絮凝剂溶解液的制备与分析
摘要：基于模糊控制的絮凝剂溶解液制备、自动添加控制装置和检测装置的相互间的有机组合，同时在不同选煤厂进行试验研究应用，分析影响控制煤泥水溢流浓度效果的因素。通过有效控制煤泥水溢流的浓度，从而有效地降低沉降成本。
关键词：煤泥水，絮凝剂溶解液，模糊控制
Study of Flocculants Dissolving and Analysis
Abstract: Based on the fuzzy control of the flocculating agent dissolved liquid preparation, automatic add control device and testing device of mutual organic combination, and at the same time in different coal preparation plant experiment research and application, analyzed the control of the coal slime water overflow concentration effect factors. Through the effective control of the coal slime water overflow concentration, so as to effectively reduce the cost of settlement. Keywords：Slime water; flocculants dissolving liquids; fuzzy control
目前，处理煤泥水的典型工艺是先沉降浓缩后压滤。浓缩工艺是使浓缩池中的煤泥颗粒在重力作用下实现自由沉淀，达到煤泥与水的分离[1-2]。为了提高煤泥水处理效果，常向煤泥水中加入絮凝剂溶解液[3]，目前选煤厂煤泥水处理主要是添加絮凝剂[4]。在不同入料（絮凝剂）方式下，研究了浓缩池内的流速规律、表层流线，进一步分析了不同入料方式对煤泥沉降效果的影响[5]。通过絮凝剂溶解规律曲线试验和不同溶剂温度下絮凝沉降后的透光率与时间的关系，得出煤泥沉降分布规律的数学方程，为煤泥水的沉降处理和间接检测临界面提供重要理论依据，具有深远的实践意义。
1 煤泥水絮凝沉降影响因素分析
煤泥水硬度对絮凝剂絮凝效果有很大影响，煤泥水中Mg，Ca浓度则是影响水硬度的主要因素[7]，当水的硬度较小时，煤泥水中的Mg2+，Ca2+无法大量中和带负电荷的煤泥颗粒,煤泥颗粒由于相对稳定的排斥力呈悬浮状态；当水的硬度较大时，煤泥水中的Mg2+，Ca2+大量中和带负电荷的煤泥颗粒，降低了颗粒表面的电位，颗粒间相互排斥力降低，从而使小颗粒逐渐凝聚，实现固、液的彻底分离。
本文所研究絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，如果单独添加到煤泥水中，则由于煤泥水中分子结构和煤泥固体颗粒均带负电，互相排斥，对煤泥水沉降作用不大。若使煤泥水中Ca2+，Mg2+离子含量增多，煤泥水中的正、负电荷相互中和，固体颗粒之间的排斥力降低，增强了煤泥水的絮凝沉降效果，此时再向煤泥水中加入絮凝剂，由于煤泥水中的胶体颗粒失稳，不但可以减少药剂用量，还将大大提高絮凝效果。因此利用煤泥水中高含量Ca，Mg实现了一定的凝聚作用，增强了煤泥沉降效果，降低了生产成本，避免了过量凝聚剂带来的沉淀物不密实的问题。 2+2+[6]2+2+
2 絮凝剂溶解液制备机理
本文通过分析絮凝剂本身的物理、化学性质，运用多次试验数据分析总结得出其溶解规律，为絮凝剂溶解液制备装置的设计提供相关依据。
2.1 絮凝剂溶解规律
絮凝剂溶解过程不是瞬间完成的，而是一个复杂而缓慢的过程。絮凝剂在水中溶解要克服分子间的相互作用力，又要移动大分子链的重心。溶解时，絮凝剂分子链自身带有的酸胺基团能相互结合为氢键，氢键在水中有很强的吸附性，氢键不断结合且逐渐变大，然后慢慢
分解。
