CN113019321A - 一种煤基颗粒及其制备方法和在过滤煤炭废水中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤炭废水处理技术领域，具体涉及一种煤基颗粒及其制备方法和在过滤煤炭废水中的用途，煤基颗粒由以下原料制成：煤颗粒，浓度为0.1‑1mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液，浓度为0.5‑1mol/L的AlCl3溶液。制备方法包括以下步骤：S1：筛选出密度＜1.4g/cm3且粒为0.074‑0.125mm的煤颗粒；S2：将煤颗粒置于浓度为0.1‑1mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液中震荡2‑4h；S3：将煤颗粒置于浓度为0.5‑1mol/L的AlCl3溶液中震荡20‑28h得到煤基颗粒。其用途包括以下步骤：S1：调节煤炭废水的pH值至5‑9；S2：向煤炭废水中加入煤基颗粒搅拌10‑20min；S3加入阴离子聚丙烯酰胺溶液并静置；S4：当液体澄清后，滤出沉淀并脱水。本煤基颗粒制备简单且固液分离效果好。

Description

一种煤基颗粒及其制备方法和在过滤煤炭废水中的用途
技术领域
本发明属于煤炭废水处理技术领域，具体涉及一种煤基颗粒及其制备方法和在过滤煤炭废水中的用途。
背景技术
煤炭工业领域产生的煤炭废水是一种多相多分散的复杂体系，其含有Na+、K+、Ca2 +、Mg2+等离子，含有的有机质主要为灰分在50-80％之间的煤颗粒，其中小于0.045mm的细颗粒含量可占到40-75％，含有的无机矿物主要为高岭石、蒙脱石、伊利石等粘土矿物和石英、硫化铁等，且粘土矿物含量越大，对煤炭废水进行过滤分离处理的难度越高。
煤炭废水的过滤分离处理通常包括浓缩沉降和脱水两大环节，煤炭废水中颗粒的电负性强，尤其是粘土矿物，这些电负性颗粒在水中吸附有大量的配衡阳离子，形成较厚的双电层，分散性强，浓缩沉降困难，且石英、粘土矿物均为相对亲水性矿物，脱水难度大。
目前，煤炭工业领域主要使用添加无机盐为主的凝聚剂进行浓缩沉降和脱水，实现煤炭废水过滤分离，这种方法在浓缩过程中会导致浓缩池底流粘度较大，脱水过程中，滤饼孔隙率低，透水性差，脱水消耗时间长，滤饼水分高，导致固液分离效率低，且工艺复杂，成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种煤基颗粒及其制备方法和在过滤煤炭废水中的用途。
本发明提供了一种煤基颗粒，其由以下重量份数的原料制备而成：
煤颗粒1份，浓度为0.1-1mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液≥8份，浓度为0.5-1mol/L的AlCl3溶液≥8份。
优选的，HCl溶液或H2SO4溶液与AlCl3溶液的含量均为10份。
优选的，煤颗粒为接触角≥70°且粒度≤13mm的末精煤。
煤基颗粒的制备方法包括以下步骤：
S1、将粒度≤13mm的末精煤破碎筛选后得到密度在1.4g/cm3以下且粒度为0.074-0.125mm的筛后煤颗粒；
S2、将S1中得到的筛后煤颗粒置于浓度为0.1-1mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液中震荡2-4h，后将其用水清洗并干燥得到一次处理煤颗粒；
S3、将S2中得到的一次处理煤颗粒置于浓度为0.5-1mol/L的AlCl3溶液中并震荡20-28h，后将其用水清洗并干燥得到煤基颗粒。
优选的，S1中筛选的具体操作为：
将煤颗粒进行破碎后过筛，筛分出粒度为0.074-0.125mm的煤颗粒，后将其置入密度为1.4g/cm3的氯化锌溶液、或四氯化碳、苯、三溴甲烷和水的混合液中进行浮沉，将漂浮在液面上的煤颗粒捞出并用水清洗，后将其干燥得到密度小于1.4g/cm3的煤颗粒，将其过筛得到粒度为0.074-0.125mm的筛后煤颗粒。
优选的，S2与S3中震荡时的温度均为50-65℃。
优选的，S2和S3中震荡的时间分别为3h和24h。
煤基颗粒在过滤煤炭废水中的用途包括以下步骤：
(1)调节煤炭废水的pH值至5-9；
(2)向调节pH值后的煤炭废水中加入煤基颗粒并混合搅拌10-20min，后加加入阴离子聚丙烯酰胺溶液并静置；
