CN105110439B - 从煤泥水分选微细高岭石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从煤泥水分选微细高岭石的方法，包括如下步骤：a、测定煤泥水中所含的主要矿物成分，并对煤泥水中不同矿物颗粒界面性质进行测定分析；b、构建煤泥水主要矿物颗粒界面模型并进行优化，针对不同药剂在不同矿物颗粒表面吸附特性进行模拟计算分析；c、根据模拟计算结果选择所添加的药剂，通过试验确定所添加的药剂用量；d、按照上述用量向煤泥水中依次添加药剂，并充分搅拌混合，使煤泥水中的微细高岭石颗粒聚团，而其他矿物颗粒分散，从煤泥水中分选得到微细高岭石。通过对煤泥水中不同矿物颗粒界面的选择性调控，聚团分选煤泥水中的微细高岭石，从而达到煤泥水中高岭石的资源化利用和促进煤泥水沉降的目的。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，涉及一种从煤泥水分选微细高岭石的方法。
背景技术
高岭石是选煤厂煤泥水中的主要黏土矿物成分，在有些煤泥水中，含量甚至高达60％。在煤炭洗选过程中，高岭石矿物颗粒会出现泥化、剥片等现象，从而转变成微细高岭石颗粒，使煤泥水难于沉降处理。这些微细高岭石颗粒粒度较小，受重力影响小，几乎难以自然沉降；同时微细高岭石颗粒表面荷同性电荷，不同颗粒间存在静电斥力。此外，由于微细高岭石颗粒表面的溶剂化作用，使颗粒表面形成水分子“包围层”，即水化膜。即使清除了颗粒表面的电荷，颗粒仍然会处于稳定的分散状态。基于上述原因，高岭石微细颗粒在循环水中循环、积聚，导致澄清水浓度和粘度升高，严重影响分选精度和效率。
针对煤泥水的沉降澄清，目前，选煤厂主要通过添加以无机盐为主的凝聚剂或聚丙烯酰胺为主的絮凝剂进行处理，实现选煤厂煤泥水的闭路循环。煤泥作为副产品低价出售。这种传统的煤泥水澄清处理工艺，往往存在以下几方面缺点：一是需要较大的沉淀面积，大型选煤厂通常需要多个直径在45m以上的浓缩机，这些装置占地面积大；二是需要添加凝聚剂和絮凝剂，工艺复杂；且药剂消耗大；三是煤泥水处理成本高，药剂与煤泥作用后排出系统，无法重复使用。
随着煤炭开采机械化水平的不断提高，原煤中矸石量不断增大，某些矿井原煤矸石含量高达50％。这些原煤在煤炭洗选过程中会产生大量难以沉降处理的高泥化煤泥水。这种煤泥水中高岭土、石英等粘土类矿物含量高，微细颗粒含量高，处理药剂消耗量大，且澄清水固体含量高，透光率通常低于50％。甚至，使用现有的常规技术进行煤泥水的沉降澄清处理通常失效，导致细泥在循环水中循环、积聚，澄清水浓度和粘度升高；同时由于颗粒表面水化的作用，给煤泥后续脱水也带来了很大困难。这种情况不但影响煤炭产品质量，而且影响整个系统正常生产。
发明人认识到，将微细高岭石从煤泥水中分选出来，是决定原煤分选精度和效率的关键所在。这样既有利于煤泥水的处理，同时又可以将高岭石资源化利用，具有很高的经济效益和成本优势。
针对现有技术中存在的上述缺陷问题，本发明提供了一种从煤泥水分选微细高岭石的方法。从煤泥水中聚团分选微细高岭石的方法。这种方法适用于富含微细高岭石的工业废水的处理，尤其适用于高泥化难沉降煤泥水的处理。
发明内容
本发明目的之一是提供一种从煤泥水分选微细高岭石的方法。本发明目的之二是提供一种降低煤泥灰分的方法。本发明目的之三是提供一种处理工业废水的用途。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种从煤泥水分选微细高岭石的方法，包括如下步骤：
a、测定煤泥水中所含的主要矿物成分，并对煤泥水中不同矿物颗粒界面性质进行测定分析；
b、构建煤泥水主要矿物颗粒界面模型并进行优化，针对不同药剂在不同矿物颗粒表面吸附特性进行模拟计算分析；
