸铝水溶液；

(4)配制絮凝剂水溶液

将聚丙烯酰胺12g置于不锈钢容器内，加入洁净水12000ml，用搅拌器搅拌15min，成：聚丙烯酰胺水溶液；

(5)超声处理煤泥水

①将煤泥水2000000ml加入超声波处理槽内；

②开启超声波发生器，超声波发生器电压110V、功率1200W，超声波频率120kHz；

③开启超声搅拌器进行搅拌，搅拌转数100r/min，搅拌时间20min；

(6)电解处理煤泥水

①将超声处理的煤泥水注入电解槽内，不锈钢电解槽为阴极，石墨管为阳极，阴极、阳极均为36V，100W，成直流电场；

②加入电解液硫酸铝水溶液200ml；

③用搅拌器搅拌20min，搅拌转数100r/min；

(7)絮凝处理煤泥水

①将电解处理的煤泥水注入絮凝槽内；

②加入絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液12000ml；

③然后使其自然絮凝沉淀；

④絮凝沉淀后，上部为处理水，下部为煤泥，并分别收集；

(8)回收处理水，将絮凝处理后的处理水用水泵抽至储水槽内，并回收；

(9)干燥处理煤泥

对絮凝后的煤泥收集于不锈钢容器中，然后置干燥箱中进行干燥，干燥温度75℃，干燥时间180min，干燥后成：煤原料；

对处理后的处理水的色泽、浑浊度、化学成分经行化验、分析；

(10)检测、分析、表征

将处理后的煤原料的形貌、色泽、化学成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；

用可见光分光光度计仪进行上清液的浊度分析；

用影象分析仪进行煤泥水沉降净化状态分析；

结论：超声、电解、絮凝、干燥处理的煤原料为黑色、不规则堆积。

澄清液浓度＜500mg/L、沉降速度提高60％。

超声、电解、絮凝处理后的处理水为无色透明、水清、无沉淀物的澄清水，并回收；

(11)储存

超声、电解、絮凝、干燥处理的煤原料储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防火、防晒、防酸碱盐侵蚀，储温度20℃±2℃，相对湿度≤10％；

超声、电解、絮凝后的澄清水收集于储水槽内，可循环使用。

2.根据权利要求1所述的一种超声电解絮凝煤泥水的方法，其特征在于：所述的煤泥水的超声、电解、絮凝净化处理，是以硫酸铝为电解质，以聚丙酰胺为絮凝剂，以洁净水为溶剂。

3.根据权利要求1所述的一种超声电解絮凝煤泥水的方法，其特征在于：所述的煤泥水的超声处理，是在超声槽内进行的，电压为110V，功率为1200W，超声波频率为120kHz，超声波发生器用1mm厚的矽钢片材料制作。

4.根据权利要求1所述的一种超声电解絮凝煤泥水的方法，其特征在于：所述的煤泥水的电解处理，是在电解槽内进行的，电解槽为不锈钢材料制作，为电解阴极，电解槽内垂直放石墨管，石墨管为电解阳极，电解电压为直流36V，功率为36W，为直流电场。

5.根据权利要求1所述的一种超声电解絮凝煤泥水的方法，其特征在于：所述的超声电解絮凝煤泥水是在连续进行的设备上完成的，电控箱(20)通过导线(19)联接配液槽(1)，配液槽(1)通过第一水泵(11)联接超声波槽(2)，超声波槽(2)通过第二水泵(12)联接电解槽(3)，电解槽(3)通过第三水泵(13)联接絮凝槽(4)；配液槽(1)上部设有第一加液漏斗(8)和第一搅拌器(5)；超声波槽(2)上部设有第二搅拌器(6)；电解槽(3)上部设有第二加液漏斗(9)、第三搅拌器(7)和阳极石墨管(18)；絮凝槽(4)上部设有第三加液漏斗(10)，右上部设有抽水泵(14)、右下部设有出泥口(15)；电控箱(20)上设有显示屏(21)、指示灯(22)、电极控制器(23)和超声波控制器(24)；电控箱(20)通过导线(19)与第一搅拌器(5)、第二搅拌器(6)、第三搅拌器(7)、第一水泵(11)、第二水泵(12)、第三水泵(13)、抽水泵(14)，阳极石墨管(18)、不锈钢电解阴极(17)、超声波发生器(16)联接并控制；超声波发生器为1mm矽钢片材料；超声、电解、絮凝连续进行。

Images