CN111939880B - 矿山用液态助滤剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿山用液态助滤剂，主要由聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液、铝盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液、与脂肪酸或脂肪酸盐组成。该助滤剂为复配型液态水处理剂，可以直接加入到煤泥水中，不存在溶药浓度不均、助滤效果不稳定的问题，而且能使煤泥水在压滤脱水过程迅速形成滤饼过滤层，增大滤饼层厚度，提高压滤效能及滤液澄清度。本发明还公开了矿山用液态助滤剂的制备方法，通过该方法能够充分发挥组分间的协同作用，获得性状稳定、助滤性能优异的液态助滤剂，以实现智能矿山系统的构建，提高煤泥水的高效能处理。

Description

矿山用液态助滤剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种矿山用液态助滤剂，以及该助滤剂的制备方法。
背景技术
煤泥水是选煤过程重要的工作介质，也是煤炭湿法加工产生的工业废水，煤泥水中混杂有大量煤粉和泥土，水质特别稳定，静置几个月也不会自然沉降，处理非常困难。随着煤矿行业对于节能创效及生产工艺的改进，对煤泥水处理要求选用板框压滤进行脱水，但因煤泥水中的灰分高、细小颗粒物多，水中的煤泥粒径一般小于0.5mm，造成板框压滤的滤饼薄、进料速度慢、滤饼湿粘，从而严重影响板框压滤的过滤效率，降低新工艺经济效益。
助滤剂是提高过滤效果所使用的药剂，可改善滤饼结构及其透气性、强化过滤过程，提高过滤设备的处理能力。煤泥水在板框压滤过程，通过加入助滤剂可以增加煤泥颗粒的疏水性，提高水中细微颗粒的可捕捉性，利于增强疏水、提高滤速，但现有助滤剂对于煤泥水的助滤效果差异较大，而且助滤在加入煤泥水前的溶药工作量大，且受人为操作影响易造成溶药浓度较大浮动，因此煤泥水的板框压滤处理效果难以满足生产需求。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种矿山用液态助滤剂，其为复配型液态水处理剂，可以直接加入到煤泥水中，不存在溶药浓度不均、助滤效果不稳定的问题，而且能迅速形成滤饼过滤层，增大滤饼层厚度，提高板框压滤效能及滤液澄清度。
为实现上述目的，本发明提供了一种矿山用液态助滤剂，其包括以下质量份原料组分：
聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液5～10份，铝盐溶液10～20份，十六烷基三甲基氯化铵溶液3～5份，脂肪酸或脂肪酸盐1～2份；
所述聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液的质量浓度为30～35％；
所述十六烷基三甲基氯化铵溶液的质量浓度为28～32％；
所述铝盐溶液的Al2O3质量浓度为10～30％。
本发明的助滤剂，筛选可协同的原料形成液态复合药剂，以液态形式解决常规固态助滤剂存在的溶药工序繁杂、浓度波动大、药效不稳定等问题。在助滤机理上，针对矿山煤泥水难于板框压滤的特性，利用聚二烯丙基二甲基氯化铵配合铝盐发挥协同助滤，其中以十六烷基三甲基氯化铵表面的正电荷结合铝盐水解形成的多个带正电荷胶团，与煤泥表面的强负电荷胶体颗粒接触，发生电荷反应，改变胶体状态性质，破坏煤泥水表面水化膜和颗粒的稳定性，从而降低煤泥水的粘度，促进绒粒沉降，起到核心助滤作用；同时借助聚二烯丙基二甲基氯化铵对之前处于布朗运动的稳定细小悬浮颗粒进行聚集，借助脂肪酸或脂肪酸盐的皂化作用增加泥饼的硬度和脱水性，使得煤泥水在板框压滤的前5分钟进料量就能达到总料量的90％，不出现跑稀现象，并使泥饼厚度增加至2.0cm左右后可自动落饼，从而使板框过滤的产能增加30％，同时显著提高滤液的澄清度。
作为对上述技术方案的限定，所述铝盐溶液包括硫酸铝溶液、聚合氯化铝溶液、或聚合硫酸铝铁溶液中的至少一种。
作为对上述技术方案的限定，所述脂肪酸或脂肪酸盐选用C12～C18烷基脂肪酸或脂肪酸盐。
作为对上述技术方案的限定，所述助滤剂经由原料聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液与铝盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液先加热混合反应，再降温后加入脂肪酸或脂肪酸盐制得。
