煤泥水中高嶺石顆粒表面水化作用機理研究.pdf

1、高泥化煤泥水中含有大量的微細粘土礦物顆粒是其難以沉降澄清處理的一個重要原因。由于這些粘土礦物顆粒表面具有大量的親水基團，在水溶液中其表面會產(chǎn)生一層水化膜從而增加了顆粒間的水化斥力，傳統(tǒng)的以DLVO理論為基礎(chǔ)的凝聚技術(shù)無法有效地實現(xiàn)這些微細顆粒間的聚團沉降，因此研究粘土礦物顆粒表面的水化作用機理，探索破解顆粒表面水化膜的方法是實現(xiàn)高泥化煤泥水高效沉降澄清處理的一項重要內(nèi)容。高嶺石是煤泥水中的主要礦物成分之一，本文采用試驗分析、理論計算和計

2、算機模擬的研究方法，模擬煤泥水的溶液特性，以pH值、煤泥水中常見離子、離子濃度等溶液性質(zhì)作為影響因素，研究了煤系高嶺石顆粒表面理化特性及與煤泥水的相互作用、顆粒表面的荷電機理及溶液性質(zhì)對水化作用的影響規(guī)律，測定了顆粒表面水化參數(shù)，分析了高嶺石顆粒在不同性質(zhì)溶液中與水分子相互耦合的作用機理，并通過分子動力學(xué)模型軟件建立了高嶺石顆粒表面水化作用模型，為破解煤泥水中高嶺石表面水化膜，實現(xiàn)高泥化煤泥水的高效沉降澄清處理提供理論支持。
　　

3、高嶺石顆粒表面理化特性及與煤泥水的相互作用研究表明，高嶺石顆粒表面含有大量的硅醇基(＞SiOH)和鋁醇基（＞AlOH）等含羥基組，這些羥基組在低的pH溶液中會產(chǎn)生質(zhì)子化作用，從而使溶液pH升高，同時增加了顆粒表面羥基數(shù)量，而在高pH溶液中會產(chǎn)生去質(zhì)子化作用，從而使溶液pH降低，硅氧基(＞SiO)和鋁氧基(＞AlO)基團數(shù)量增多;對于偏堿性的煤泥水，高嶺石主要有降低煤泥水pH值的作用，同時高嶺石顆粒結(jié)構(gòu)中及其表面吸附其它元素會溶解到煤泥水

4、中，從而增加煤泥水中金屬陽離子濃度;煤泥水中的陽離子對高嶺石顆粒表面的質(zhì)子化有抑制作用，對去質(zhì)子化有促進作用。
　　高嶺石顆粒表面的荷電機理研究表明，煤系高嶺石顆粒的IEP在3.00左右，PZNPC為5.65，煤泥水中高嶺石顆粒各面均荷負電荷，整個顆粒的ζ電位在-60mV左右;煤泥水中K+、Na+離子主要通過壓縮溶液中顆粒表面雙電層及抑制質(zhì)子化作用或促進去質(zhì)子化作用來影響顆粒表面電動特性的;Mg2+、Ca2+離子則主要是通過壓縮雙

5、電層和在顆粒表面產(chǎn)生特性吸附的方法來降低顆粒表面ζ電位，當離子濃度達到0.1mol/L時，顆粒表面ζ電位接近零值，并在較寬的pH值范圍內(nèi)保持穩(wěn)定;無機鹽類的Al化合物則通過Al3+的水解降低溶液pH，減少顆粒表面的去質(zhì)子化作用來降低煤泥水中微細顆粒表面ζ電位，同時利用粘土類礦物顆粒IEP點較低，Al(OH)3(S)顆粒IEP較高的特點，將Al(OH)3(S)沉淀物覆蓋到粘土礦物顆粒表面，從而提高高嶺石顆粒IEP值，使IEP值接近煤泥水p

6、H值來降低顆粒表面ζ電位;高嶺石顆粒粒度越小，顆粒表面酸堿響應(yīng)系數(shù)α值越大，顆粒表面羥基越多，在溶液中的質(zhì)子化去質(zhì)子化能力越強。
　　水化作用機理研究表明，高嶺石顆粒表面的水化能力要遠強于溶液中離子的水化能力;Na+、K+等離子主要是通過改變顆粒表面擴散雙電層內(nèi)游離水的含量以及影響顆粒表面與水分子的直接水化作用能力來使雙電層中剪切面產(chǎn)生移動，從而改變顆粒表面水化膜的厚度;Ca2+、Mg2+等高價離子在高嶺石顆粒表面的特性吸附，影響