溶解可分为2个过程。第一过程是浸润，在这一过程中，絮凝剂分子中的酰胺基吸附大量的进入絮团内部的水分子，絮团因吸水体积膨胀，而膨胀力可以克服分子间的相互作用力，使絮凝剂分子彼此分开，从而吸入更多的水分子以继续分离更多的絮凝剂分子；第二过程为熟化过程，大量溶剂分子通过布朗运动在中和溶剂的流动过程中被分开并已脱离絮凝剂絮团的絮凝剂分子慢慢舒展，使其酸胺基充分暴露在外面。
絮凝剂溶解规律曲线如图1所示。由图1可知，絮凝剂在水面上的撒放厚度与溶解时间不呈线性关系，絮凝剂撒放厚度越大，溶解时间越长。当絮凝剂厚度为10 mm时，絮凝剂基本上不溶解。考虑絮凝剂的实用性和生产工艺的可行性，确定絮凝剂溶解液制备装置药剂分散厚度应不大于3 mm。
[9][8]
图1 絮凝剂溶解规律曲线
2.2 絮凝剂熟化规律
分子运动是絮凝剂分子熟化过程的一个重要影响因素[10]，分子本身的动能即温度因素对分子运动有很大影响，当温度升高时，分子布朗运动加剧，絮凝剂长分子链的逃逸速度也会增加，溶解时间降低，效率提高。此外还可通过施加外部作用力，如搅拌等提高絮凝剂有机分子的自身动能，从而提高絮凝效果。
由分子布朗热运动可知，当温度升高时，分子运动动能增加，分子运动加剧。当分子自身能量达到临界状态时，絮凝剂有机长分子将脱离碳氢键的吸附，分解成短分子，絮凝效果
[11]大大降低。临界值的大小需要进一步通过试验来确定。
取相同质量的干粉絮凝剂均匀撒在相同质量的水中，改变水的温度分别为20，25，30，40，50，60 ℃，并保持水温恒定，静置几十分钟后，将这些溶解液样本倒入同等溶液配比的煤泥水中，在相同条件下均匀搅拌，分别测定沉降时间为10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 min时不同温度下溶解的絮凝剂沉降后的透光率，得出了不同温度下煤泥沉降时间与透光率的关系，具体如图2所示。
图2不同温度下煤泥水沉降时间与透光率的关系
由图2可知，随着煤泥沉降时间的增加，煤泥水透光率逐渐升高。当溶剂温度不大于30 ℃时，温度与煤泥水透光率成正比，即随着溶剂温度的升高，煤泥水透光率增加，沉降效果增强；当温度上升至40℃及以上时，溶剂温度与煤泥水透光率不成正比，随着温度的升高，煤泥水透光率反而下降，沉降效果逐渐降低。当超过50 ℃时，随着温度升高，煤泥水的透光率增加幅度缓慢，煤泥水沉降变化缓慢，因此絮凝剂溶解温度不宜超过50 ℃，一般控制在30~50℃之间为宜。
3 絮凝剂制备装置的研究
通过分析煤泥水絮凝沉降的影响因素和絮凝剂溶解液的制备机理，得出了絮凝剂制备装置试验原理，具体如图3所示。
图3 絮凝剂制备装置试验原理
为了控制絮凝剂干粉给料的快慢，在料斗下设有振动给料器，由4级电机驱动，用变频器控制给料电机的转速。首先将水入口接至温度一定的自来水，通过入口流量阀调节水入口流量，流量大约为13 L/min，直到水箱加满时，控制振动给料器均匀入料，电机转速相对应的电流频率分别为300 r/min，10 Hz；600 r/min，20 Hz；900 r/min，30 Hz；1200 r/min，40 Hz。干粉絮凝剂的质量按水箱体积4 m3计算，且絮凝剂溶解液配置质量分数按0.15%计算后为6 kg。振动给料器将6 kg絮凝剂均匀倒入水箱，同时向水箱内缓慢注水，使水箱内液体总体积最终达到4m3。在试验进行的同时打开搅拌器，观察和记录絮凝剂的溶解情况。当频率小于600 Hz时，絮凝剂结块现象基本不会出现；当频率不小于900 Hz时，絮凝剂会出现一些小块。为保证设备稳定，生产安全，最终选定干粉絮凝剂给料频率为600 Hz。 5 结 论
本文通过对煤泥水絮凝沉降影响因素和絮凝剂溶解液制备的机理的研究，得出了以下结论。
（1）在溶解装置中，系统本身操作控制的稳定性、煤泥水的硬度、絮凝剂的种类等都会对煤泥水溢流浓度的控制效果产生一定的影响；
（2）本文以絮凝剂的物理、化学性质的相关理论为依据进行分析得出：絮凝剂在溶液状态下不宜长期保存，因此絮凝剂溶解液只能在需要时要现用现配。
（3）通过分析煤泥水絮凝沉降的影响因素和絮凝剂溶解液的制备机理，为保证设备稳定，生产安全，最终选定干粉絮凝剂给料频率为600 Hz。
参考文献 [1] 程小冬．煤泥水的处理技术研究[J]．洁净煤技术,2009, 5:27-29.
