1.前言

　　煤泥水是由濕法選煤加工的煤礦選煤廠排放出來(lái)的工業(yè)尾水，其中含有大量的煤泥和泥砂， 大量排入水域，沉積水底，淤塞河道，污染了河水，它已成為重要的煤炭損失源之一，并對(duì)環(huán)境有較嚴(yán)重的污染1。

　　為了提高選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，在某些處理過(guò)程中往往用化學(xué)藥劑來(lái)強(qiáng)化處理效果。而使用絮凝劑是水處理的主要途徑之一2,3。因此，高效、價(jià)廉絮凝劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用至關(guān)重要，是選煤廠實(shí)現(xiàn)煤泥廠內(nèi)回收、洗水閉路循環(huán)、保護(hù)環(huán)境的技術(shù)關(guān)鍵。同時(shí)，隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，以及大量極細(xì)顆粒的存在， 使得煤泥水處理起來(lái)十分困難。盡管隨著工藝流程及設(shè)備的不斷改進(jìn)這一現(xiàn)象已有所改觀， 但是根據(jù)煤泥水的性質(zhì)， 合理選擇、使用絮凝劑對(duì)煤泥水處理仍十分重要， 特別是在對(duì)難凈化煤泥水的處理中具有更重要的意義。

　　本文擬對(duì)處理煤泥水常用的絮凝劑的作用機(jī)理及其應(yīng)用情況做一簡(jiǎn)單介紹。

　　2.煤泥水的性質(zhì)及主要特點(diǎn)4～6

　　煤泥水由煤和水組成， 其性質(zhì)既與煤的性質(zhì)有關(guān)又與水的性質(zhì)有關(guān)， 并受它們之間相互關(guān)系的影響， 主要有： 煤泥水濃度、粘度、灰分、化學(xué)性質(zhì)及煤泥的粒度， 其中煤泥的粒度組成在很大程度上決定了煤泥水沉降過(guò)程的難易程度， 且隨著粒度變細(xì)及細(xì)粒含量的增多， 將使顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)加劇， 煤泥水粘度增大， 顆粒間表面電荷斥力作用明顯， 并使煤泥水具有某些膠體性質(zhì)， 從而導(dǎo)致煤泥水很難自然澄清。一般情況下，地質(zhì)年代較長(zhǎng)的原煤所產(chǎn)生的煤泥水濃度低，處理比較容易，而對(duì)于那些年輕煤種，所產(chǎn)生的煤泥水不僅濃度高，而且粘度大、粒度小，處理非常困難。高濃度煤泥水難于處理的主要原因在于它是一個(gè)穩(wěn)定體系，靜置幾天，甚至幾個(gè)月也不會(huì)自然沉降。

　　煤泥水的主要特點(diǎn)是：濃度高，粒度細(xì)，灰分高，顆粒表面多數(shù)帶負(fù)電荷，同性相斥，使得這些微粒在水中保持分散狀態(tài)，它們?cè)谒胁粌H受重力的作用，還受布朗運(yùn)動(dòng)影響。此外，煤泥水不但具有懸浮液的特點(diǎn)，往往還具有膠體的某些性質(zhì)。

　　3.常用的絮凝劑及絮凝機(jī)理

　　3.1 有機(jī)高分子類(lèi)絮凝劑

　　3.1.1 分類(lèi)

　　分類(lèi)方法有多種，如按照化學(xué)成分的不同，有機(jī)高分子類(lèi)絮凝劑可分為天然高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑；按照其所帶電荷不同，可分為非離子型、陰離子型和陽(yáng)離子型絮凝劑；按產(chǎn)品分類(lèi)可分為水溶液型、干粉型和乳膠型三類(lèi)等。

