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煤泥水中微细蒙脱石颗粒表面水化作用机理研究

彭陈亮  
【摘要】:煤炭工业发展部“十二五”规划提出到2015年原煤入洗率要达到65%以上,实现煤泥厂内回收,洗水闭路循环。在煤炭的洗选加工广度和深度日趋完善的形势下,煤泥水高泥化现象对煤炭洗选加工以及煤泥水处理效果的影响度显得更加突出。 采集淮南矿区某选煤厂难沉降高泥化煤泥水进行溶液化学性质、粒度组成、矿物组成分析,发现煤泥水中细粒含量多、灰分高、含有大量粘土矿物。高泥化煤泥水难沉降的根本原因是其含有大量微细的粘土矿物,包括高岭石、伊利石和蒙脱石。粘土矿物的破碎面上会有一定程度的不饱和键,当它们被浸泡在水中时会吸附水分子和水合阳离子,发生水化作用,形成扩散双电层和水化层。微细粘土矿物颗粒表面的水化作用在高泥化煤泥水难处理问题中占有重要作用。 通过激光粒度分析仪测量方法探究溶液pH、电解质种类、浓度以及老化方式等因素对蒙脱石在水中粒度变化规律,结果表明电解质浓度越高、或者阳离子价态越高、或者pH越低,蒙脱石完全老化后的粒度均会越大。由基于爱因斯坦粘度理论的微细颗粒悬浮液的相对粘度η/ηo与颗粒体积分数Φp的线性关系推导出水化度f作为表征颗粒水化作用程度的指标,并采用高性能AR-G2型流变仪研究了pH、电解质种类及浓度对蒙脱石表面水化作用的影响规律,结果表明①随电解质浓度的增加水化度先变大后减小。在浓度分别为0.001mol/L、0.005mol/L、0.01mol/L的NaCl溶液中,蒙脱石的水化度分别为49.948、54.492、47.272;在浓度分别为0.001mol/L、0.003mol/L、0.005mol/L的CaCl2溶液中,水化度分别为41.656、54.6、41.248;②pH越高水化度呈增大趋势。在pH分别为3、5、7、9、11的溶液中,蒙脱石的水化度分别为31.847、40.088、47.46、50.648、47.192;③电解质阳离子化学价越高,水化度越小。在浓度为0.001mol/L的NaCl、CaCl2和AICl3溶液中,蒙脱石的水化度分别为54.492、41.656、23.264;④Ca2+和K+属于水化抑制离子,而Mg2+和Na+属于水化促进离子。这些研究结果为对煤泥水中微细粘土矿物进行表面改性,以及高效疏水聚团沉降方法在煤泥水处理中的应用发展提供了一定的理论基础。


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