c、根据模拟计算结果选择所添加的药剂，通过试验确定所添加的药剂用量；
d、按照上述用量向煤泥水中依次添加药剂，并充分搅拌混合，使煤泥水中的微细高岭石颗粒聚团，而其他矿物颗粒分散，从煤泥水中分选得到微细高岭石。
其中，所述步骤a中，采用X-射线衍射法测定煤泥水中所含的主要矿物成分；采用X-射线光电子能谱仪以及X-射线荧光光谱仪测定分析矿物颗粒界面特性。
其中，所述步骤b中，采用密度泛函理论模拟计算药剂在矿物颗粒表面吸附特性。
所述药剂包括调整剂、分散剂和疏水表面活性剂；其中调整剂为酸或碱，分散剂为焦磷酸钠，疏水表面活性剂为十二烷胺。
另一方面，本发明提供了一种降低煤泥灰分的方法,包括如下步骤：(1)按照上述方法从煤泥水分选微细高岭石；(2)过滤脱水。
又一方面，本发明还提供了一种处理工业废水的用途，其特征在于，使用了上述从煤泥水分选微细高岭石的方法。
其中，所述工业废水是富含微细高岭石的工业废水；尤其是高泥化难沉降的煤泥水。
微细高岭石颗粒对煤泥水处理的影响主要是由于颗粒细、颗粒表面荷电及表面水化膜。其中颗粒表面水化膜的存在，由于“空间位阻效应”和水化斥力的作用，微细高岭石颗粒处于稳定分散状态。本发明方法是针对煤泥水中微细高岭石颗粒表面存在的水化膜，通过对高岭石颗粒疏水改性处理，促进颗粒聚团；同时利用不同矿物颗粒表面性质的差异，通过添加调整剂、分散剂和疏水表面活性剂使其他矿物颗粒处于分散状态，从而实现从煤泥水分选微细高岭石的目的。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明是将煤泥水中难以沉降处理的微细高岭石颗粒聚团分选出来资源化利用，提高了高岭石的纯度和产品附加值，同时可以降低煤泥灰分提高产品质量。
2、本发明可以将煤泥水中的微细高岭石颗粒从煤泥水中分选出来，从而解决细泥在系统中的积聚问题。
3、通常情况下，微细黏土颗粒表面水化膜中的水分在煤泥过滤脱水过程中往往难以脱除，本发明将微细高岭石颗粒从煤泥水中分选出来，无疑对后续煤泥水的过滤脱水有利。
4、本发明由于预先将微细高岭石颗粒从煤泥水中分选出来，可以有效地减少凝聚剂和絮凝剂用量、甚至不需要使用，可以消除凝聚剂使用带来的煤泥灰分升高及腐蚀生产设备的缺点，减少了药剂的消耗，降低生产成本。
具体实施方式
一种从煤泥水分选微细高岭石的方法，包括如下步骤：
a、测定煤泥水中所含的主要矿物成分，并对煤泥水中不同矿物颗粒界面性质进行测定分析；
b、构建煤泥水主要矿物颗粒界面模型并进行优化，针对不同药剂在不同矿物颗粒表面吸附特性进行模拟计算分析；
c、根据模拟计算结果选择所添加的药剂，通过试验确定所添加的药剂用量；
d、按照上述用量向煤泥水中依次添加药剂，并充分搅拌混合，使煤泥水中的微细高岭石颗粒聚团，而其他矿物颗粒分散，从煤泥水中分选得到微细高岭石。
实施例1：
煤泥水浓度为51g/L，煤泥颗粒小于0.045mm，煤泥水pH值为8.7。取煤泥水样品在110℃下烘干得被测样品，对于被测样品利用X-射线衍射进行分析，确定被测样品中的主要矿物成分为：重量百分比含量为15.45％的石英，以及重量百分比含量为35.62％的高岭石。
采用X-射线光电子能谱仪以及X-射线荧光光谱仪测定分析对煤泥水中不同矿物颗粒界面性质进行测定分析表明高岭石表面主要是羟基组、含氧官能团及C等杂质。通过采用密度泛函理论模拟计算，表明十二烷胺类表面疏水活性剂对高岭石颗粒具有较好聚团效果。
选择焦磷酸钠作为分散剂，选择十二烷胺作为表面疏水活性剂，用稀盐酸(重量百分比浓度为30％)将煤泥水pH值调整为7.0左右。将焦磷酸钠和十二烷胺分别配制成重量百分比浓度为20％的水溶液；通过试验确定焦磷酸钠用量为每立方米煤泥水15g，十二烷胺用量为每立方米煤泥水12g。
