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1、材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组第八章第八章 煤泥的絮凝、凝聚和助滤煤泥的絮凝、凝聚和助滤n n利用加入化学药剂，使煤泥水中的悬浮物以较利用加入化学药剂，使煤泥水中的悬浮物以较大颗粒或松散絮团的形式沉降分离的方法叫混大颗粒或松散絮团的形式沉降分离的方法叫混凝处理，它是目前煤泥水深度澄清的主要手段凝处理，它是目前煤泥水深度澄清的主要手段之一。采用无机混凝剂进行的混凝处理一般称之一。采用无机混凝剂进行的混凝处理一般称为凝聚；用高分子化合物作混凝剂进行的混凝为凝聚；用高分子化合物作混凝剂进行的混凝处理一般称为絮凝。处理一般称为絮凝。 n n对于经过分级或浓缩得到的产物，通过采用化
2、对于经过分级或浓缩得到的产物，通过采用化学药剂学药剂助滤剂，来提高过滤机和压滤机的助滤剂，来提高过滤机和压滤机的脱水效果脱水效果 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.1 凝聚和絮团凝聚和絮团8.1.1 8.1.1 胶体分散体系胶体分散体系胶体分散体系胶体分散体系n n胶体分散体系是指一种或几种物质（分散相）胶体分散体系是指一种或几种物质（分散相）均匀分散在另一种物质（分散介质）中而构成均匀分散在另一种物质（分散介质）中而构成的体系。的体系。 n n煤泥水悬浮液可以认为是一个胶体分散体系。煤泥水悬浮液可以认为是一个胶体分散体系。虽然通常指的胶体分散体系的组成微粒粒度在虽然通常
3、指的胶体分散体系的组成微粒粒度在1 1100m100m之间之间 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.1.2 胶体体系的稳定性胶体体系的稳定性n n胶体体系具三个基本性质：n n有多相性、n n高度分散性n n聚集不稳定性。n n从热力学角度看，由于胶体体系界面自由能很从热力学角度看，由于胶体体系界面自由能很大，分散颗粒有自动趋于聚集状态的倾向，所大，分散颗粒有自动趋于聚集状态的倾向，所以它是一个热力学不稳定体系。但实际上一般以它是一个热力学不稳定体系。但实际上一般胶体体系是相当稳定的。胶体体系是相当稳定的。 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组(一一) 动力
4、学稳定性动力学稳定性n n动力学稳定性可视为颗粒对抗重力的能力。分散相的每个颗粒均受到两个相反力的作用：引起沉降的重力和阻碍沉降的扩散力（布朗运动）。扩散力比值和颗粒的分散度有关，粒度越大，所受扩散力的影响越小，沉降速度越快。 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组(二二)聚集稳定性聚集稳定性n n聚集稳定性是体系保持其颗粒分散性的能力，它是胶体分散体系保持稳定性状态的主要原因，一般用胶体颗粒表面双电层现象和溶剂化作用等来解释。n n1. 1.胶体颗粒表面双电层作用胶体颗粒表面双电层作用 n n2. 2.颗粒表面的溶剂化作用颗粒表面的溶剂化作用材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿
5、物加工工程教研组8.1.3 8.1.3 胶体胶体胶体胶体微细微细粒稳定性理论（粒稳定性理论（粒稳定性理论（粒稳定性理论（DLVODLVO理论）理论）理论）理论） n n它是由它是由DerjaguinDerjaguin、LandanLandan、VerweyVerwey、OverbeekOverbeek四人在四人在2020世纪世纪4040年代提出的。该理论以溶胶粒年代提出的。该理论以溶胶粒子间的范德华引力和静电斥力为基础，二者合子间的范德华引力和静电斥力为基础，二者合力的大小和方向决定胶体体系的稳定性。力的大小和方向决定胶体体系的稳定性。n n通常认为胶粒子间的作用力主要是多分子间的通常认为胶粒