[2] 蒋灵，张超．絮凝剂在煤泥水处理中的使用技术[J]．矿山机械,2007,10:74-76.
[3] 吴式瑜．中国煤炭发展三十年[J]．煤炭加工与综合利用,2009,1:1-5.
[4] 程宏志，常秀芳，顾欣．我国选煤厂煤泥水处理技术现状与发展方向[J]．选煤技术,2003,6:55-58,18.
[5] 湛含辉，罗彦伟．高浓度细粒煤泥水的絮凝沉降研究[J]．煤炭科学技术程,2007,2:76-79,83.
[6] 马永梅．煤泥水处理方法的研究[J]．煤炭科学技术,2007,5:80-83.
[7] 吉登高，郭旭龙，蔡光顺等．水质变化对煤泥水絮凝沉降的影响[J]．洁净煤技术,2011,1:12-15.
[8] 苏丁，雷灵琰，王建新．凝聚剂、絮凝剂在难净化煤泥水中的应用[J]．选煤技术,2000,2:10-12.
[9] 杨红霞，程小冬，刘为东．兴隆庄煤矿选煤厂煤泥水沉降试验研究[J]．矿业安全与环保,2009,6:34-35,38.
[10] 毕梅芳，王怀法，余萍．煤泥水溶液化学环境对絮凝效果影响的研究分析[J]．洁净煤技术,2009,3:24-26.
[11] 李东颖，丁淑芳．煤泥水的絮凝沉降试验研究[J]．华北水利水电学院学报,2009, 3:99-102
絮凝剂溶解液的制备与分析
摘要：基于模糊控制的絮凝剂溶解液制备、自动添加控制装置和检测装置的相互间的有机组合，同时在不同选煤厂进行试验研究应用，分析影响控制煤泥水溢流浓度效果的因素。通过有效控制煤泥水溢流的浓度，从而有效地降低沉降成本。
关键词：煤泥水，絮凝剂溶解液，模糊控制
Study of Flocculants Dissolving and Analysis
Abstract: Based on the fuzzy control of the flocculating agent dissolved liquid preparation, automatic add control device and testing device of mutual organic combination, and at the same time in different coal preparation plant experiment research and application, analyzed the control of the coal slime water overflow concentration effect factors. Through the effective control of the coal slime water overflow concentration, so as to effectively reduce the cost of settlement. Keywords：Slime water; flocculants dissolving liquids; fuzzy control
目前，处理煤泥水的典型工艺是先沉降浓缩后压滤。浓缩工艺是使浓缩池中的煤泥颗粒在重力作用下实现自由沉淀，达到煤泥与水的分离[1-2]。为了提高煤泥水处理效果，常向煤泥水中加入絮凝剂溶解液[3]，目前选煤厂煤泥水处理主要是添加絮凝剂[4]。在不同入料（絮凝剂）方式下，研究了浓缩池内的流速规律、表层流线，进一步分析了不同入料方式对煤泥沉降效果的影响[5]。通过絮凝剂溶解规律曲线试验和不同溶剂温度下絮凝沉降后的透光率与时间的关系，得出煤泥沉降分布规律的数学方程，为煤泥水的沉降处理和间接检测临界面提供重要理论依据，具有深远的实践意义。