(3)当步骤(2)中的混合物中的液体澄清后，滤出混合物中的沉淀并将其进行脱水。
优选的，步骤(1)中，调节煤炭废水pH值所用的调节剂为HCl溶液或NaOH溶液。
优选的，步骤(2)中，阴离子聚丙烯酰胺溶液的质量浓度为0.05％，阴离子聚丙酰胺的分子量为8×106-1.2×107。
与现有技术相比，本发明公开的具有以下有益效果：
(1)本发明提供的煤基颗粒，经过酸和Al3+改性后具有吸附电负性颗粒的能力，将其投入煤炭废水后可加速煤炭废水中电负性颗粒的凝聚和沉降，配合阴离子聚丙烯可将这些凝聚物进一步凝聚成大絮团，以此提升煤炭废水中固体的沉降速度。
(2)本发明提供的煤基颗粒，其疏水性强，可作为煤炭废水脱水时的助滤剂；且其可在煤炭废水脱水的过程中形成疏松多孔的骨架形结构，可促进水从滤饼中的排出。
(3)本发明提供的煤基颗粒，其材料来源主要为动力煤选煤厂，价格低廉，来源广泛，且制备方法简单。
附图说明
图1为本发明实施例1与对照例1-2处理洗选废水时的沉降效果对比图；
图2为本发明实施例1与对照例1-2处理洗选废水时的脱水效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不应理解为本发明的限制。如未特殊说明，下述实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例提供了一种煤基颗粒，其由以下重量份数的原料制备而成：
粒度≤13mm、接触角为75°的末精煤1份，浓度为0.5mol/L的HCl溶液10份，浓度为1mol/L的AlCl3溶液10份。
煤基颗粒的制备方法包括以下步骤：
S1：将末精煤破碎后过筛得到粒度为0.074-0.25mm的精煤颗粒；将四氯化碳和苯按74:26的体积分数比配制出密度1.4g/cm3的重液；将精煤颗粒和重液按照质量比1:4置于离心管中，混合均匀后以3000r/min的转速离心15分钟，后捞出浮在液面上的精煤颗粒并将其清洗后烘干，得到筛后煤颗粒；
S2：将筛后煤颗粒置于浓度为0.5mol/L的HCl溶液中，在60℃下震荡混合3h，后将其清洗烘干得到一次处理煤颗粒；
S3：将一次处理煤颗粒置于浓度为1mol/L的AlCl3溶液中，在60℃下震荡混合24h，后将其清洗烘干得到煤基颗粒。
实施例2
实施例2所用原料与操作均与实施例1相同，区别在于：
末精煤的接触角为70°；
S2中HCl溶液的浓度为0.1mol/L，震荡混合时的温度为50℃，震荡混合时间为2h；
S3中AlCl3溶液的浓度为0.75mol/L，震荡混合时的温度为50℃，震荡混合时间为20h。
实施例3
实施例3所用原料与操作均与实施例1相同，区别在于：
S2中所用酸溶液为H2SO4溶液，其浓度为1mol/L，震荡混合时的温度为65℃，震荡混合时间为4h；
S3中AlCl3溶液的浓度为0.5mol/L，震荡混合时的温度为65℃，震荡混合时间为28h。
现对实施例1进行试验，以说明本发明的有益效果。
采集陕西延安某炼焦煤选煤厂的洗选废水，测得其浓度为15.1g/L，pH＝6.2，0.045mm以下颗粒占90％，灰分78％。使用实施例1中制备得到的煤基颗粒对其进行处理，具体处理步骤如下：
S1：使用具塞量筒量取250mL洗选废水，置入实施例1中得到的煤基颗粒0.1g，后盖上量筒的塞子并将其上下颠倒10次，后静置5min；
S2：静置结束后向量筒中加入1mL浓度为0.05％、分子量为1.2×107的阴离子聚丙烯酰胺溶液，后再次将量筒上下颠倒10次，后静置并记录沉降时间和沉降面高度，10min后测定上层清液的浊度；
S3：浊度测定结束后再次将量筒上下颠倒均匀，后将量筒中的内容物一次性倒入真空抽滤装置中，在0.06MPa的压力下对内容物进行抽滤，使用的滤纸直径7cm的慢速定量滤纸；记录抽滤时间和滤液体积。
本次试验还提供了对照例1和对照例2，其中：
对照例1仅采用1mL浓度为0.05％、分子量为1.2×107的阴离子聚丙烯酰胺溶液对洗选废水进行处理，处理操作和与实施例1相同。
对照例2的处理操作与对照例1相同，区别在于，采用1mL质量浓度为5％的聚合氯化铝溶液和1mL浓度为0.05％、分子量为1.2×107的阴离子聚丙烯酰胺溶液对洗选废水进行处理。