6、子间的作用力主要是多分子间的范德华引力和静电斥力。范德华引力指的是颗范德华引力和静电斥力。范德华引力指的是颗粒间的相互作用力，它是色散力、极性力和诱粒间的相互作用力，它是色散力、极性力和诱导偶极力之和。胶体颗粒间的静电斥力是由于导偶极力之和。胶体颗粒间的静电斥力是由于它周围的双电层在颗粒接近时相互作用产生的。它周围的双电层在颗粒接近时相互作用产生的。材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组n n用胶粒间的位能来说明胶体的稳定性，即溶胶粒子之间的位能V为吸引位能VA和相斥位能VR之和，即n n V=VA+VR （4-1）n n假设溶胶粒子为球形，根据胶体颗粒间的范德华假设溶胶粒子为球
7、形，根据胶体颗粒间的范德华引力和静电斥力的计算公式计算出吸引位能引力和静电斥力的计算公式计算出吸引位能VAVA和和相斥位能相斥位能VRVR，然后以位能，然后以位能V V对胶体颗粒间距离对胶体颗粒间距离H H作图，得出图称为综合位能曲线。作图，得出图称为综合位能曲线。材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组图4-4综合位能曲线材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.1.4 无机电解质的聚沉作用无机电解质的聚沉作用n n根据DLVO理论，无机电解质凝聚剂的凝聚机理，主要是浓缩凝聚和中和凝聚。浓缩凝聚主要是指由于双电层受到压缩，导致胶粒失去稳定性，而中和凝聚是指在压缩双电
8、层的同时，0下降，导致胶粒失去稳定性。材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.2 高分子絮凝剂高分子絮凝剂 8.2.1 絮凝剂的分类、结构和性质n n(一)无机高分子絮凝剂n n常见的无机高分子絮凝剂有活性硅酸、腐殖酸钠和碱式氯化铝等 n n(二)天然高分子絮凝剂n n主要有各种淀粉及其残渣、藻类、动植物胶类等 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组(三三)合成高分子絮凝剂合成高分子絮凝剂n n通常，合成高分子絮凝剂都是水溶性的高分子通常，合成高分子絮凝剂都是水溶性的高分子化合物，包括聚合电解质和非离子聚合物两大化合物，包括聚合电解质和非离子聚合物两大类，根据分子
9、键上活性基团所带电荷符号又可类，根据分子键上活性基团所带电荷符号又可将聚合电解质分为三类：将聚合电解质分为三类：n n阴离子型阴离子型在水中电离成一般的阳离子和大在水中电离成一般的阳离子和大得多的阴离子团；得多的阴离子团；n n阳离子型阳离子型在水中电离成一般的阴离子和大在水中电离成一般的阴离子和大得多的阳离子团；得多的阳离子团；n n双离子型双离子型在水中电离出大量的阴、阳离子在水中电离出大量的阴、阳离子团。团。材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组n n下面以聚丙烯酰胺及衍生物为例，介绍不同离子型絮凝剂。 非离子型 阴离子型 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研