　　3.1.2絮凝機(jī)理

　　絮凝作用是非常復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，現(xiàn)在多數(shù)人認(rèn)為絮凝作用機(jī)理是凝聚和絮凝兩種作用過(guò)程7～8。凝聚過(guò)程是膠體顆粒脫穩(wěn)并形成細(xì)小的凝聚體的過(guò)程； 而絮凝過(guò)程是所形成細(xì)小的凝聚體在絮凝劑的橋連（架橋） 作用下生成大體積的絮凝物（即絮團(tuán)） 的過(guò)程。煤泥水中的細(xì)泥粒度很小， 不能凝聚成較大的顆粒， 保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)， 長(zhǎng)時(shí)間不沉降。為了加速煤泥沉降， 必須破壞這種穩(wěn)定狀態(tài)。凝聚劑與膠粒的作用主要靠靜電引力和分子間力， 這些力較弱， 一般不超過(guò)2×104 J/mol。但某些有機(jī)高分子是離子絮凝劑與顆粒之間的作用不僅具有靜電力和分子間力，而且還具有較強(qiáng)的氫鍵和其他化學(xué)鍵結(jié)合力。

　　在煤泥水中加入具有較長(zhǎng)線性分子結(jié)構(gòu)的高分子化合物， 這些高分子化合物在水中溶解發(fā)生電離作用， 并通過(guò)靜電鍵合、氫鍵合、共價(jià)鍵合等作用與煤泥水的固體顆粒發(fā)生吸附作用。由于這些線性化合物分子結(jié)構(gòu)通常很長(zhǎng)， 在水中充分的伸展， 而且鏈上有很多活性基團(tuán)， 因此通常可以同時(shí)粘結(jié)多個(gè)顆粒， 從而引起顆粒的聚集， 形成絮團(tuán)9。這個(gè)過(guò)程就叫做絮凝， 而其中的高分子化合物就叫做絮凝劑。

　　3.1.3應(yīng)用情況

　　a.聚丙烯酰胺類(lèi)10～13

　　聚丙烯酰胺（PAM）是研究、開(kāi)發(fā)和使用最多的高分子類(lèi)絮凝劑。常用的聚丙烯酰胺有三種類(lèi)型，即陽(yáng)離子型14～16、陰離子型17～21和非離子型22～24。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺是以丙烯酰胺為主與陽(yáng)離子單體聚合而成，或?qū)⒕郾０?ldquo;陽(yáng)離子化”。煤粒表面呈負(fù)電性，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺用作絮凝劑，分子鏈既可以在煤粒間架橋，又可以中和煤粒表面的負(fù)電荷，減少煤粒之間的排斥作用，有利于聚集與絮凝，從而提高脫水速度和降低精煤產(chǎn)品的水分。陰離子聚丙烯酰胺可由丙烯酰胺與陰離子單體聚合而成。丙烯酰胺與丙烯酸鈉的共聚物是應(yīng)用最多的陰離子聚合物絮凝劑。丙烯酰胺與丙烯酸鈉聚合時(shí)交替共聚的傾向較大，易形成理想的交替共聚物，使陰離子單元在分子鏈上均勻分布。陰離子絮凝劑在煤粒表面為環(huán)式或尾式吸附，易于在煤粒間形成橋，對(duì)煤粒表面的雙電層有壓縮作用，且不易受礦漿pH值的影響。非離子型聚丙烯酰胺是丙烯酰胺（AM）的均聚物，由于其有較大范圍的電荷密度，因此在給定的礦漿中可以有一種最佳的卷曲構(gòu)型，使其產(chǎn)生最佳的絮凝效果。

　　因此，聚丙烯酰胺的類(lèi)型不同， 其作用機(jī)理、絮凝效果及適宜的絮凝對(duì)象也不同。例如，陽(yáng)離子聚季銨鹽丙烯酰胺接枝共聚物（PQAAM）25,26是一種陽(yáng)離子型高分子絮凝劑。PQAAM 在水中以離子存在，它含有季銨離子，對(duì)膠體表面負(fù)電荷中和能力強(qiáng)。另外，此種絮凝劑分子量大，酰銨基與煤粒表面形成氫鍵，增加了吸附架橋作用，有利于絮凝沉降。據(jù)報(bào)道，PQAAM與PAM聯(lián)用處理龐莊煤泥水，當(dāng)PQAAM與PAM聯(lián)合用量為6 mg/ L 時(shí)沉降速度為0. 743 cm/s ,透光率為87 %。

