一种用于昭通地区酸性矿井水处理的中和剂及其制备方法.pdf

本发明为一种针对云南昭通地区中小煤矿酸性矿井水排放处理的中和剂及其制备方法。该中和剂可取代传统酸性矿井水处理中常用的石灰石、石灰乳、石灰、粉煤灰等材料，为昭通及类似地区酸性矿井水的中和处理提供了一种新的途径。该中和剂为二叠系茅口白云质灰岩。实际使用中，中和剂的最佳粒度为＜0.1毫米，酸性矿井水应先进行预沉均质处理，矿井水中加入中和剂后，应搅拌均匀。在保证中和剂最佳粒径和正确处理方法的前提下，中和剂添加量与矿井水pH值增加量之间的关系为：Y＝0.3783﹡X+1.1296(Y为矿井水pH值的增加量

1.  一种用于酸性矿井水处理的中和剂，其特征在于该中和剂为云南昭通地区的二叠系茅口白云质灰岩。

2.  根据权利要求1所述的中和剂，其特征在于，该中和剂的最佳粒径为小于0.1毫米。

3.  根据权利要求1和2所述的中和剂，其特征在于，酸性矿井水处理中，该中和剂的使用量与矿井水PH值增加量之间的关系为：Y＝0.3783*X+1.1296(x为酸性矿井水中二叠系茅口白云质灰岩的添加量(kg/m³)，Y为添加二叠系茅口白云质灰岩处理后矿井水PH值的增加量)。

4.  根据权利要求1、2、3所述的中和剂，其特征在于，经预沉均质处理的酸性矿井水中加入适量该中和剂后，应将矿井水充分搅拌，使中和剂与矿井水充分反应，搅拌均匀并经静置沉淀后，矿井水的PH值可达到排放要求。

一种用于昭通地区酸性矿井水处理的中和剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿酸性矿井水排放处理的中和剂及其制备方法。更具体的说，本发明涉及昭通地区煤矿排放酸性矿井水净化处理中的一种中和剂及其制备方法。
背景技术
昭通地区为我国南方和云南省一个重要的产煤区，煤炭储量165.82亿吨，探明储量102.27亿吨，是我国南方重要的无烟煤产地，也是我国南方第二大煤田。昭通大多数煤矿排放矿井水的PH值一般小于3.0，总酸度较高。这种强酸性矿井水不仅容易腐蚀矿井设备与排水管路，危害工人健康，而且还会对地表水和地下水造成严重污染。煤矿采空区和煤矿矿井水的排放处理一直是昭通地区煤炭工业发展、环境保护及水资源利用等各项工作中一个很重要的内容。
我国矿井水净化处理技术始于20世纪70年代末。当前，中和法是我国酸性矿井水处理上采用较多的一种方法，已投入实际应用或正开展科学研究的中和剂有石灰石、石灰、石灰乳、粉煤灰、烧碱等。石灰石中和剂，由于其价格低廉，取材方便，在国内使用较为普遍。但是利用石灰石作中和剂，往往会使处理后水的PH值难以达到国家规定的排放标准，并且对铁的去除效率较低，处理后的酸性矿井水沉淀也较多，并且为了效果更好，往往还要加入一定量的CaO或Ca(OH)₂、电石渣等，这就使得工作环境变差，所以许多原先设计石灰石作中和剂的矿井水处理站，现在绝大部分已改用石灰作中和剂。而利用石灰为中和剂的处理工艺其吨水处理成本高，石灰利用率低，中和产物难以沉降，污染量大且难以利用，工人操作环境差。常规石灰乳中和处理法受限条件较多，如果反应不完全很容易造成二次污染，从实际应用效果看，石灰乳中和法仅宜用于处理涌水量较小的酸性矿井水。另外，有研究认为利用粉煤灰处理酸性废水效果也不错，但用量大，沉淀负荷大，实际推广应用中有一定难度。用烧碱作中和剂虽用量少，污泥生成也少，但往往会增加处理后水的总硬度，而且成本高，现已基本不用。因此，酸性矿井水中和法处理上，进一步开发新型的中和剂，对节约和更好的利用矿区的水资源，保护和改善矿区良好的生态环境及当地居民的居住环境都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一是为昭通地区煤矿排放酸性矿井水的中和处理排放提供一种经济、便利、高效、安全的中和剂。本发明是申请者经多次实地考察和大量样品采集，以及数次科学实验而成，具有科学性和实用性。该中和剂获取容易，制备简单，成本低廉，使用方便，为昭通及类似地区酸性矿井水的净化安全排放提供了一种新的选择。
本发明的目的之二在于提供上述中和剂的制备方法。
本发明中和剂的成分为：二叠系茅口白云质灰岩。并且，二叠系茅口白云质灰岩的最小粒径小于0.3毫米，最大粒径不超过5毫米。
酸性矿井水处理中二叠系茅口白云质灰岩的投放量按图2中所列公式计算：
公式：Y＝0.3783*X+1.1296；式中：X为酸性矿井水中二叠系茅口白云质灰岩的添加量(kg/m³)，Y为添加二叠系茅口白云质灰岩处理后矿井水PH值的增加量。实际应用中，酸性矿井水中二叠系茅口白云质灰岩的添加量不宜超过8.75kg/m³。本发明中所述的二叠系茅口白云质灰岩来源于昭通地区。
本发明的基本原理是利用二叠系茅口白云质灰岩固有的天然成分，实现酸性矿井水的快速中和。
本发明的酸性矿井水中和剂有以下优点：(1)资源丰富，获取容易，成本低廉(2)所需配套处理设备简单，投资小，运营费用低；(3)中和速度快，处理效果好，经本工艺技术处理后的矿井水PH值完全能达到排放标准。
本发明所述的酸性矿井水中和剂使用简便。矿井水先排至沉淀池，经沉淀后再排入反应池，按公式(1)加入适量粒径小于5mm的二叠系茅口白云质灰岩，搅拌使其充分反应，沉淀后矿井水的PH值即可达到排放标准。
本发明用下述条件进行了验证：矿井水选用了昭通镇雄县煤矿矿井水，PH值2.712。二叠系茅口白云质灰岩采自镇雄县堰塘镇。本发明所述中和剂对昭通及其类似地区酸性矿井水的排放处理具有特别的意义。
附图说明
图1是“随二叠系茅口白云质灰岩使用量的增加矿井水PH值的变化”图；
图2是“二叠系茅口白云质灰岩使用量与矿井水PH值增加量之间的关系”图。
具体实施方式
本发明的实验中，用雷磁PHSJ-4A电极测定矿井水的PH值。除每次添加二叠系茅口白云质灰岩的量不同外，所有实施例的样品测试条件完全相同。实验中，首先将矿井废水在均质池中进行预沉均质处理，然后将均质处理后的矿井水排至反应池，测定矿井水的PH值，并将二叠系茅口白云质灰岩粉碎至粒径小于5mm。随后将粉碎好的二叠系茅口白云质灰岩按不同量加入反应池中的矿井水，每次添加完二叠系茅口白云质灰岩后，搅拌使二叠系茅口白云质灰岩与要处理的矿井水充分反应，最后静置沉淀，待矿井水变清后，测试经处理后矿井水的PH值，所测实验数据列于表1、2中。
表1添加不同质量二叠系茅口白云质灰岩后，矿井水PH值的变化