10、组材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组聚丙烯酰胺的制法 聚丙烯酰胺的制取目前主要采用催化剂水合法：聚丙烯酰胺的制取目前主要采用催化剂水合法：n为聚合度，为高分子聚合物的结构单元数目。目前生产的非离子型聚丙烯酰胺产品，其分子量在300万1000万之间 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组改性反应n n通常通过改性反应来增强聚丙烯酰胺的作用或适应不同的用途，常见的改性反应有以下几种。n n水解反应 n n胺甲基反应n nGCAM接枝共聚絮凝剂材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.2.2 高分子絮凝剂作用机理高分子絮凝剂作用机理n n一般认为高分子絮
11、凝剂的作用有以下几种形式：架桥作用、电性中和作用、吸附作用、网捕絮凝作用。n n1.高分子絮凝剂的吸附架桥作用n n2.高聚物电解质的电性中和作用材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组高聚物的吸附特点：n n（1 1）如高聚物在吸附颗粒表面生成络合物，此时的吸附）如高聚物在吸附颗粒表面生成络合物，此时的吸附力以化学键力为主。力以化学键力为主。n n（2 2）阳离子聚电解质能够克服静电斥力，被吸附在负电）阳离子聚电解质能够克服静电斥力，被吸附在负电荷固体表面上，这不完全是高聚物分子的熵效应，还和其荷固体表面上，这不完全是高聚物分子的熵效应，还和其他的作用力（如范德华引力、氢键力）等
12、有关。他的作用力（如范德华引力、氢键力）等有关。n n（3 3）氢键力导致高聚物在颗粒表面的吸附，通常是牢固）氢键力导致高聚物在颗粒表面的吸附，通常是牢固的，因为的，因为1mol1mol的氢键力虽然很弱，但如果一个分子的链上的氢键力虽然很弱，但如果一个分子的链上有很多氢键力，其总和就会很可观。有很多氢键力，其总和就会很可观。n n（4 4）微量的）微量的Ca2+Ca2+或其他二价阳离子吸附于胶体颗粒表面或其他二价阳离子吸附于胶体颗粒表面后，对高聚物分子往往起后，对高聚物分子往往起“ “结合点结合点” ”作用。作用。n n（5 5）吸附过程往往是不可逆的。）吸附过程往往是不可逆的。n n（6 6
13、）吸附量随分子量的增大而减少。）吸附量随分子量的增大而减少。n n（7 7）高聚物和溶剂间存在竞争吸附。）高聚物和溶剂间存在竞争吸附。材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组(三)高聚物絮凝作用n n（1 1）起絮凝作用的高分子化合物通常都是链状结构。）起絮凝作用的高分子化合物通常都是链状结构。n n（2 2）任何絮凝剂都有一个最佳用量）任何絮凝剂都有一个最佳用量n n（3 3）一般絮凝剂分子量越大，其）一般絮凝剂分子量越大，其“ “架桥架桥” ”作用越强，絮作用越强，絮凝效率越高。凝效率越高。n n（4 4）高分子化合物的基团性质和絮凝有关。）高分子化合物的基团性质和絮凝有关。n
14、 n（5 5）高分子絮凝剂同天然水中的物质及水中的悬浮物，）高分子絮凝剂同天然水中的物质及水中的悬浮物，或在它之前投加的水解混凝剂的离子之间会相互发生或在它之前投加的水解混凝剂的离子之间会相互发生化学作用化学作用n n（6 6）絮凝过程取决于絮凝剂的大小和结构、被絮凝物）絮凝过程取决于絮凝剂的大小和结构、被絮凝物的性质以及和絮凝剂的混合条件、搅拌速度、强度等的性质以及和絮凝剂的混合条件、搅拌速度、强度等因素因素n n（7 7）絮凝效果的好坏和絮团本身的物理性质有很大关）絮凝效果的好坏和絮团本身的物理性质有很大关系系材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.3.18.3.1絮凝剂用
