CN102887573A - 交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：对煤泥水施加交变电场，从而弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进煤泥颗粒的团聚。以本发明方法处理煤泥水能够有效降低药剂的耗量及设备的占地面积，降低生产成本，获得的循环水澄清度较高，较好的控制煤泥水外排，绿色环保，减少煤炭资源的流失浪费。

Description

交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法
技术领域
本发明涉及一种交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进其团聚的方法，尤其应用于目前广泛使用的混凝药剂方法难处理的煤泥水，也可应用于颗粒水化作用较强的工业废水处理。
背景技术
煤泥水中难以沉降的组分主要是原煤中的矸石泥化产生的，随着采煤机械化的提高，原煤中矸石含量增大，导致选煤过程中产生的高泥化煤泥水增多。该煤泥水药剂耗量大，澄清水固体含量大，严重影响循环水质量和选煤厂的正常生产。高泥化煤泥水难以沉降的主要原因包括：1、煤泥颗粒小，胶体颗粒含量大，大幅削弱了重力沉降作用；2、煤泥颗粒表面带有负电，在水中形成静电排斥，导致颗粒呈稳定分散状态；3、水分子在煤泥颗粒表面受到极化作用，使得颗粒表面形成水化膜，由于水化斥力和空间位阻效应阻断了颗粒的聚集而处于稳定的分散状态。这些细泥在洗选回路中循环累加，导致澄清水浓度、粘度升高。
目前煤泥水处理的手段主要是通过添加无机盐为主的凝聚剂削弱颗粒表面的静电斥力，添加高分子絮凝剂将颗粒连接起来。这种传统的方法存在以下缺点：1、没有考虑到颗粒表面的水化作用，沉降效果不够充分彻底。2、药剂耗量较大，成本较高。3、沉降面积较大，需要更大更多的沉淀浓缩池，设备庞大，生产滞后作用较大，不利于自动控制。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种能有效减少药剂耗用量、减小沉降面积、提高处理效果、减少污染的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进其团聚的方法。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进团聚的方法的特点是：对煤泥水施加交变电场，从而弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进所述煤泥颗粒的团聚。
本发明交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法的特点也在于：
所述煤泥水是指煤泥颗粒表面水化膜厚度不小于10nm的煤泥水。
所述煤泥颗粒表面水化膜厚度的测定方法是：设定煤泥颗粒为球体，利用式(1)得出水化膜的厚度：
Figure BDA00002279502000011
式(1)中，η是煤泥水的粘度；ηo是除去煤泥颗粒的水介质粘度；tl是水化膜的厚度；R是干煤泥颗粒的半径；
Figure BDA00002279502000021
其中，V是煤泥水溶液的总体积，Vp是煤泥水溶液中干煤泥颗粒的总体积。
所述交变电场的波形为方波或正弦波，交变电场的交变频率为50-300Hz，交变电场的电场强度为0.8-2.0kV/cm。
所述煤泥水的浓度为10g/L、pH值为8，煤泥水中主要矿物为石英和高岭土，煤泥颗粒的粒度不大于0.10mm，对所述煤泥水施加交变电场的交变频率为100Hz。
所述煤泥水浓度为30g/L、pH值为8.5，煤泥水中主要矿物为石英和高岭土，煤粒颗粒的粒度不大于0.074mm，对所述煤泥水施加交变电场的交变频率为100Hz。
在出水的澄清水浓度>1g/L时，向煤泥水中辅助添加混凝剂，直到澄清水浓度<1g/L。
煤泥颗粒表面存在水化膜。煤泥水中难沉降的固体组分主要为细粒级的粘土颗粒，具有很强的亲水性，在与水介质的相互作用下，会对周围的水介质产生偶极作用，使得煤泥颗粒表面的水分子定向排列，形成水化膜。在水化膜的作用下，煤泥颗粒之间会产生水化斥力，阻碍颗粒的接触团聚，使得细粒级颗粒难以聚团沉降。由于水分子具有极性，在交变电场的作用下，水化膜中的水分子会发生扰动及转动，其排列的乱序程度增强，降低水分子的缔合作用，从而弱化煤泥颗粒表面的水化膜厚度及强度，使得颗粒容易发生团聚沉降；另外，由于煤泥水中水合离子受到交变电场的扰动，降低水中离子的水合作用，使得这些离子更容易与煤泥颗粒发生吸附，从而间接降低煤泥颗粒的zeta电位，使得煤泥颗粒容易发生聚团沉降。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明方法利用外加交流电场减小煤泥颗粒表面的水化作用，使得药剂的效率更高，降低了药剂耗量。
2、本发明方法由于降低了颗粒间的水化作用，使得煤泥颗粒能够更容易聚集在一起，加速颗粒的沉降，从而减小了沉降设备面积，使得生产工艺更加紧凑，方便集中控制。
3、本发明方法能够较好的沉降原有处理技术难以沉降澄清的煤泥颗粒，有效降低了煤泥水外排带来的环境污染。
4、本发明方法的实施使煤泥颗粒表面的水化膜弱化及破解，为煤泥的后续脱水创造了良好的条件。
具体实施方式
具体实施中，通过测定煤泥水中煤泥颗粒表面的水化膜厚度确定是否选用交变电场弱化水花斥力方法沉降煤泥水；在不同的电场强度及电场模式下进行煤泥水沉降试验，得到适合煤泥水沉降的电场强度、电场模式(方波、正弦等）、电压交变频率；也可以通过调整煤泥水pH值和水质硬度、添加絮凝剂等方式促进煤泥水的高效沉降澄清。
具体实施方式
交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法的具体实施是对煤泥水施加交变电场，从而弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进煤泥颗粒的团聚；煤泥水是指煤泥颗粒表面水化膜厚度不小于10nm的煤泥水。
煤泥颗粒表面水化膜厚度的测定方法：
设定煤泥颗粒为球体，利用式(1)得出水化膜的厚度：
Figure BDA00002279502000031
式(1)中，η是煤泥水的粘度；ηo是除去煤泥颗粒的水介质粘度；tl是水化膜的厚度；R是干煤泥颗粒的半径；
Figure BDA00002279502000032
其中，V是煤泥水溶液的总体积，Vp是煤泥水溶液中干煤泥颗粒的总体积。
具体实施中，交变电场的波形为方波或正弦波，交变电场的交变频率为50-300Hz，交变电场的电场强度为0.8-2.0kV/cm。
对于煤泥水的浓度为10g/L、pH值为8，煤泥水中主要矿物为石英和高岭土，煤泥颗粒的粒度不大于0.10mm，对煤泥水施加交变电场的交变频率为100Hz。
对于煤泥水浓度为30g/L、pH值为8.5，煤泥水中主要矿物为石英和高岭土，煤粒颗粒的粒度不大于0.074mm，对煤泥水施加交变电场的交变频率为100Hz。
在出水的澄清水浓度>1g/L时，向煤泥水中辅助添加混凝剂，直到澄清水浓度<1g/L。
实施例1：
煤泥水浓度为10g/L，pH值为8，煤泥中主要矿物为石英和高岭土，粒度小于0.10mm，不添加任何药剂，对煤泥水施加交变电场，交变电场的电压为300V、频率为100Hz、波形为正弦波，以此进行煤泥水沉降，上清液透光率比自然沉降高7.5%。
实施例2：
煤泥水浓度为30g/L，pH值为8.5，煤泥中主要矿物为石英和高岭土，粒度小于0.074mm，不添加任何药剂，对煤泥水施加交变电场，交变电场的电压为300V、频率为100Hz、波形为正弦波，以此进行煤泥水沉降，上清液透光率比自然沉降高6.8%。

