《礦物加工學(xué)》第2章 懸浮液的性質(zhì)

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第2章懸浮液的性質(zhì)

2.1液相的性質(zhì)

2.2固相的性質(zhì)

2.3固液體系的性質(zhì)編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.1液相的性質(zhì)

在絕大部分工業(yè)部門，構(gòu)成懸浮液的液相是水，以下是水的性質(zhì)。

2.1.1水的極性

極性分子→形成氫鍵

水分子的極性能與負(fù)電性元素形成氫鍵，一方面影響液態(tài)水的結(jié)構(gòu)，另一方面還影響水與固體物料的作用方式，從而增加脫水的難度。

2.1.2水的粘性粘性是流體反抗變形的一種性質(zhì)，從本質(zhì)上說(shuō)粘性反映的是流體分子間的相互作用。水的粘度是溫度的函數(shù)，一般溫度越高，粘度越小，越有利于脫水，但影響不大。編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.1液相的性質(zhì)2.1.3水的表面張力

表面張力，又稱表面自由能，其定義為物質(zhì)增加單位表面積時(shí)外界所做的功。一般說(shuō)來(lái)水的表面張力越大，則脫水越困難。溫度越高，水的表面張力越低，但影響不大；表面活性物質(zhì)會(huì)明顯降低水的表面張力。2.1.4水的硬度

水的硬度反映水中鈣、鎂離子的含量多少。水的硬度對(duì)懸浮液的分離和沉降有很大影響。因?yàn)楫?dāng)硬度較大時(shí)，水中的鈣鎂離子含量增高，這些離子可以在顆粒表面進(jìn)行吸附，從而改變顆粒表面的電位，使表面的水化作用發(fā)生變化，促使顆粒分散或凝聚，最終導(dǎo)致分離特性發(fā)生變化。編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)煤泥水中的固體物質(zhì)又統(tǒng)稱煤泥。煤泥包括有機(jī)質(zhì)碳和無(wú)機(jī)質(zhì)兩部分。與原煤不同，處于不同作業(yè)的煤泥的物質(zhì)組成變化可能很大。如浮選入料與浮選尾礦，尾煤濃縮機(jī)入料與細(xì)泥積聚嚴(yán)重的溢流。由于有機(jī)質(zhì)具有不易泥化和表面疏水的特點(diǎn)，富含有機(jī)質(zhì)的煤泥水的固液分離是比較容易實(shí)現(xiàn)的(如浮選精煤過(guò)濾)。編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)2.2.1煤泥的粒度組成

1.煤泥粒度的表示方法名稱符號(hào)定義類別篩分粒度ds能夠通過(guò)顆粒的最小方孔寬度當(dāng)量球體直徑表面積粒度dS與顆粒具有相同表面積的球體直徑當(dāng)量球體直徑體積粒度dv與顆粒具有相同體積的球體直徑當(dāng)量球體直徑比表面積粒度dsp與顆粒具有相同比表面積的球體直徑當(dāng)量球體直徑投影粒度dp在垂直于穩(wěn)定平面方向上與顆粒具有相同投影面積的球體直徑當(dāng)量圓直徑自由沉降粒度df在同一流體中與顆粒具有相同沉降速度的球體直徑當(dāng)量球體直徑斯托克斯粒度dst雷諾數(shù)Re<0.2的自由沉降粒度當(dāng)量球體直徑表2-1顆粒粒度的表示方法編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)粒度組成是指物料按粒級(jí)的分布，它是松散物料的一個(gè)重要性質(zhì)。粒度組成通常用粒度分布曲線和累計(jì)粒度曲線表示。有時(shí)也可采用粒度中值、粒度平均值表示。此外，要注意在不同場(chǎng)合下所采用的粒度概念，如在沉降分離中應(yīng)采用水力粒度，而在篩分，過(guò)濾時(shí)，應(yīng)采用幾何粒度；水力粒度如斯托克斯直徑；幾何粒度如當(dāng)量園直徑。編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)2.粒度對(duì)固液分離的影響在固液分離過(guò)程中，顆粒粒度在很大程度上決定固液分離的難易程度。