本发明的液态助滤剂，在复配过程需在加热条件先将聚二烯丙基二甲基氯化铵依次与铝盐、十六烷基三甲基氯化铵混合，利用高温促进聚二烯丙基二甲基氯化铵与铝盐共同水解，使两者的作用协同增效，同时配合十六烷基三甲基氯化铵的正电荷作用，最后于降温后加入脂肪酸或脂肪酸盐，进一步保证皂化反应效果。
作为对上述技术方案的限定，所述助滤剂为白色或淡黄色液态乳状助滤剂。
同时，本发明还提供了矿山用液态助滤剂的制备方法，包括以下步骤：
a、称取如上所述矿山用液态助滤剂的各原料组分，将固体原料聚二烯丙基二甲基氯化铵、铝盐、十六烷基三甲基氯化铵分别溶解在水中制成溶液原料；
b、在搅拌状态下，向聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中依次加入铝盐溶液和十六烷基三甲基氯化铵溶液，同时逐步升温到90～95℃，恒温下持续搅拌反应20～30分钟；
c、反应完成后在搅拌状态下逐步降温至45～50℃时，加入脂肪酸或脂肪酸盐，边加入边继续降温至室温，得到白色或淡黄色液态乳状助滤剂，即为矿山用液态助滤剂。
在矿山用液态助滤剂的制备过程，将聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液依次与铝盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵混合后，加热升温至一定温度下搅拌反应，以获得较佳的协同作用，然后降温后加入脂肪酸或脂肪酸盐，更好地结合皂化作用，进而获得性状稳定、助滤性能优异的液态助滤剂。
作为对上述技术方案的限定，步骤c所述脂肪酸或脂肪酸盐的加入速率为0.2～0.5kg/min。
综上所述，采用本发明的矿山用液态助滤剂，能够解决常规固态助滤剂存在的溶药工序繁杂、浓度波动大、药效不稳定等问题，并对压滤的煤泥水进行速滤处理，增加煤泥水中颗粒的疏水性和细微颗粒的可捕捉性，使压滤脱水过程迅速形成滤饼过滤层，增大滤饼层厚度，从而增加压滤的进料量和设备效率产能，同时在加速过滤基础上还利于增加滤液的澄清度，提高滤液净化质量。基于本发明助滤剂的助滤高效性及稳定性优势，可实现智能矿山系统的构建，既在无需溶药操作的基础上，全程自动控制助滤剂的适量加入，根据进料流量变化为信号控制助滤剂加药泵自动调整加入量，实现通过煤泥水进料流量和加药泵变频控制的联动控制，实时调整、自动控制，提高煤泥水高效能处理，完成环保要求的同时节省人力成本。
附图说明
下面结合附图及具体实施例方式对本发明做更进一步详细说明：
图1为常规助滤剂在煤泥水板框压滤使用时板框初期出水照片；
图2为本发明矿山用液态助滤剂在煤泥水板框压滤使用时板框初期出水照片；
图3为常规助滤剂与本发明矿山用液态助滤剂在煤泥水板框压滤使用后得到的滤饼厚度对比照片。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例涉及矿山用液态助滤剂及其制备。
准备原料：
聚二烯丙基二甲基氯化铵固体，溶解成质量浓度30～35％的溶液；
铝盐，选用硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝铁，溶解成Al2O3质量浓度25～30％的溶液；
标准：水处理剂 聚氯化铝GB/T 22627-2008
水处理剂 硫酸铝GB/T31060-2014
复合聚合硫酸铝铁(安琪酵母股份有限公司)Q/YBJ06511-2007依据标准铝盐溶液按Al2O3质量浓度进行计量；
十六烷基三甲基氯化铵，膏状或粉末状固体，溶解成质量浓度28～32％的溶液；
脂肪酸或脂肪酸盐，固体。
制备助滤剂：
a、称取各原料组分(各原料组分用量见表1)；
b、在搅拌状态下，向聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中依次加入铝盐溶液和十六烷基三甲基氯化铵溶液，同时以每分钟3～5℃的升温速率逐步升温到90～95℃，恒温下持续搅拌反应20～30分钟；
c、反应完成后在搅拌状态下逐步降温至45～50℃时，加入脂肪酸或脂肪酸盐，边加入边继续降温至室温，得到白色或淡黄色液态乳状助滤剂，即为矿山用液态助滤剂。
不同实施例对应的原料组成、制备条件及获得的助滤剂性状见下表1。
Figure BDA0002631250100000051
Figure BDA0002631250100000061
实施例二
本实施例涉及实施例一制得的助滤剂在矿山采煤厂煤泥水处理上的应用效果。
煤厂煤泥水经检测，固含量350g/L～450g/L，灰分42～58％。
使用过程将液态助滤剂经过管道混合器加入至煤泥水中，混合均匀后煤泥水进入污泥脱水设备，即板框压滤机或带机，进行泥水分离，使用过程及过滤结果见下表2.