处理后，对实施例1、对照例1和对照例2分别进行沉降面位置随时间变化情况的统计和脱水所用时间随滤液体积变化情况的统计，统计结果如图1-2所示；还对实施例1、对照例1和对照例2分别进行脱水后上清液浊度与滤饼水分的测定，测定结果如下表：
Figure BDA0002962007770000061
表1上清液浊度和滤饼水分
根据图1-2和表1可以看出：
实施例1与对照例1相比，虽然其沉降面位置略高于对照例1，即沉降效果略低于对照例1；但其上层清液的浊度与过滤后滤饼的水分远小于对照例1，且脱水速度远大于对照例1，这说明实施例1对煤炭废水的滤净能力和滤净速度均明显优于对照例1，且滤饼的吸水性也小于对照例1，减少了对水资源的浪费。
实施例1与对照例2相比，虽然其上层清液的浊度略高于对照例2，即对煤炭废水的滤净能力略低于对照例2；但其沉降面位置远低于对照例2，且脱水速度高于对照例2，滤饼水分也低于对照例2，这说明实施例1对煤炭废水的沉降效果、滤净速度要明显优于对照例2，且滤饼吸水性也小于对照例2，减少了对水资源的浪费。
综上所述，本发明实施例1与现有技术对照例1和对照例2相比，综合性能明显更加优良，具有明显的有益效果和技术进步。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种煤基颗粒，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：
煤颗粒1份，浓度为0.1-1mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液≥8份，浓度为0.5-1mol/L的AlCl3溶液≥8份。
2.根据权利要求1所述的一种煤基颗粒，其特征在于，优选的，所述HCl或H2SO4溶液与所述AlCl3溶液的含量均为10份。
3.根据权利要求1所述的一种煤基颗粒，其特征在于，所述煤颗粒为接触角≥70°且粒度≤13mm的末精煤。
4.根据权利要求3所述的煤基颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将末精煤破碎筛选后得到密度在1.4g/cm3以下且粒度为0.074-0.125mm的筛后煤颗粒；
S2、将S1中得到的筛后煤颗粒置于浓度为0.1-1mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液中震荡2-4h，后将其用水清洗并干燥得到一次处理煤颗粒；
S3、将所述S2中得到的一次处理煤颗粒置于浓度为0.5-1mol/L的AlCl3溶液中并震荡20-28h，后将其用水清洗并干燥得到所述煤基颗粒。
5.根据权利要求4所述的煤基颗粒的制备方法，其特征在于，S1中筛选的具体操作为：
将煤颗粒进行破碎后过筛，筛分出粒度为0.074-0.125mm的煤颗粒，后将其置入密度为1.4g/cm3的氯化锌溶液，或置于四氯化碳、苯、三溴甲烷和水的混合液中进行浮沉；将漂浮在液面上的所述煤颗粒捞出并用水清洗，后将其干燥得到密度小于1.4g/cm3的煤颗粒，将其过筛得到粒度为0.074-0.125mm的筛后煤颗粒。
6.根据权利要求4所述的煤基颗粒的制备方法，其特征在于，所述S2与S3中震荡时的温度均为50-65℃。
7.根据权利要求4所述的煤基颗粒的制备方法，其特征在于，S2和S3中震荡的时间分别为3h和24h。
8.权利要求1所述的煤基颗粒在过滤煤炭废水中的用途，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、调节煤炭废水的pH值至5-9；
(2)、向调节pH值后的煤炭废水中加入所述煤基颗粒并混合搅拌10-20min，后加入阴离子聚丙烯酰胺溶液并静置；
(3)、当所述S3中的混合物中的液体澄清后，滤出所述混合物中的沉淀并将其进行脱水。
9.根据权利要求8所述的煤基颗粒在过滤煤炭废水中的用途，其特征在于，步骤(1)中，调节煤炭废水pH值所用的调节剂为HCl溶液或NaOH溶液。
10.根据权利要求9所述的煤基颗粒在过滤煤炭废水中的用途，其特征在于，步骤(2)中，阴离子聚丙烯酰胺溶液的质量浓度为0.05％，所述阴离子聚丙酰胺的分子量为8×106-1.2×107。
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