CN1032744C - 尾水尾矿水澄清方法 - Google Patents

Abstract

一种采用混凝沉淀法处理选煤厂和石墨选矿厂尾矿水的方法，是将两种絮凝剂组合使用处理尾矿水的方法。该方法是以含有钙或镁元素的可溶性无机盐作为无机的阳离子絮凝剂中和尾矿水中悬浮粒子的表面负电性，以有机高分子絮凝剂和桥联作用使中和负电性后的尾矿水中的悬浮粒子絮凝成较大的絮团而快速沉淀，达到悬浮物与水快速分离的目的。该方法特别适用于选煤厂和石墨选矿厂尾矿水的处理。

Description

本发明涉及一种采用混凝沉淀法处理选煤厂煤泥水及石墨选矿厂尾矿水及有色金属选矿的尾矿水及造纸厂尾水的方法。

前苏联专利SU-971.811A中公开了一种采用絮凝沉淀法净化多金属矿浆富集循环水的方法，该方法是在多金属矿浆富集厂的循环水中加入硫酸铝Al₂(SO₄)₃作絮凝剂。硫酸铝的加入量为250g/m³然后再用碳酸钠Na₂CO₃进行中和，碳酸钠的加入量为160g/m³，最后加入3kg/m³的煤灰，以除去水中的脂肪酸和水玻璃。

前苏联专利SU-925.873A公开了一种采用混凝沉淀法净化家庭和工业废水的方法，该方法是采用无机絮凝剂对废水进行混凝处理，接着在室温下，用次氯酸钙对水进行净化处理。

本发明的目的是提供一种利用无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂来处理选矿厂、造纸厂中的尾水的方法。

(1)使选矿厂尾矿水中的悬浮颗粒快速沉淀，与水尽快分离。

(2)使精煤回收率、石墨精品回收率提高，精煤灰分降低，石墨品位提高，因而提高选矿厂的经济效益。

(3)在使选矿厂尾矿水中悬浮颗粒沉淀所需要的时间大大缩短的同时，减少了因“临界粒度”要求所增大的沉淀面积而增加的设备及土建工程的投资。

(4)使选矿厂尾矿水及造纸厂尾水中的固体含量降低，使环水复用率提高，使其生产用水达到闭路循环有了可靠的保证。同时节约了水资源和电力。在必要排放时，符合环保要求，达到保护环境的目的。既提高了经济效益又提高了社会效益。

本发明原理：选矿厂的尾矿水是一种复杂的多分散体系，粒度细、且带有某种负电荷，因此颗粒间由于同种电荷的斥力作用而形成稳定的难以沉淀的悬浮体，在加入有机高分子絮凝剂的情况下也很难产生絮凝沉淀。

实验表明盐类化合物对于胶体物质和细颗粒悬浮物具有一定的絮凝作用，即盐类化合物(可溶性盐类)在水溶液中能够电离成具有絮凝作用的阳离子。阳离子对于悬浮颗粒表面所带的负电荷具有“中和”作用，使其颗粒表面的负“Z”电位降低，或根本改变其负电性为正电性，然后颗粒间在布朗运动作用下碰撞，而形成小的絮团，最后在有机高分子絮凝剂的“桥联”和“吸附”作用下将“脱稳”后的小絮团凝聚成较大的絮团而快速沉淀。

根据“絮凝化学和絮凝剂”一书中盐类化合物的絮凝值与盐类化合物中的阳离子的化合价的6次方成反比的絮凝公式(见公式一)。再结合有关电离、离子活度(见公式二、三)及有关盐的水解等知识而得到钙、镁元素构成的可溶性盐类化合物的絮凝效果最好。

公式一(絮凝值公式) $\mathrm{Fc}\·\frac{C\×D^3\×{\left(\mathrm{kT}\right)}^5}{A^2{e}^6{Z}^6}$

式中：Fc——絮凝值

      C—常数与电解有关

      D—水的介电常数

      K—波尔兹曼常数

      T—绝对温度

      A—范德华常数

      e—电荷数值

      Z—絮凝剂的化合价

公式二(离子活度公式)a·r×C

式中：a—离子活度

      r—离子活度系数

      C—离子的重量摩尔浓度

公式三(离子活度系数公式) $-\log r=0.512Z^2\left(\frac{\sqrt{1}}{1+B\stackrel{.}{a}\sqrt{1}}\right)$