15、量的影响因素及选择絮凝剂用量的影响因素及选择 n n 絮凝剂用量大小是很重要的，当用量不足时，絮凝剂用量大小是很重要的，当用量不足时，悬浮物不能失水脱稳，絮凝效果不好；用量过悬浮物不能失水脱稳，絮凝效果不好；用量过大时，不仅造成浪费，而且颗粒因超荷现象导大时，不仅造成浪费，而且颗粒因超荷现象导致新的稳定（胶体保护作用），所以絮凝剂的致新的稳定（胶体保护作用），所以絮凝剂的用量有一最佳值，过小过大都不好。用量有一最佳值，过小过大都不好。n n 水澄清的必要和充分条件是：水澄清的必要和充分条件是：为保证悬浮为保证悬浮物颗粒在碰撞时能有效粘附，应有絮凝剂包覆物颗粒在碰撞时能有效粘附，应有絮凝剂包覆悬
16、浮物颗粒；悬浮物颗粒；要能够聚集足够多的固体颗粒要能够聚集足够多的固体颗粒来形成悬浮物絮团，以达到净化悬浮物、加速来形成悬浮物絮团，以达到净化悬浮物、加速沉降的目的。沉降的目的。8.3 絮凝剂和凝聚剂的使用絮凝剂和凝聚剂的使用材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.3.28.3.2絮凝剂使用效果的影响因素絮凝剂使用效果的影响因素 n n1.煤泥水硬度的影响n n2.煤泥水pH值的影响n n3.煤泥固体成分的影响n n4.煤泥水温度的影响n n5.搅拌作用的影响材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.3.3 无机电解质凝聚剂和高分子絮凝剂联合使用 n n高含量细泥
17、物的煤泥水难以澄清，主要是由于细泥物表面所带电荷往往较高，彼此斥力较大，此时需要首先加入一定量的无机电解质凝聚剂进行凝聚，以压缩颗粒表面双电层，然后加入高分子絮凝剂进行絮凝，这些颗粒才能很好地絮凝沉降 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.4 助滤剂助滤剂8.4.1 概述n n助滤剂是指在过滤物料中添加的能提高过滤速助滤剂是指在过滤物料中添加的能提高过滤速度或者降低滤饼水分的化学药剂。有些助滤剂度或者降低滤饼水分的化学药剂。有些助滤剂能提高过滤效率，增加滤饼产率，有些则能降能提高过滤效率，增加滤饼产率，有些则能降低滤饼水分，还有些同时起这两方面作用低滤饼水分，还有些同时起这两
18、方面作用 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组滤饼残余水分通常有以下几种形式：n n（1 1）表面水）表面水颗粒表面吸着水及颗粒间的结合水。表颗粒表面吸着水及颗粒间的结合水。表面吸着水是以薄膜形式覆盖在颗粒表面的水分。颗粒间的面吸着水是以薄膜形式覆盖在颗粒表面的水分。颗粒间的结合水是指两个或多个颗粒接触时在颗粒间缝隙和毛细管结合水是指两个或多个颗粒接触时在颗粒间缝隙和毛细管内的水分。内的水分。n n（2 2）毛细水）毛细水包含于颗粒表面的细小缝隙和毛细管内包含于颗粒表面的细小缝隙和毛细管内的水分。的水分。n n（3 3）内部吸附水）内部吸附水吸附在颗粒的内部微孔或毛细管内吸附在
19、颗粒的内部微孔或毛细管内的水分，又称为内在水分，由于毛细管的吸附作用，采用的水分，又称为内在水分，由于毛细管的吸附作用，采用热力干燥也难蒸发这部分水。热力干燥也难蒸发这部分水。n n（4 4）化合水）化合水和煤中矿物质以化合方式结合的水，如和煤中矿物质以化合方式结合的水，如高岭土高岭土Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO22H2O中的结晶水，这部分水通常在中的结晶水，这部分水通常在200200以上才能分解。以上才能分解。 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组8.4.2 助滤剂的类型及其作用机理助滤剂的类型及其作用机理n n助滤剂产品品种较多，通常可分为四大类。助滤剂产