1 煤泥水絮凝沉降影响因素分析
煤泥水硬度对絮凝剂絮凝效果有很大影响，煤泥水中Mg，Ca浓度则是影响水硬度的主要因素[7]，当水的硬度较小时，煤泥水中的Mg2+，Ca2+无法大量中和带负电荷的煤泥颗粒,煤泥颗粒由于相对稳定的排斥力呈悬浮状态；当水的硬度较大时，煤泥水中的Mg2+，Ca2+大量中和带负电荷的煤泥颗粒，降低了颗粒表面的电位，颗粒间相互排斥力降低，从而使小颗粒逐渐凝聚，实现固、液的彻底分离。
本文所研究絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺，如果单独添加到煤泥水中，则由于煤泥水中分子结构和煤泥固体颗粒均带负电，互相排斥，对煤泥水沉降作用不大。若使煤泥水中Ca2+，Mg2+离子含量增多，煤泥水中的正、负电荷相互中和，固体颗粒之间的排斥力降低，增强了煤泥水的絮凝沉降效果，此时再向煤泥水中加入絮凝剂，由于煤泥水中的胶体颗粒失稳，不但可以减少药剂用量，还将大大提高絮凝效果。因此利用煤泥水中高含量Ca，Mg实现了一定的凝聚作用，增强了煤泥沉降效果，降低了生产成本，避免了过量凝聚剂带来的沉淀物不密实的问题。 2+2+[6]2+2+
2 絮凝剂溶解液制备机理
本文通过分析絮凝剂本身的物理、化学性质，运用多次试验数据分析总结得出其溶解规律，为絮凝剂溶解液制备装置的设计提供相关依据。
2.1 絮凝剂溶解规律
絮凝剂溶解过程不是瞬间完成的，而是一个复杂而缓慢的过程。絮凝剂在水中溶解要克服分子间的相互作用力，又要移动大分子链的重心。溶解时，絮凝剂分子链自身带有的酸胺基团能相互结合为氢键，氢键在水中有很强的吸附性，氢键不断结合且逐渐变大，然后慢慢
分解。
溶解可分为2个过程。第一过程是浸润，在这一过程中，絮凝剂分子中的酰胺基吸附大量的进入絮团内部的水分子，絮团因吸水体积膨胀，而膨胀力可以克服分子间的相互作用力，使絮凝剂分子彼此分开，从而吸入更多的水分子以继续分离更多的絮凝剂分子；第二过程为熟化过程，大量溶剂分子通过布朗运动在中和溶剂的流动过程中被分开并已脱离絮凝剂絮团的絮凝剂分子慢慢舒展，使其酸胺基充分暴露在外面。
絮凝剂溶解规律曲线如图1所示。由图1可知，絮凝剂在水面上的撒放厚度与溶解时间不呈线性关系，絮凝剂撒放厚度越大，溶解时间越长。当絮凝剂厚度为10 mm时，絮凝剂基本上不溶解。考虑絮凝剂的实用性和生产工艺的可行性，确定絮凝剂溶解液制备装置药剂分散厚度应不大于3 mm。
[9][8]
图1 絮凝剂溶解规律曲线
2.2 絮凝剂熟化规律
分子运动是絮凝剂分子熟化过程的一个重要影响因素[10]，分子本身的动能即温度因素对分子运动有很大影响，当温度升高时，分子布朗运动加剧，絮凝剂长分子链的逃逸速度也会增加，溶解时间降低，效率提高。此外还可通过施加外部作用力，如搅拌等提高絮凝剂有机分子的自身动能，从而提高絮凝效果。
由分子布朗热运动可知，当温度升高时，分子运动动能增加，分子运动加剧。当分子自身能量达到临界状态时，絮凝剂有机长分子将脱离碳氢键的吸附，分解成短分子，絮凝效果
[11]大大降低。临界值的大小需要进一步通过试验来确定。
取相同质量的干粉絮凝剂均匀撒在相同质量的水中，改变水的温度分别为20，25，30，40，50，60 ℃，并保持水温恒定，静置几十分钟后，将这些溶解液样本倒入同等溶液配比的煤泥水中，在相同条件下均匀搅拌，分别测定沉降时间为10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 min时不同温度下溶解的絮凝剂沉降后的透光率，得出了不同温度下煤泥沉降时间与透光率的关系，具体如图2所示。
图2不同温度下煤泥水沉降时间与透光率的关系