Figure BDA0002631250100000071
由上表数据和附图可见，本发明的助滤剂能够使压滤脱水过程迅速形成滤饼过滤层，增大滤饼层厚度，从而增加压滤的进料量和设备效率产能，同时增加滤液的澄清度，提高滤液净化质量。
对比例1
本对比例为矿山采煤厂在使用本发明助滤剂前对煤泥水的处理，方法如下：
(1)在煤泥水管道上首先加入石灰，加入量30～50ppm，调节洗煤废水水质呈弱碱性使pH值达到8左右；
(2)反应2秒后加入2000～4000ppm硫酸铝或聚合氯化铝进行絮凝，将废水中的悬浮颗粒及部分溶解性胶体形成大颗粒絮状物，然后加入活性炭10～20ppm，以增大表面积，形成网状结构；
(3)继续反应2秒后再加入聚丙烯酰胺300～500ppm做助滤助凝剂，将絮团进一步凝聚变大且密实，加速沉降分离；
整个脱水过程，进料时间耗时45分钟，进料量达到5.5m3/板框，滤饼量4.5t/板框，滤饼厚度1.3～1.5cm，滤饼含水率20％，滤液SS 3000mg/L。
将实施例1.2的助滤剂使用效果与对比例1进行比照，对比例1的板框初期出水见图1，实施例1.2的板框初期出水见图2，可见图2中滤液清澈，浊度显著降低；较对比例1，实施例1.2的滤饼厚度明显增加，见图3中两块较薄的滤饼为对比例1得到，两块较厚的滤饼为实施例1.2得到。
对比例2
本对比例是在对比例1的基础上于步骤(3)加入聚丙烯酰胺之后，再加入硬脂酸钠20ppm(其它操作均同对比例1)。整个脱水过程，进料时间耗时50分钟，进料量达到5.7m3/板框，滤饼量4.6t/板框，滤饼厚度1.2～1.4cm，滤饼含水率19％，滤液SS 2950mg/L。
对比例3
本对比例采用与实施例1.2具有相同配方的助滤剂，不同之处在于在制备过程，将各原料组分于常温简单混合，得到黄色乳状助滤剂，使用该助滤剂进行煤泥水(煤泥水同实施例二)助滤，在最佳加药量下整个脱水过程，进料时间耗时47分钟，进料量达到5.0m3/板框，滤饼量4.0t/板框，滤饼厚度1.0～1.2cm，滤饼含水率20％，滤液SS 3200mg/L。
对比例4
本对比例采用与实施例1.2具有相同配方的助滤剂，不同之处在于制备过程，将各原料组分于常温混合后，再加热至50～60℃恒温搅拌20～30分钟，得到黄色乳状助滤剂，使用该助滤剂进行煤泥水(煤泥水同实施例二)助滤，在最佳加药量下整个脱水过程，进料时间耗时48分钟，进料量达到5.5m3/板框，滤饼量4.3t/板框，滤饼厚度1.1～1.3cm，滤饼含水率19％，滤液SS3040mg/L。
对比实施例一与对比例1-4的结果，可见本发明的矿山用液态助滤剂具有极其优异的助滤效果。

Claims (6)

1.一种矿山用液态助滤剂，其特征在于，原料组成如下：
质量浓度30%的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液10kg，
铝盐溶液20kg，
质量浓度29%的十六烷基三甲基氯化铵溶液5kg，
脂肪酸或脂肪酸盐1.2kg；
其中，所述铝盐溶液为Al2O3质量浓度为30%的聚合氯化铝溶液；所述脂肪酸或脂肪酸盐为硬脂酸；
所述助滤剂经由原料聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液与铝盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液先加热至90~95℃恒温混合反应20~30分钟，再降温至45~50℃加入脂肪酸或脂肪酸盐制得。
2.一种矿山用液态助滤剂，其特征在于，原料组成如下：
质量浓度32%的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液9kg，
铝盐溶液18kg，
质量浓度30%的十六烷基三甲基氯化铵溶液5kg，
脂肪酸或脂肪酸盐1.3kg；
其中，所述铝盐溶液为Al2O3质量浓度为30%的硫酸铝溶液；所述脂肪酸或脂肪酸盐为硬脂酸钠；
所述助滤剂经由原料聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液与铝盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液先加热至90~95℃恒温混合反应20~30分钟，再降温至45~50℃加入脂肪酸或脂肪酸盐制得。
3.一种矿山用液态助滤剂，其特征在于，原料组成如下：
质量浓度35%的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液8kg，
铝盐溶液20kg，
质量浓度31%的十六烷基三甲基氯化铵溶液4kg，
脂肪酸或脂肪酸盐1.3kg；
其中，所述铝盐溶液为Al2O3质量浓度为28%的聚合氯化铝溶液；所述脂肪酸或脂肪酸盐为棕榈酸；
所述助滤剂经由原料聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液与铝盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液先加热至90~95℃恒温混合反应20~30分钟，再降温至45~50℃加入脂肪酸或脂肪酸盐制得。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的矿山用液态助滤剂，其特征在于：所述助滤剂为淡黄色液态乳状助滤剂。
5.一种矿山用液态助滤剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、称取如权利要求1~3中任一项所述矿山用液态助滤剂的各原料组分；
b、在搅拌状态下，向聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中依次加入铝盐溶液和十六烷基三甲基氯化铵溶液，同时逐步升温到90~95℃，恒温下持续搅拌反应20~30分钟；
c、反应完成后在搅拌状态下逐步降温至45~50℃时，加入脂肪酸或脂肪酸盐，边加入边继续降温至室温，得到淡黄色液态乳状助滤剂，即为矿山用液态助滤剂。
6.根据权利要求5所述的矿山用液态助滤剂的制备方法，其特征在于：步骤c所述脂肪酸或脂肪酸盐的加入速率为0.2~0.5kg/min。
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