粗粒煤泥的固液分離容易，原因是：1）固相顆粒的快速沉降。由于粒度粗，顆粒表面力小，重力對(duì)其行為起決定性作用。固體物料在重力作用下很快下沉并呈緊密堆積，容易實(shí)現(xiàn)沉降分離。2）水的快速滲流。由于顆粒粒度粗，顆粒間間隙大。水很容易從固體顆粒之間通過(guò)或排出。即物料脫水容易。編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)對(duì)于細(xì)粒煤泥，其表面力上升為主要矛盾，重力作用小，煤泥水通常情況下呈穩(wěn)定懸浮體存在，沉降和過(guò)濾難度增加。因此，煤泥粒度組成對(duì)煤泥水性質(zhì)有著十分重要的影響。在選煤廠，不同作業(yè)的煤泥粒度組成相差較大，浮選尾煤較之精煤粒度細(xì)，濃縮機(jī)底流相比溢流，高灰積聚的溢流中則以微細(xì)物料為主。為滿足一些作業(yè)的粒度要求，選煤廠通常用分級(jí)設(shè)備調(diào)節(jié)。編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)2.2.2煤泥的礦物組成及其對(duì)脫水的影響

煤中無(wú)機(jī)礦物質(zhì)包括粘土礦物(高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙脫石)、硫酸鹽(石膏)、碳酸鹽(方解石)、氧化物(石英)、硫化物(黃鐵礦)、氯化物(氯化鈉、氯化鈣)。其中粘土礦物大約占整個(gè)礦物質(zhì)80%左右(總體統(tǒng)計(jì)結(jié)果)，其它礦物含量則視煤源差異很大。

石英、方解石對(duì)煤泥水處理及產(chǎn)品脫水影響不大，影響最大的是粘土礦物，含量越高，懸浮液處理過(guò)程越困難。

編輯ppt粘土礦物的吸水膨脹作用粘土礦物的吸水膨脹對(duì)固液分離不構(gòu)成直接影響，但由于吸水膨脹使結(jié)晶顆粒解離呈微細(xì)粒分散存在（嚴(yán)格意義上的泥化)，改變了煤泥水的粒度組成，大大增加了固液分離的難度。這是造成選煤過(guò)程中細(xì)泥積聚，尾煤過(guò)濾性差的直接原因。粘土礦物表面由于離子交換吸附改變了水中離子構(gòu)成，降低了水的硬度，對(duì)煤泥的沉降和過(guò)濾也構(gòu)成極大影響。礦物在煤泥水中的作用歸納為以下三種類型：Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性質(zhì)編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2)礦物溶解作用在上述礦物中，氯化物為易溶礦物，石膏為微溶礦物，方解石為難溶礦物。礦物溶解改變了煤泥水的水質(zhì)，進(jìn)而改善了煤泥水的特性。但礦物溶解有利于固液分離過(guò)程。3)硫化礦的氧化溶解以黃鐵礦為代表、硫化礦物在煤泥水中容易被氧化，生成溶解度較大的硫酸鹽類，它的對(duì)煤泥水作用與2）相同。2.2固相（煤泥）的性質(zhì)編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)2.3.1體系的濃度2.3.2體系的密度2.3.3體系的粘度編輯ppt煤泥水處理的許多作業(yè)，如脫水、濃縮、澄清等就本質(zhì)上說(shuō)就是改變?nèi)肓匣虍a(chǎn)品的濃度（在某些情況下濃度就是產(chǎn)品的水分）。在濕法選煤過(guò)程中，大多數(shù)環(huán)節(jié)都要掌握濃度的變化，作為控制和調(diào)整參數(shù)的依據(jù)。而對(duì)某些環(huán)節(jié)而言，濃度更是必須嚴(yán)格控制和掌握的最終指標(biāo)，在選煤廠設(shè)計(jì)時(shí)，濃度也是工藝選擇、設(shè)備選型、流程計(jì)算和管道校核的依據(jù)。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3.1體系的濃度

