引言
煤泥水处理作为选煤厂生产中的重要一环，关乎到洗选效果、产品质量、环境效益等因素。煤泥水沉降特性会受到多种因素影响，其中水质硬度是核心因素。水质硬度通常是由水中钙、镁等离子含量决定，会直接影响煤泥水中颗粒运动行为，包括分散、聚集、沉降等。进一步研究煤泥水沉降特性和水质硬度之间的关系，对于优化煤泥水处理工艺、提高选煤厂生产效率有着重要意义。
1. 煤泥水的组成与性质
煤泥水是指一种含有煤、矿物质、多种离子构成的复杂悬浮体系。矿物中包含了黏土矿物、碳酸盐矿、氧化物矿、硫酸盐矿等，这些物质都会对煤泥水的沉降特性产生影响。特别是黏土矿物具有易泥化的特点，在水中容易分散成为微小颗粒，导致煤泥水黏度、浓度增加，加大了沉降难度。再者，煤泥水中颗粒的粒度分布、ζ电位以及系统特点，也会对沉降产生一定的作用[1]。
2. 水质硬度对煤泥水沉降特性的影响机制
2.1离子间相互作用
粘土物质表面离子可以与泥煤水中的钙、镁等离子产生吸附和交换作用。这些离子存在改变了颗粒表面电荷性质、双电层结构，导致颗粒间静电斥力相互影响。一旦水质硬度增加，则会减少颗粒表面负电荷，削弱静电斥力，有助于颗粒沉降和聚集。
2.2压缩双电层
钙、镁等离子可以起到黏土颗粒周围双电层的压缩作用。双底那层是指颗粒表面带有电荷且在周围形成的反离子层，其厚度会对颗粒间相互作用产生影响。如果水质硬度较高，则更多阳离子会进入双电层，导致厚度较小，降低颗粒间静电排斥，加速颗粒凝聚、沉降[2]。
2.3中和表面电荷
粘土矿物表面上自带负电荷，让颗粒之间相互间产生斥力，导致沉降十分困难。钙、镁等离子可以将部分避免电荷中和，让颗粒间的斥力降低，从而更容易聚集并形成团聚体，提高沉降速率。
2.4形成沉淀或络合物
在一定条件下，钙、镁等离子会和水中其他离子、物质产生反应，出现沉淀或络合物。这些物质可有效吸附到煤泥颗粒表面，使其有效粒径增加，从而加速沉降。
3. 试验研究与分析
3.1试验材料与方法
为了进一步研究水质硬度对煤泥水沉降特性的影响，本次试验选取了2个矿区具有代表性的煤泥水样品，即样品A、样品B，其中样品A的粘土矿物质含量相对较低；样品B的粘土矿物质含量相对较高。采用化学分析方法确定样品的初始物理化学性质，包括颗粒力度分布、矿物组成、初始ζ电位、初始水质硬度。试验期间，通过逐步增加钙盐、镁盐含量的方法调节水质硬度，分别设置了5个硬度梯度，包括100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L。
每个硬度梯度均采取重复性试验以确保所得数据可靠性。选择恒温、恒压的条件下开展沉降试验，使用量筒式沉降仪进行测量。沉降期间，采用定时取样法来测量不同时间节点沉降界面高度，并计算得出沉降速度。借助分光光度计测量清液透光率，定量评估煤泥水澄清程度。
3.2试验结果与讨论
3.2.1沉降速度变化
根据试验结果，在初始硬度为100mg/L时，煤泥沉降速度平均达到0.5cm/min，沉降速度较慢。随着钙盐、镁盐投入量增多，水质硬度也逐渐增加，沉降速度也有明显上升趋势，待到水质硬度为300mg/L时，沉降速度提升明显，达到了1.2cm/min。但随着硬度继续增加至500mg/L时，沉降速度有明显减缓趋势，稳定在1.5cm/min左右。可见，水质硬度存在优化范围，也就是在一定范围内增加水质硬度可显著提升沉降速率，但超过该优化范围，沉降效果提升情况逐渐弱化。