Claims (7)

1.一种交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：对煤泥水施加交变电场，从而弱化煤泥颗粒间水化斥力以促进所述煤泥颗粒的团聚。
2.根据权利要求1所述的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：所述煤泥水是指煤泥颗粒表面水化膜厚度不小于10nm的煤泥水。
3.根据权利要求2所述的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：所述煤泥颗粒表面水化膜厚度的测定方法是：设定煤泥颗粒为球体，利用式(1)得出水化膜的厚度：
Figure FDA00002279501900011
式(1)中，η是煤泥水的粘度；ηo是除去煤泥颗粒的水介质粘度；tl是水化膜的厚度；R是干煤泥颗粒的半径；
Figure FDA00002279501900012
其中，V是煤泥水溶液的总体积，Vp是煤泥水溶液中干煤泥颗粒的总体积。
4.根据权利要求1所述的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：所述交变电场的波形为方波或正弦波，交变电场的交变频率为50-300Hz，交变电场的电场强度为0.8-2.0kV/cm。
5.根据权利要求1所述的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：所述煤泥水的浓度为10g/L、pH值为8，煤泥水中主要矿物为石英和高岭土，煤泥颗粒的粒度不大于0.10mm，对所述煤泥水施加交变电场的交变频率为100Hz。
6.根据权利要求1所述的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：所述煤泥水浓度为30g/L、pH值为8.5，煤泥水中主要矿物为石英和高岭土，煤粒颗粒的粒度不大于0.074mm，对所述煤泥水施加交变电场的交变频率为100Hz。
7.根据权利要求1所述的交变电场弱化煤泥颗粒间水化斥力促进团聚的方法，其特征是：在出水的澄清水浓度>1g/L时，向煤泥水中辅助添加混凝剂，直到澄清水浓度<1g/L。
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