式中：Y—离子活度系数

      Z—离子电荷

      B—常数

      I—离子强度

      a—离子体积参数

根据絮凝值的定义可知，絮凝值愈大表明这种盐的絮凝效果越差。

例如CaCl₂，NaCl，AlCl₃三种盐，由以上絮凝值公式计算后得：假设一价“Na⁺”的絮凝值为1，则二价的“Ca⁺⁺”的絮凝值为0.015625，三价“Al⁺⁺⁺”的絮凝值为0.00137，即三价“Al⁺⁺⁺”的絮凝效果是“na⁺”的729倍，是二价“Ca⁺⁺”的11倍，而二价的“Ca⁺⁺”是一价“Na⁺”的絮凝效果的64倍。单从絮凝值考虑当然是三价的“Al⁺⁺⁺”的絮凝效果好。

但从电离的观点出发，因三价的Al⁺⁺⁺的盐类化合物在水中的电离是分级电离的

如：

以上的电离以一级电离为主，以下各级电离逐渐减弱。因此当AlCl，电离时，其水溶液中的“Al⁺⁺⁺”很少。同时由于离子效应，及离子和溶剂分子之间的相互作用，使这一少部分“Al⁺⁺⁺”的“活度”降低。同时由于“Al⁺⁺⁺”对应的盐类化合物的水解作用，生成的这极少部分的“Al⁺⁺⁺”很容易和水中的(OH)^-作用而生成难电离的化合物或沉淀物，从而更进一步降低了溶液中的“Al⁺⁺⁺”的浓度，其絮凝效果下降。

而二价的Ca⁺⁺所对应的盐类化合物溶于水后(CaCO₃除外)，在水溶液中可全部电离成离子，并且不发生水解作用，其离子活度系数基本上等于1。此时的“Ca⁺⁺”的活度基本上等于其所加入的“Ca⁺⁺”的重量摩尔浓度，因此二价的“Ca⁺⁺”所对应的可溶性盐类化合物的絮凝效果更佳，同理也可以推断出二价的Mg⁺⁺所对应的盐类化合物的絮凝值也较低，其絮凝效果同样好。因此在选择阳离子絮凝剂时应优先选用Ca或Mg元素所构成的盐类化合物。

同理在含有Ca元素的碱类化合物中，电离后的“Ca⁺⁺”离子同样具有电荷中和能力，即也具有较好絮凝能力，只不过加入较大量的含有Ca元素的碱类化合物之后，使溶液中的(OH)^-离子浓度发生变化从而改变了pH值，使其溶液具有较强的腐蚀性而对设备及管路***具有腐蚀作用。当加入适量的含有钙元素的碱类化合物和含有钙或镁的可溶性盐类化合物配合使用，使其pH值控制在一定范围内时，同样具有良好的絮凝效果。

本发明的原理图如下：

本发明的实施方法：

先在尾矿水中加入可溶性的含有钙元素或镁元素的盐类化合物(可直接加入其固体颗粒也可以加入其饱和溶液)，然后再加入0.1％浓度的有机高分子絮凝剂(两种药剂的加药顺序对絮凝效果无影响，也可以同时加入)。使两种药剂和尾矿水中的悬浮颗粒充分接触，使悬浮物被絮凝成较大的絮团而快速沉淀，达到悬浮颗粒与水快速分离的目的。

前已述及对于含有钙元素的碱类化合物当和含有钙或镁元素的盐类化合物共同使用时也具有良好的絮凝效果。同理对于含有钙元素的碱类化合物也可以加入其固体颗粒或加入其溶液(如石灰乳)。

可溶性盐类化合物和碱类化合物可直接加入其溶液也可以直接加入其固体，这是因为这两类化合物在水溶液中极易溶解、电离。而有机高分子絮凝剂却较难溶于水，因而必须先将一定量的有机高分子絮凝剂的固体颗粒放在少量的水中在机械搅拌作用下充分溶解，而后再加入一定量的水而配制成0.1％浓度的溶液。也可以加入一定量的有机高分子絮凝剂固体颗粒和一定量的水在机械搅拌作用下直接配制成0.1％浓度的溶液。

本发明的加药地点应选择在选矿厂的尾矿浓缩机前或尾矿沉淀池前加药，使其在进入浓缩机或沉淀池的过程中达到药剂和尾矿颗粒充分接触的目的，从而使悬浮颗粒更快地沉淀，达到与水尽快分离的目的。

实施本发明的药剂配比范围及条件：

尾矿水的pH值及温度对于本发明的实施效果影响不大，因此可在自然状态的尾矿水中实施本发明。

经实验表明：尾矿水中“Ca⁺⁺”“Mg⁺⁺”的加量影响其澄清水的固体含量，即当尾矿水加入的“Ca⁺⁺”“Mg⁺⁺”浓度较大时，其澄清液中的固体含量较低，当“Ca⁺⁺”，“Mg⁺⁺”浓度较小时其澄清液中的固体含量较高。当“Ca⁺⁺”或“Mg⁺⁺”浓度达到40毫克/升时，在有机高分子絮凝剂的作用下具有明显的效果。