从表1和图1中可以看出，随着二叠系茅口白云质灰岩添加量的增多，矿井水的PH值不断增高，对PH值为2.7的总酸度较大的酸性矿井水，每立方米矿井水中添加8.75kg粒径小于5毫米的二叠系茅口白云质灰岩，便可使矿井水的PH值升高到7.15。但当加入量达到8.75kg/m³时，矿井水的PH值趋于稳定。也即实际应用中，酸性矿井水中二叠系茅口白云质灰岩的添加量不宜超过8.75kg/m³。整体上，矿井水PH值的增加量与二叠系茅口白云质灰岩的添加量基本成正比关系。
图2为剔除实验误差后，矿井水PH值增加量与中和剂(二叠系茅口白云质灰岩)间的线性关系。也即实际使用中，二叠系茅口白云质灰岩的使用量可根据公式：Y＝0.3783*X+1.1296(Y为矿井水PH值的增加量，X为酸性矿井水中二叠系茅口白云质灰岩的添加量(kg/m³)计算，但酸性矿井水中二叠系茅口白云质灰岩的添加量不宜超过8.75kg/m³。
本发明中的二叠系茅口白云质灰岩中和剂，在昭通龙潭煤系地层下部具有广泛的分布，往往是煤矿开采和巷道掘进时的副产品，获取容易，与石灰相比，不需增加采矿、运输和烧制费用，因而其成本大大低于用石灰处理酸性矿井水的成本，而且优于石灰石的处理效果。同时，其使用时的工作环境也大大优于石灰、石灰石的工作环境。
总的来说，本发明的酸性矿井水中和剂具有以下突出特点：(1)本发明的材料在龙潭煤系地层下部有广泛的分布，往往是煤炭开采和巷道掘进的副产品，原料资源丰富，获取容易；(2)该材料制取工艺简单，并且使用时不需昂贵的大型设备投资，可取代当下许多矿山在处理酸性矿井水时使用的常规中和剂；(3)该材料使用便利，无需复杂工艺，效果良好，易于推广。