首先向煤泥水中加入焦磷酸钠充分搅拌混合均匀，同时加入稀盐酸调整煤泥水pH值为7.0左右；再加入十二烷胺，再次搅拌混合均匀后静置10min，用筛孔为0.125mm的筛子小心筛分并用清水冲洗2-3次，在110℃下烘干后用X-射线衍射测定其高岭石含量为78.36％。
实施例2：
取某选煤厂二段浓缩机底流，过0.045mm筛子，测得煤泥水浓度为80g/L，煤泥水pH值为8.4。取煤泥水样品在110℃下烘干得被测样品，对于被测样品利用X-射线衍射进行分析，确定被测样品中的主要矿物成分为：重量百分比含量为16.47％的石英，重量百分比含量为31.56％的高岭石,以及重量百分比含量为2.58％的蒙脱石。
将六偏磷酸钠和十二烷基三甲基氯化胺分别配制成重量百分比浓度为20％的水溶液；通过试验确定六偏磷酸钠用量为每立方米煤泥水25g，十二烷基三甲基氯化胺用量为每立方米煤泥水18g；
首先向煤泥水中加入六偏磷酸钠充分搅拌混合均匀，同时加入稀盐酸调整煤泥水pH值为7.0左右；再加十二烷基三甲基氯化胺，再次搅拌混合均匀后静置10min，用筛孔为0.125mm的筛子小心筛分并用清水冲洗2-3次，在110℃下烘干后用X-射线衍射测定其高岭石含量为75.40％。
比较例1：
取某选煤厂二段浓缩机底流，过0.045mm筛子，测得煤泥水浓度为80g/L，煤泥水pH值为8.4。取煤泥水样品在110℃下烘干得被测样品，对于被测样品利用X-射线衍射进行分析，确定被测样品中的主要矿物成分为：重量百分比含量为16.47％的石英，重量百分比含量为31.56％的高岭石,以及重量百分比含量为2.58％的蒙脱石。
向煤泥水中加入阴离子型聚丙烯酰胺为主的絮凝剂，用量为每立方米煤泥水50g，搅拌混合均匀后静置10min，用筛孔为0.125mm的筛子小心筛分并用清水冲洗2-3次，在110℃下烘干后用X-射线衍射测定其高岭石含量为36.20％。
通过对比可以看出，本发明可以将煤泥水中难以沉降处理的微细高岭石颗粒聚团分选出来资源化利用，提高了高岭石的纯度；同时可以有效地减少凝聚剂和絮凝剂用量、甚至不需要使用，可以消除凝聚剂使用带来的煤泥灰分升高及腐蚀生产设备的缺点，减少了药剂的消耗，降低生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种从煤泥水分选微细高岭石的方法，包括如下步骤：
a、测定煤泥水中所含的主要矿物成分，并对煤泥水中不同矿物颗粒界面性质进行测定分析；其中，采用X-射线衍射法测定煤泥水中所含的主要矿物成分；采用X-射线光电子能谱仪以及X-射线荧光光谱仪测定分析矿物颗粒界面特性；
b、构建煤泥水主要矿物颗粒界面模型并进行优化，针对不同药剂在不同矿物颗粒表面吸附特性进行模拟计算分析；其中，采用密度泛函理论模拟计算药剂在矿物颗粒表面吸附特性；
c、根据模拟计算结果选择所添加的药剂，通过试验确定所添加的药剂用量；所述药剂包括调整剂、分散剂和疏水表面活性剂；其中调整剂为酸或碱，分散剂为焦磷酸钠，疏水表面活性剂为十二烷胺；
d、按照上述用量向煤泥水中依次添加药剂，并充分搅拌混合，使煤泥水中的微细高岭石颗粒聚团，而其他矿物颗粒分散，从煤泥水中分选得到微细高岭石。
2.一种降低煤泥灰分的方法,包括如下步骤：(1)按照权利要求1所述的方法从煤泥水分选微细高岭石；(2)过滤脱水。
3.一种处理工业废水的用途，其特征在于，使用了权利要求1所述的方法。
4.根据权利要求3所述的用途，其中，所述工业废水是富含微细高岭石的工业废水。
5.根据权利要求4所述的用途，其中，所述工业废水是高泥化难沉降的煤泥水。
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