矿物加工(2-5)全解.ppt

1、矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第一章 固液分离体系,第三章 粗粒物料的脱水设备（施）,第四章 沉降分离,第二章 固液分离工艺,第六章 细粒物料的脱水方法与设备,第五章 絮凝化学,第七章 分离效果及评价,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,在煤泥水的多相分散体系中，微细颗粒的存在对其沉降和过滤特性起着决定性的作用，借助于化学手段使微细颗粒聚集成较大颗粒絮团，成为改善煤泥水沉降及固液分离效果的有效途径。 加入某些离子，通过降低颗粒间电性斥力使份散体系失去稳定性而形成凝聚体，称凝聚。 由于溶在液相中的高分子聚合物与细颗粒的吸附以及自身的架桥作用，使分散体系失于稳定性而

2、形成絮状结合体，称为絮凝。 絮凝化学包括凝聚与絮凝原理，凝聚剂和絮凝剂的制备、性质、使用等。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,一、凝聚理论 1. 颗粒受力 细粒分散体系中颗粒受两种力作用(确切讲受两种力支配)： 1)范德华引力。由构成颗粒的分子综合作用形成。特点：属引力，有利于颗粒凝聚；随颗粒间距减小而显著增大。力的大小与间距三次方，二次方成反比)。 2)静电作用力。由颗粒表面荷电而引起的颗粒电性作用力。静电吸引与排斥，取决于相互作用的颗粒所表现的电性（正负与大小）；与范德华引力相比，静电作用力属长程力。,矿物

3、加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,2. 同相凝聚与异相凝聚 具有相同颗粒表面电位的颗粒之间的凝聚称为同相凝聚。由于表面电位相同，颗粒之间受静电斥力作用。同相凝聚过程由DLVO理论加以叙述。 表面电位不同的异类颗粒之间的凝聚为异向凝聚。异类凝聚的静电作用分两种情况：1)相反电性(或一方不带电)的颗粒，总受到其静电引力作用；2)具有相同电性但大小不一的颗粒，相距较远时表现为静电斥力；而距离变小后又呈现静电吸引。在两类异相凝聚中，前后为自发过程，而后者则取决于荷电较小的颗粒电量。 在煤泥水体系中，由于煤和矿物质颗粒在正常P

4、H条件下都荷负电，且电位相差不在，因此以同相凝聚为主。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,3. DLVO理论 该理论认为一对颗粒之间的相互势能由两部分组成： (1)双电层静电排斥能VR； (2)分子作用能VA； 这两方面作用能具有加合性，相互作用总势能VT为：VT=VA+VR,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,随着颗粒之间距减少，总能量出现三个极值： 1)第二能谷。颗粒间距较大，形成准稳态凝聚体，自发过程， 2)能峰(势垒)。形成稳

5、定凝聚体的能量障碍。 3)第一能谷。颗粒充分靠近，形成稳态凝聚体，自发过程。 对于微细颗粒体系，无法施加外部能量克服势垒。只有通过降低势垒的方法使其凝聚。而势垒主要取决于颗粒静电能，只有通过添加某些离子，改变水中离子数量及构成，降低颗粒电动电位是促成颗粒凝聚的一条有效途径。这就是凝聚的作用原理，也是不同水质煤泥水为什么处于不同分散状态的原因所在。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,二、絮凝原理 絮凝原理是和絮凝剂的结构相关联。 絮凝剂通常是有机高分子化合物，它有两部分构成：高分子骨架，活性基因。絮凝作用是由它们共

6、同完成的。活性基因与颗粒表面通过各种键合作用，使得颗粒与絮凝剂结合。它决定了絮凝剂的键合类型以及键合的颗粒种类(即絮合的选择性)。高分子骨架起到一种架桥作用，把粘结颗粒的絮凝剂分子联系在一起，形成絮团。 分子大小与絮团结构及大小密切关系，因此，絮凝剂分子量对絮凝效果影响很大。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,三、无机凝聚剂 常用无机凝聚剂如下表 表 常用凝聚剂表,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,1. 铝盐和铁盐凝聚剂 铝盐和铁盐在水中存在形态不同，产生凝聚的机理也不同。 1)电中和凝聚。在离子含量较低情况下，Al3+和Fe3+主要以低聚合度高