3.2.2上清液透光率变化
通过试验表明，上清液透光率具有一定的规律性。在水质硬度达到100mg/L时，煤泥水澄清效果较差，上清液透光率为30%左右。随着逐渐添加钙盐和镁盐，上清液透光率也随之增加。在硬度达到300mg/L时，透光率相比初始条件提升近1倍，约为60%。继续增加水质硬度直至500mg/L，最终测得透光率在75%左右，进一步改善了煤泥水的澄清程度[3]。
3.2.3样品差异
通过对样品A和样品B进行试验发现，由于样品A中的黏土矿物含量相对较低，在水质硬度达到200mg/L时即可获得较为理想的沉降速度和清液透光率，分别达到1cm/min、55%。样品B由于粘土矿物含量相对较高，在水质硬度提升至400mg/L时，才可以获得与样品A大体相当的沉降效果，沉降速度和上清液透光率分别达到0.9cm/min、50%。表明煤泥样品性质差异对水质硬度响应度不同，所以实际生产中需要根据煤泥具体特性确定最佳的水质硬度条件。
3.2.4与其他因素的交互影响
在试验当中还观察到水质硬度和其他因素之间存在交互影响情况。如煤泥颗粒度较小的情况下，即便提高了水质硬度，对沉降效果的影响也十分有限。其中一组试验中，煤泥样品的颗粒粒度小于10μm，即便将水质硬度提升至500mg/L，其沉降速度只有0.8cm/min，上清液透光率为65%。相比颗粒粒度大于50μm的煤泥样品，将水质硬度提升至300mg/L，其沉降速度即可达到1.3cm/min，上清液透光率达到70%。此外，ζ 电位也是重要影响因素之一，在煤泥颗粒ζ电位绝对值达到30mV是以上时，增加水质硬度对沉降效果影响不明显。而ζ电位降到20mV以内时，增加水质硬度可显著提升颗粒的聚集、沉降效率[4]。
由此可见，水质硬度对煤泥水沉降特性的影响是个复杂过程，不能仅凭借某个参数而定，受到煤泥来源、颗粒粒度、ζ电位等多因素共同影响，在处理中应根据实际情况采取针对性措施。煤泥水处理中通过综合考虑这些因素，通过试验分析方法确定最佳水质硬度条件、处理工艺，从而提高煤泥水沉降速率、澄清度。
结束语
综上所述，通过上述分析可知，水质硬度对煤泥水沉降特性有着显著影响，在水质硬度较低的条件下，煤泥水沉降速率较慢，适当提升水质硬度可加速颗粒的聚集和沉降，提高上清液的透光率。影响水质硬度的因素包含饿了粘土矿物含量、循环水使用、外部添加剂等因素，为了优化煤泥水沉降特性，必须要综合考虑这些因素，合理调节水质硬度，加强水质监测与管理，优化选煤工艺和工艺条件。总之，通过深入了解水质硬度与煤泥水沉降特性的关系，可以为选煤厂的煤泥水处理提供科学依据，提高生产效率，降低成本，同时减少对环境的影响。
参考文献
[1] 宋文革,杨娟利.水质硬度对煤泥水沉降特性的影响[J].洁净煤技术, 2023, 29(S02):650-653.
[2] 赵辉,崔广文.聚二甲基硅氧烷对煤泥浮选泡沫的强制消泡研究[J].洁净煤技术, 2021, 27(6):212-217.
[3] 乔治忠,曹艳军,刘利波,等.准能选煤厂煤泥水特性及沉降影响因素分析[J].煤炭加工与综合利用, 2020(4):501-503.
[4] 马西群,宋占彬.电厂高盐水作为煤泥水沉降凝聚剂研究[J].山西焦煤科技, 2020, 44(7):305-307.
