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煤泥水中的粘土矿物严重影响着选煤厂的分选精度和固液分离效率。其中蒙脱石的影响是制约选煤过程固液分离的关键因素。为消除蒙脱石的不利影响,添加电解质和调整矿浆pH值一直是行之有效方法。但其内在机制仍需进一步研究。本文探索了固含量、酸碱性以及离子浓度等悬浮液环境对沉降与过滤性能的影响规律,根据蒙脱石悬浮液的表观粘度与剪切应力采用Herschel-Bulkley模型计算了悬浮体系的屈服应力,分析了悬浮液环境对蒙脱石流动性、颗粒间网络结构强度的影响,并从颗粒不同面间相互作用能的角度研究了蒙脱石固液分离机理。结果表明:
(1)悬浮液固含量在0.6-30.0g/L的范围内蒙脱石均不会自发沉降;悬浮液固含量越高,蒙脱石过滤性能越差。蒙脱石悬浮液pH值为2.5时自发形成絮团并聚沉,弱酸、弱碱条件下蒙脱石悬浮液均呈分散态;蒙脱石在自然pH值时过滤性能最差,而在强酸环境时过滤性能明显提高。离子浓度对沉降性能影响效果较为明显,在离子浓度为10-3M的弱酸性悬浮液中,蒙脱石也能够发生聚沉,当离子浓度增加至10-1M时蒙脱石在整个pH范围内均能形成沉降;悬浮液在强酸环境时不受过滤过程中滤饼形成的影响,而在弱酸性和碱性条件下悬浮液过滤性能随pH值和离子浓度的升高而加快。
(2)钠基蒙脱石悬浮液的表观粘度随固含量的增加而增大。稀悬浮液下钠基蒙脱石在同一pH条件下随着悬浮液离子浓度提高表观粘度也均有提高,在同一离子浓度下随着pH提高表观粘度逐渐下降。在整个pH范围内,蒙脱石悬浮液体系的屈服应力随着悬浮液离子浓度升高而增大。
(3)钠基蒙脱石在酸性条件低离子浓度的悬浮液中形成端面-基面三维缔合结构,有利于沉降但此结构较为封闭且存在结构空间,过滤过程中不利于水分子的流出,而碱性条件高离子浓度悬浮液形成的基面-基面堆叠的缔合结构亦可促进蒙脱石颗粒沉降,该结构层间距较小,结构空间中水分子较少,对悬浮液的过滤性能起到促进作用。因此,通过悬浮液的溶液条件调控颗粒的凝聚行为是解决蒙脱石固液分离问题的有效方法之一。
(1)悬浮液固含量在0.6-30.0g/L的范围内蒙脱石均不会自发沉降;悬浮液固含量越高,蒙脱石过滤性能越差。蒙脱石悬浮液pH值为2.5时自发形成絮团并聚沉,弱酸、弱碱条件下蒙脱石悬浮液均呈分散态;蒙脱石在自然pH值时过滤性能最差,而在强酸环境时过滤性能明显提高。离子浓度对沉降性能影响效果较为明显,在离子浓度为10-3M的弱酸性悬浮液中,蒙脱石也能够发生聚沉,当离子浓度增加至10-1M时蒙脱石在整个pH范围内均能形成沉降;悬浮液在强酸环境时不受过滤过程中滤饼形成的影响,而在弱酸性和碱性条件下悬浮液过滤性能随pH值和离子浓度的升高而加快。
(2)钠基蒙脱石悬浮液的表观粘度随固含量的增加而增大。稀悬浮液下钠基蒙脱石在同一pH条件下随着悬浮液离子浓度提高表观粘度也均有提高,在同一离子浓度下随着pH提高表观粘度逐渐下降。在整个pH范围内,蒙脱石悬浮液体系的屈服应力随着悬浮液离子浓度升高而增大。
(3)钠基蒙脱石在酸性条件低离子浓度的悬浮液中形成端面-基面三维缔合结构,有利于沉降但此结构较为封闭且存在结构空间,过滤过程中不利于水分子的流出,而碱性条件高离子浓度悬浮液形成的基面-基面堆叠的缔合结构亦可促进蒙脱石颗粒沉降,该结构层间距较小,结构空间中水分子较少,对悬浮液的过滤性能起到促进作用。因此,通过悬浮液的溶液条件调控颗粒的凝聚行为是解决蒙脱石固液分离问题的有效方法之一。