中國是全球最大的煤炭生產與消費國,并且在以后的發展中其依然是我國主要的消費能源。在這種大背景下,儲量相對比較豐富的煤炭資源的重要性日益突出。尤其隨著煤開采過程中機械化程度的提升,在選煤廠入選的原煤中,粒徑﹤0.5mm的細粒煤含量逐漸增加。濕法選煤是煤炭分選的首選工藝,通過將水或水的混合物作為分選介質來達到將原煤中的雜質剔除的目的。據統計,通常每洗選1t原煤就要用3~5t水,目前全國選煤用水量已達到每年62億t。雖然大量的選煤廠配備了水處理工藝設施,使洗煤污水的循序利用率達到了86.63%左右,但由于技術、成本等方面的限制,每年未經處理被排放的煤泥水仍有大約4000萬噸。
煤泥水大致可分為兩種:一種是煤質較好的原煤洗選所產生的煤泥水,其中所含固體顆粒粒度較大,濃度較低,處理工藝相對比較簡單;另一種是煤化程度低、灰分和雜質含量較高的高泥質原煤洗選后產生的煤泥水,其懸浮物濃度高,顆粒微小,且煤粒表面大多帶有較強的負電荷,同性相斥使其在水中長期保持懸浮狀態,易形成穩定的類膠體系統,后期處理難度較大。針對較難沉降處理的高泥化煤泥水,必須使用合理的煤泥水處理藥劑才能達到更好的沉降效果。因此對煤泥水處理藥劑的研究開發,已成為本領域以及國內外研究的焦點。
絮凝劑是目前煤炭行業中應用較廣泛的一類煤泥水處理藥劑,按其成分主要可分為有機高分子絮凝劑和無機絮凝劑兩大類。其中有機高分子絮凝劑又可分為合成型與天然型兩種:合成有機高分子絮凝劑在使用過程中具有添加量少,反應迅速,不易受外部因素影響,并能回收利用等優點。但其難降解性與合成過程中聚合單體的殘留卻易造成二次污染,大部分的單體不僅具有強烈的神經毒性,而且屬于強致癌物,已經有許多國家與領域對此類絮凝劑禁止或限量使用。天然高分子絮凝劑是將蛋白質、多聚糖、木質素、幾丁質等天然有機高分子作為基體,再通過化學改性得到的一類具有無毒、可安全降解等特性的高分子絮凝劑。但其絮凝活性較弱,不利于廣泛的工業化開發應用。
無機絮凝劑由于其采用的原料是無機物,具有價廉、原料易得等優點,而受到科研工作者的青睞。其按分子量大小可以分為無機低分子絮凝劑與無機高分子絮凝劑兩大類。無機低分子絮凝劑價格低廉、資源豐富,儲藏運輸方便。但因使用過程中,剩余殘渣較多,絮凝效果不佳,已經逐漸被無機高分子絮凝劑所取代。而無機高分子絮凝劑其相對分子質量、粒度、穩定性以及絮凝架橋能力仍與有機絮凝劑相差甚遠。所以,制備出一種生產成本低、絮凝性能好的復合型高分子絮凝劑已成為研究與開發的重點方向。
作為新型絮凝劑的代表,復合型高分子絮凝劑以其在性能上成倍優于傳統絮凝劑的特點而得到迅速發展。復合型高分子絮凝劑是指將兩種或多種單組分絮凝劑通過某些化學反應,形成高分子量的共聚復合物,這樣既克服彈性組分絮凝劑的不足,又發揮了各自的優點,聚合度顯著增強,產生了顯著的增效互補作用。目前研制和應用的各種復合型絮凝劑主要有鋁鐵復合、鋁鎂復合、無機-礦物復合型等,尤其是無機-礦物復合型絮凝劑由于其廉價易得的特性,受到各國科研工作者的重視。其中無機-膨潤土復合絮凝劑由于其具有獨特吸附性、分散性和觸變性等優異性能,更是成為研究的熱點之一。