实验表明有机高分子絮凝剂的加量影响尾矿水中的悬浮颗粒的絮凝物的沉淀速度，即尾矿水中的“Ca⁺⁺”或“Mg⁺⁺”含量一定时有机高分子絮凝剂的浓度愈大，其絮凝物的沉淀速度愈快，反之则沉淀速度愈慢，当尾矿水中有机高分子絮凝剂浓度达到3PPM时就具有明显的效果，当继续增大其浓度时，其絮团的沉淀速度也就愈快。

将以上两种药剂的不同影响作用结合起来就可以更好地实施本发明。

当然不同的煤泥水或尾矿水具有不同的性质，如其中的细粒级的百分含量不同、悬浮颗粒的比重、浓度及阳离子的含量不同等，即使加入同量的“Ca⁺⁺”或“Mg⁺⁺”及有机高分子絮凝剂，而其沉淀效果也不同，因而不同的尾矿水达到最佳沉淀效果时，药剂的最佳配比也不同。

本发明的最佳实施例：

(1)尾煤水浓度为42毫克/升，灰分为82，73％，-400^#含量为96.34％，灰分为85.40％，尾煤水中的可溶性盐类的离子浓度为“Ca⁺⁺”为11.6毫克/升，“Mg⁺⁺”为2.6毫克/升，K⁺+Na⁺为131.7毫克/升，当加入的Mg⁺⁺含量达到110毫克/升，有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的加量为10PPM时，其澄清液中的固体含量为230毫克/升，此时絮凝物的沉降高度为170mm(在500ml量杯中的沉淀1分钟后的高度)。此时的效果最佳，固体含量达到了国家环保要求。此时的絮团沉淀速度最快。

(2)尾煤水浓度为42毫克/升，灰分为82.73％，-400^#含量为96.34％，灰分为85.40％，尾煤水中的可溶性盐类的离子浓度为“Ca⁺⁺”为11.6毫克/升，“Mg⁺⁺”为2.6毫克/升，K⁺+Na⁺为131.7毫克/升，当加入的石灰乳和含有钙元素的盐类化合物，使其钙离子含量达到106′毫克/升，有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的加量仍为10PPM，此时澄清液中的固体含量为300毫克/升，此时的絮凝物的沉淀高度为165mm(沉淀1分钟后的高度)。此时的澄清液的pH值为9.5。

以上的最佳实施例是最佳效果，此时两种药剂耗量均较大，而在实际上可根据不同的尾矿性质及对尾矿水复用的不同质量要求而适当降低药剂耗量，达到既能使尾矿水满足循环复用的工艺要求，又降低了药剂耗量，从而使其经济效果和社会效果达到最佳值。

实施本发明时有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的最佳使用浓度为0.1％，此时絮凝效果最好，但当其使用浓度在0.01～0.2％范围内波动时，同样仍有絮凝效果。

含有钙或镁元素的可溶性化合物的加量，当使尾矿水中钙或镁离子含量达到40毫克/(升尾矿水)时就具有絮凝效果。其钙或镁离子的含量越大，其絮凝效果越好。

实施本发明后可使尾矿水的澄清费用大幅度下降，如煤泥水，每立方米尾煤水的澄清费用为0.04～0.10元之间。因此实施本发明其处理设备简单，处理成本低。

Claims (2)

1、一种采用混凝沉淀法处理尾矿水的方法，其特征是在常温下的尾矿水中加入含有钙或镁元素的固体盐类化合物或其饱合溶液作为无机阳离子絮凝剂去中和尾矿水中悬浮粒子的表面负电性，然后加入0.01％-0.2％浓度的有机高分子絮凝剂，使其和尾矿水及加入的含有钙或镁元素的盐类化合物溶液充分混合，使尾矿水中悬浮粒子在有机高分子絮凝剂的桥联作用下絮凝成较大的絮团而快速沉淀。

2、如权利要求1所述的一种采用混凝沉淀法处理尾矿水的方法，其特征在于在常温下的尾矿水中加入含有钙或镁元素的固体盐类化合物或其饱和溶液和石灰乳，加入0.01％-0.2％浓度的有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺充分混合，使尾矿水中悬浮粒子在有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺的桥联作用下，絮凝成较大的絮团而快速沉淀。