　　b.二甲基二烯丙基氯化銨的均聚及共聚物

　　1951年，Butler和Ingley首先報(bào)導(dǎo)27了二烯丙基季銨鹽用特丁基過(guò)氧化氫引發(fā)得到的聚合物為水溶性的，而不是象他們預(yù)期的那種不溶的交聯(lián)的樹(shù)脂（三烯丙基或四烯丙基季銨鹽聚合往往形成該類(lèi)物質(zhì)） 。1955年，Butler通過(guò)紅外光譜和加氫實(shí)驗(yàn)，指出二烯丙基胺類(lèi)聚合物為六元環(huán)結(jié)構(gòu)，它們是通過(guò)分子內(nèi)和分子間成環(huán)反應(yīng)，從而增長(zhǎng)為一線型環(huán)狀聚合物28。這是關(guān)于聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）最早的報(bào)道。

　　二甲基二烯丙基氯化銨的均聚物（PDMDAAC）及其與丙烯酰胺的共聚物P（DMDAAC/ AM）為白色易吸水粉末，溶于水、甲醇和冰醋酸，不溶于其它溶劑；商品一般為水溶液。呈中性， 干燥后略黃。在室溫下PDMDAAC 水溶液在pH = 0.5～14范圍內(nèi)穩(wěn)定，P（DMDAAC/ AM）水溶液在堿性介質(zhì)中發(fā)生部分水解。均聚物和共聚物分子都帶正電荷，水溶液和吸濕性固體粉末具有導(dǎo)電性，導(dǎo)電機(jī)理為離子遷移導(dǎo)電29。

　　Wang L1Kl 等30在研究生活污泥的脫水時(shí)發(fā)現(xiàn)， PDMDAAC不僅可作為絮凝劑，還可作為殺菌劑。日本專(zhuān)利31則報(bào)導(dǎo)，DMDAAC與SO2的共聚物可用作除藻劑。Harada S1等人報(bào)導(dǎo)32,DMDAAC與SO2共聚物可用于染料的均染、保留和織物處理。

　　PDMDAAC屬陽(yáng)離子表面活性劑，在日用化工行業(yè)應(yīng)用也較為廣泛，尤其是用作洗發(fā)香波的添加劑，可使頭發(fā)柔軟、亮澤，而且易于梳理33。

　　在該種高分子絮凝劑應(yīng)用于處理煤泥水方面，只有一些理論性研究，未見(jiàn)大規(guī)模應(yīng)用實(shí)例的報(bào)道。

　　c. MN - 5絮凝劑

　　MN - 5絮凝劑34是以多胺類(lèi)陽(yáng)離子絮凝劑為主體的復(fù)配藥劑。MN - 5藥劑不僅憑借其陽(yáng)離子性中和煤泥表面負(fù)電荷，壓縮煤泥表面雙電層起絮凝作用。同時(shí)，多胺大分子鏈上的亞氨基（ -NH- ）與煤泥表面發(fā)生較強(qiáng)的氫鍵吸附而起架橋作用。如MN - 5與PAM聯(lián)合使用處理淮北石臺(tái)選煤廠煤泥水，濃縮機(jī)溢流濃度從60g/L降至0.3g/L,達(dá)到了洗水一級(jí)閉路標(biāo)準(zhǔn)。

　　d. PAMAM樹(shù)形分子

　　PAMAM樹(shù)形分子35是一種內(nèi)部具有樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的球形分子，表面有很多-NH2基團(tuán)。伯胺基在酸性條件下帶正電，能與煤泥水中帶負(fù)電膠粒中和，壓縮雙電層，降低ξ電位，破壞膠體穩(wěn)定性。-NH2基團(tuán)有很強(qiáng)的配位絡(luò)合作用，可與膠粒表面芳香基團(tuán)絡(luò)合，生成電中性物質(zhì)，加速膠體凝聚。此外，樹(shù)形分子具有大量空腔，在一系列次價(jià)鍵力作用下，與煤泥水膠粒發(fā)生吸附作用，提高處理效果。在對(duì)鐵法小青礦煤泥水處理實(shí)驗(yàn)中效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法，上清液分離率為53. 6 % ,濁度降至4. 43度。