由图2可知，随着煤泥沉降时间的增加，煤泥水透光率逐渐升高。当溶剂温度不大于30 ℃时，温度与煤泥水透光率成正比，即随着溶剂温度的升高，煤泥水透光率增加，沉降效果增强；当温度上升至40℃及以上时，溶剂温度与煤泥水透光率不成正比，随着温度的升高，煤泥水透光率反而下降，沉降效果逐渐降低。当超过50 ℃时，随着温度升高，煤泥水的透光率增加幅度缓慢，煤泥水沉降变化缓慢，因此絮凝剂溶解温度不宜超过50 ℃，一般控制在30~50℃之间为宜。
3 絮凝剂制备装置的研究
通过分析煤泥水絮凝沉降的影响因素和絮凝剂溶解液的制备机理，得出了絮凝剂制备装置试验原理，具体如图3所示。
图3 絮凝剂制备装置试验原理
为了控制絮凝剂干粉给料的快慢，在料斗下设有振动给料器，由4级电机驱动，用变频器控制给料电机的转速。首先将水入口接至温度一定的自来水，通过入口流量阀调节水入口流量，流量大约为13 L/min，直到水箱加满时，控制振动给料器均匀入料，电机转速相对应的电流频率分别为300 r/min，10 Hz；600 r/min，20 Hz；900 r/min，30 Hz；1200 r/min，40 Hz。干粉絮凝剂的质量按水箱体积4 m3计算，且絮凝剂溶解液配置质量分数按0.15%计算后为6 kg。振动给料器将6 kg絮凝剂均匀倒入水箱，同时向水箱内缓慢注水，使水箱内液体总体积最终达到4m3。在试验进行的同时打开搅拌器，观察和记录絮凝剂的溶解情况。当频率小于600 Hz时，絮凝剂结块现象基本不会出现；当频率不小于900 Hz时，絮凝剂会出现一些小块。为保证设备稳定，生产安全，最终选定干粉絮凝剂给料频率为600 Hz。 5 结 论
本文通过对煤泥水絮凝沉降影响因素和絮凝剂溶解液制备的机理的研究，得出了以下结论。
（1）在溶解装置中，系统本身操作控制的稳定性、煤泥水的硬度、絮凝剂的种类等都会对煤泥水溢流浓度的控制效果产生一定的影响；
（2）本文以絮凝剂的物理、化学性质的相关理论为依据进行分析得出：絮凝剂在溶液状态下不宜长期保存，因此絮凝剂溶解液只能在需要时要现用现配。
（3）通过分析煤泥水絮凝沉降的影响因素和絮凝剂溶解液的制备机理，为保证设备稳定，生产安全，最终选定干粉絮凝剂给料频率为600 Hz。
参考文献 [1] 程小冬．煤泥水的处理技术研究[J]．洁净煤技术,2009, 5:27-29.
[2] 蒋灵，张超．絮凝剂在煤泥水处理中的使用技术[J]．矿山机械,2007,10:74-76.
[3] 吴式瑜．中国煤炭发展三十年[J]．煤炭加工与综合利用,2009,1:1-5.
[4] 程宏志，常秀芳，顾欣．我国选煤厂煤泥水处理技术现状与发展方向[J]．选煤技术,2003,6:55-58,18.
[5] 湛含辉，罗彦伟．高浓度细粒煤泥水的絮凝沉降研究[J]．煤炭科学技术程,2007,2:76-79,83.
[6] 马永梅．煤泥水处理方法的研究[J]．煤炭科学技术,2007,5:80-83.
[7] 吉登高，郭旭龙，蔡光顺等．水质变化对煤泥水絮凝沉降的影响[J]．洁净煤技术,2011,1:12-15.
[8] 苏丁，雷灵琰，王建新．凝聚剂、絮凝剂在难净化煤泥水中的应用[J]．选煤技术,2000,2:10-12.
[9] 杨红霞，程小冬，刘为东．兴隆庄煤矿选煤厂煤泥水沉降试验研究[J]．矿业安全与环保,2009,6:34-35,38.
[10] 毕梅芳，王怀法，余萍．煤泥水溶液化学环境对絮凝效果影响的研究分析[J]．洁净煤技术,2009,3:24-26.
[11] 李东颖，丁淑芳．煤泥水的絮凝沉降试验研究[J]．华北水利水电学院学报,2009, 3:99-102