1.前言

　　煤泥水是由濕法選煤加工的煤礦選煤廠排放出來的工業尾水，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，并對環境有較嚴重的污染1。

　　為了提高選煤廠的經濟效益和環境效益，在某些處理過程中往往用化學藥劑來強化處理效果。而使用絮凝劑是水處理的主要途徑之一2,3。因此，高效、價廉絮凝劑的開發應用至關重要，是選煤廠實現煤泥廠內回收、洗水閉路循環、保護環境的技術關鍵。同時，隨著環境保護要求的日益提高，以及大量極細顆粒的存在， 使得煤泥水處理起來十分困難。盡管隨著工藝流程及設備的不斷改進這一現象已有所改觀， 但是根據煤泥水的性質， 合理選擇、使用絮凝劑對煤泥水處理仍十分重要， 特別是在對難凈化煤泥水的處理中具有更重要的意義。

　　本文擬對處理煤泥水常用的絮凝劑的作用機理及其應用情況做一簡單介紹。

　　2.煤泥水的性質及主要特點4～6

　　煤泥水由煤和水組成， 其性質既與煤的性質有關又與水的性質有關， 并受它們之間相互關系的影響， 主要有： 煤泥水濃度、粘度、灰分、化學性質及煤泥的粒度， 其中煤泥的粒度組成在很大程度上決定了煤泥水沉降過程的難易程度， 且隨著粒度變細及細粒含量的增多， 將使顆粒的布朗運動加劇， 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， 從而導致煤泥水很難自然澄清。一般情況下，地質年代較長的原煤所產生的煤泥水濃度低，處理比較容易，而對于那些年輕煤種，所產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穩定體系，靜置幾天，甚至幾個月也不會自然沉降。

　　煤泥水的主要特點是：濃度高，粒度細，灰分高，顆粒表面多數帶負電荷，同性相斥，使得這些微粒在水中保持分散狀態，它們在水中不僅受重力的作用，還受布朗運動影響。此外，煤泥水不但具有懸浮液的特點，往往還具有膠體的某些性質。

　　3.常用的絮凝劑及絮凝機理

　　3.1 有機高分子類絮凝劑

　　3.1.1 分類

　　分類方法有多種，如按照化學成分的不同，有機高分子類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、陰離子型和陽離子型絮凝劑；按產品分類可分為水溶液型、干粉型和乳膠型三類等。

　　3.1.2絮凝機理

　　絮凝作用是非常復雜的物理、化學過程，現在多數人認為絮凝作用機理是凝聚和絮凝兩種作用過程7～8。凝聚過程是膠體顆粒脫穩并形成細小的凝聚體的過程； 而絮凝過程是所形成細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） 的過程。煤泥水中的細泥粒度很小， 不能凝聚成較大的顆粒， 保持相對穩定狀態， 長時間不沉降。為了加速煤泥沉降， 必須破壞這種穩定狀態。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2×104 J/mol。但某些有機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，而且還具有較強的氫鍵和其他化學鍵結合力。

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

　　3.1.3應用情況

　　a.聚丙烯酰胺類10～13

　　聚丙烯酰胺（PAM）是研究、開發和使用最多的高分子類絮凝劑。常用的聚丙烯酰胺有三種類型，即陽離子型14～16、陰離子型17～21和非離子型22～24。陽離子型聚丙烯酰胺是以丙烯酰胺為主與陽離子單體聚合而成，或將聚丙烯酰胺“陽離子化”。煤粒表面呈負電性，陽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式或尾式吸附，易于在煤粒間形成橋，對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型，使其產生最佳的絮凝效果。

　　因此，聚丙烯酰胺的類型不同， 其作用機理、絮凝效果及適宜的絮凝對象也不同。例如，陽離子聚季銨鹽丙烯酰胺接枝共聚物（PQAAM）25,26是一種陽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，對膠體表面負電荷中和能力強。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。據報道，PQAAM與PAM聯用處理龐莊煤泥水，當PQAAM與PAM聯合用量為6 mg/ L 時沉降速度為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首先報導27了二烯丙基季銨鹽用特丁基過氧化氫引發得到的聚合物為水溶性的，而不是象他們預期的那種不溶的交聯的樹脂（三烯丙基或四烯丙基季銨鹽聚合往往形成該類物質） 。1955年，Butler通過紅外光譜和加氫實驗，指出二烯丙基胺類聚合物為六元環結構，它們是通過分子內和分子間成環反應，從而增長為一線型環狀聚合物28。這是關于聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）最早的報道。

　　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范圍內穩定，P（DMDAAC/ AM）水溶液在堿性介質中發生部分水解。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電性，導電機理為離子遷移導電29。

　　Wang L1Kl 等30在研究生活污泥的脫水時發現， PDMDAAC不僅可作為絮凝劑，還可作為殺菌劑。日本專利31則報導，DMDAAC與SO2的共聚物可用作除藻劑。Harada S1等人報導32,DMDAAC與SO2共聚物可用于染料的均染、保留和織物處理。

　　PDMDAAC屬陽離子表面活性劑，在日用化工行業應用也較為廣泛，尤其是用作洗發香波的添加劑，可使頭發柔軟、亮澤，而且易于梳理33。

　　在該種高分子絮凝劑應用于處理煤泥水方面，只有一些理論性研究，未見大規模應用實例的報道。

　　c. MN - 5絮凝劑

　　MN - 5絮凝劑34是以多胺類陽離子絮凝劑為主體的復配藥劑。MN - 5藥劑不僅憑借其陽離子性中和煤泥表面負電荷，壓縮煤泥表面雙電層起絮凝作用。同時，多胺大分子鏈上的亞氨基（ -NH- ）與煤泥表面發生較強的氫鍵吸附而起架橋作用。如MN - 5與PAM聯合使用處理淮北石臺選煤廠煤泥水，濃縮機溢流濃度從60g/L降至0.3g/L,達到了洗水一級閉路標準。

　　d. PAMAM樹形分子

　　PAMAM樹形分子35是一種內部具有樹枝狀結構的球形分子，表面有很多-NH2基團。伯胺基在酸性條件下帶正電，能與煤泥水中帶負電膠粒中和，壓縮雙電層，降低ξ電位，破壞膠體穩定性。-NH2基團有很強的配位絡合作用，可與膠粒表面芳香基團絡合，生成電中性物質，加速膠體凝聚。此外，樹形分子具有大量空腔，在一系列次價鍵力作用下，與煤泥水膠粒發生吸附作用，提高處理效果。在對鐵法小青礦煤泥水處理實驗中效果優于傳統方法，上清液分離率為53. 6 % ,濁度降至4. 43度。