20、品品种较多，通常可分为四大类。n n( (一一) )无机盐类助滤剂无机盐类助滤剂n n无机盐类助滤剂是电解质物质，在水中离解后电离出无机盐类助滤剂是电解质物质，在水中离解后电离出大量离子，离子能够中和分散在水中颗粒的电性。带大量离子，离子能够中和分散在水中颗粒的电性。带电颗粒同极性水分子吸附作用（水化）较强，脱水时电颗粒同极性水分子吸附作用（水化）较强，脱水时也就相应困难，颗粒由于失去电性，同极性分子的作也就相应困难，颗粒由于失去电性，同极性分子的作用力也就减弱，脱水也就比较容易用力也就减弱，脱水也就比较容易 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组(二二)表面活性剂类助滤剂表面活
21、性剂类助滤剂n n对该类助滤剂作用机理：对该类助滤剂作用机理：n n1. 1.通常认为它是通过降低滤液表面张力和增大固液界面通常认为它是通过降低滤液表面张力和增大固液界面的接触角来强化物料脱水的。的接触角来强化物料脱水的。n n2. 2.也有人认为降低气液表面张力也有人认为降低气液表面张力 气液和改善滤饼并没气液和改善滤饼并没直接关系，他们的结论是表面活性剂类助滤剂的脱水直接关系，他们的结论是表面活性剂类助滤剂的脱水效果取决于降低固液表面张力和固气表面张力大小，效果取决于降低固液表面张力和固气表面张力大小，只不过这二者不能直接测出只不过这二者不能直接测出n n有人认为，表面活性剂的吸附提高了煤
22、的表面疏水性，有人认为，表面活性剂的吸附提高了煤的表面疏水性，改变了表面能，有利于颗粒团聚，改善了毛细结构和改变了表面能，有利于颗粒团聚，改善了毛细结构和滤饼的渗透性，使空气置换滤饼颗粒间呈现摆振状态滤饼的渗透性，使空气置换滤饼颗粒间呈现摆振状态的水分比较容易的水分比较容易 材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组(三三)高分子絮凝剂类助滤剂高分子絮凝剂类助滤剂n n这些高分子类型的助滤剂分子吸附在过滤颗粒这些高分子类型的助滤剂分子吸附在过滤颗粒表面，通过药剂的吸附表面，通过药剂的吸附架桥这种作用形式，架桥这种作用形式，形成形成“ “胶粒胶粒高分子高分子胶粒胶粒” ”的絮凝体；的絮
23、凝体；“ “架桥架桥” ”使过滤物料，尤其是细颗粒絮凝成大絮团，改使过滤物料，尤其是细颗粒絮凝成大絮团，改变过滤物料的结构，形成粒度大、透气性好、变过滤物料的结构，形成粒度大、透气性好、多孔隙、有利于快速脱水的滤饼结构，从而解多孔隙、有利于快速脱水的滤饼结构，从而解决微细颗粒堵塞过滤介质、透过介质进入溶液、决微细颗粒堵塞过滤介质、透过介质进入溶液、影响滤饼透气性、降低过滤速度、增加滤饼水影响滤饼透气性、降低过滤速度、增加滤饼水分和滤液浓度的问题。同时因毛细管径增大，分和滤液浓度的问题。同时因毛细管径增大，导致毛细压力下降，过滤速度提高。导致毛细压力下降，过滤速度提高。材料学院矿物加工工程教研组
24、材料学院矿物加工工程教研组对过滤机来说，理想絮团应有如下特点：n n（1）有一定抗剪切强度，在搅拌和泵送时不会被大量破坏。n n（2）形成滤饼时，絮团内包裹的水分能释放出来。n n（3）粒度小而均匀，大多较细微粒子被捕获到絮团中去。n n这样的絮团能防止过滤介质堵塞，形成通气性好、有利于脱水的滤饼结构。材料学院矿物加工工程教研组材料学院矿物加工工程教研组 (四四)固体颗粒型助滤剂固体颗粒型助滤剂良好的固体颗粒型助滤剂应具备以下特点：n n（1 1）惰性，不影响悬浮液化学性质；）惰性，不影响悬浮液化学性质；n n（2 2）不溶解；）不溶解；n n（3 3）不可压缩，以保持高的孔隙率；）不可压缩，以保持高的孔隙率；n n（4 4）颗粒多孔、形状不规则，具有较好的渗）颗粒多孔、形状不规则，具有较好的渗透能力和较小的液体阻力；透能力和较小的液体阻力；n n（5 5）来源广泛，价廉，无毒。）来源广泛，价廉，无毒。