7、正电荷多核络离子形态存在，对水中颗粒起电中和作用。 2)架桥絮凝。当离子含量达到一定浓度时，Al3+和Fe3+主要以高聚合度低电荷的无机高分子及凝胶状化合物的形式存在，它们在颗粒间起粘接架桥作用，使之絮凝。 3)吸附卷扫。当离子含量较大时，Al3+和Fe3+以微小的氢氧化物凝聚形态存在，吸附和粘结水中胶体杂质，卷带它们一起从水中分离出去。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,2. 无机高分子聚合物 聚合氯化铝是这类物质的代表。它并非单一分子，而是同一类不同形态的化合物，其通式为Aln(OH)mCl3n-m或Al2(OH)mCl6-mn,例如，Al2(OH)5Cl、Al6(

8、OH)14Cl4、Al13(OH)34Cl5以及Al2(OH)5Cln等。 聚合氯化铝是一种将铝盐预先控制在适宜条件下而制成的带有适量电荷和较大聚合度的无机高分子电解质。它本质上与其它铝盐相同，只是以最优形态投入水中以立即发挥作用。聚合氯化铝采用两个指标去表征：碱化度B、聚合度n。碱化度B=OH/3Al，即化合物中的羟基与铝的当量比。B值越高，说明化合物物中羟基比例越大，其粘接架桥作用越强，但易生成AlOH3沉淀而稳定性差。聚合度n即分子式中的n值，它表明高分子的分子量。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,3. 低价金属的盐类 这类离子在水中多以离子形式存在，主要通过压

9、缩双电层降低表面电位达到凝聚的目的。 在以上三类凝聚剂中，由于无机离子凝聚剂用量少，效果好，目前应用最广泛。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,四、絮凝剂 絮凝剂分为天然高分子化合物和人工合成有机高分子化合物。 天然高分子絮凝剂有淀粉类、纤维素的衍生物、腐植酸钠、藻类及盐、蛋白质等。它们为水溶性聚合物，其化学结构、分子量、活性基各不相同，目前我国应用和生产这类絮凝聚很少。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,人工合成高分子絮凝剂分为以下三种类型。 1）阴离子型。如聚丙烯酸盐，水解聚丙烯酰胺、

10、脂、腈；聚苯乙烯磺酸，纤维素/淀粉黄药，聚丙烯酰胺二硫代氨基甲酸，聚磷酸乙烯脂。 2）阳离子型。聚乙烯亚铵，聚（N-甲基-4-乙烯氯化吡啶），聚（2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵）。 3）非离子型。聚乙烯醇，聚氧化烯，聚丙烯酰胺。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,选煤厂目前广泛采用水解聚丙烯酰胺类絮凝剂。 考虑到键合作用与桥架作用的总体平衡，水解聚丙烯酰胺的水解度以30%为宜。 由于矿物和煤粒表面荷负电，阳离子型絮凝剂尤为合适，但该类型絮凝剂合成工艺复杂，价格高，目前在我国还很少生产和使用。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,矿物加工学（2）,

11、第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,五、药剂的应用及选择 1. 应用范围 凝聚剂的应用主要两方面：与絮凝剂配合，用于较高浓度煤泥水处理；单独应用处理低浓度污水以获得澄清水。此外，部分凝聚剂在分选过程中起到分散剂和PH调整作用。 絮凝剂用于分选和固液分离。用选择性强的絮凝剂进行选择性絮凝，是分选微细粒煤和矿物的有效方法。在固液分离时，可作为沉降絮凝剂加速颗粒沉降（如浓缩机，沉降式离心机）。也可作为助滤剂(如带式挤压机、过滤机)，以改善物料的可过滤性。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,2. 种类选择与用量确定 药剂选择与用量确定大体遵循以下步骤： 1)首先应根据煤泥水

12、的沉降特性，筛选出几种凝聚剂和絮凝剂。 2)根据单元沉降试验确定两种药剂配合方式、药剂种类、用量范围。 3)参照试验用量范围最后由工业试验确定确切用量。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,完成单元沉降试验时应注意几点： 1)煤泥水样品的全面代表性(浓度、粒度、水质)。 2)试验过程必须保证相同合理的操作条件。 3)要全面评价沉降效果并与现场要求相一致。 4)要注意经济因素及药剂供应条件。 工业调试最终确定用量，但保证顺利调试必须做到： 1)煤泥水浓度保持较低或正常水平时开始调试。 2)凝聚剂采用从高用量朝低用量调，而絮凝剂采用低用量朝高用量调，最终达到合理用量。,矿物加工学（2）,第一篇 固液分离技术,第五章 絮凝化学,3. 药剂准备与添加 凝聚剂，按5%配制，添加位置选择应以保证有一定的搅拌时间为原则。 絮凝剂，按0.1-0.15%低浓度配制，现配现用。配制过程中应保持充分分散与溶解，准