編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)1.質(zhì)量百分比濃度定義：質(zhì)量百分比濃度指煤泥水中干煤泥的質(zhì)量占煤泥水總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，用C來(lái)表示，由下式求得：

式中G—煤泥水中固體煤泥的質(zhì)量，g；

W—煤泥水中水的質(zhì)量，g。此法對(duì)濃度的測(cè)定比較精確且十分簡(jiǎn)單。適用于現(xiàn)場(chǎng)流程檢查、實(shí)驗(yàn)室各種試驗(yàn)對(duì)濃度的測(cè)定。但礦漿需要脫水、干燥，時(shí)間較長(zhǎng)，耗電較多，不能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快速、及時(shí)的調(diào)節(jié)要求。（2-3）編輯ppt選煤廠常用煤泥的密度和煤泥水的密度來(lái)計(jì)算質(zhì)量百分比濃度（自己推導(dǎo)）式中δ—煤泥的密度，實(shí)驗(yàn)室預(yù)先測(cè)出，g/cm3；

δn—煤泥水的密度，g/cm3。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)2.液固比（R）定義：1t干物料所帶水的立方米數(shù)（m3/t）,計(jì)算公式為：

式中，G為煤水混合物中煤的質(zhì)量，t；V為煤水混合物中水的立方米數(shù)，m3。編輯ppt選煤廠常用：①液固比Rp（又稱稀釋度）液固比是指煤泥水中水的質(zhì)量與固體煤泥的質(zhì)量比，它是一個(gè)比值，沒(méi)有單位。

式中G——煤泥水中固體煤泥質(zhì)量，ｇ；W——煤泥水中水的質(zhì)量，ｇ；

若已知煤泥的密度和煤泥水的密度，則有

式中Δ——煤泥水中液體密度。當(dāng)Δ＝1時(shí)，有Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)編輯ppt②固液比RB（又稱稠度）固液比是煤泥水中固體煤泥質(zhì)量與水的質(zhì)量比，它和液固比Rp互為倒數(shù)。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)同樣，當(dāng)知道煤泥密度與煤泥水密度時(shí)編輯ppt3.固體含量

指1L煤泥水中含有固體煤泥的克數(shù)。常用q表示。可按下式計(jì)算：Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)式中V1——煤泥水中水的體積，cm3；

V2——煤泥水中固體煤泥的體積，cm3。若已知煤泥的密度和煤泥水的密度，則有編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)4.各指標(biāo)之間的換算以上介紹的幾種濃度表示方法使用場(chǎng)合不一。通常在進(jìn)行流程數(shù)、質(zhì)量計(jì)算時(shí)多采用液固比Rp和百分濃度C，而大多數(shù)選煤廠在生產(chǎn)管理中習(xí)慣采用固體含量q。由于采用的濃度單位不一樣，需彼此對(duì)比和相互間進(jìn)行換算，換算公式如下：（1）已知Rp，求C及q編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)（2）已知C，求Rp及q（3）已知q，求Rp及

C編輯ppt5.選煤廠煤泥水濃度選煤廠煤泥的來(lái)源：原生煤泥、次生煤泥、循環(huán)煤泥。因此，選煤廠煤泥水濃度受到采煤方法及過(guò)程、選煤過(guò)程與泥化程度，洗煤用水量，細(xì)泥的積聚狀況等影響。實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中為滿足各個(gè)作業(yè)的濃度要求，常用濃縮設(shè)備調(diào)節(jié)煤泥水濃度。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)編輯ppt煤泥水濃度代表煤泥水中的煤泥含量。它是煤泥水的一個(gè)重要指標(biāo)。在選煤廠，不同作業(yè)煤泥水濃度相差很大，浮選入料濃度50~120g/L；浮選尾煤濃度十幾到幾十g/L；循環(huán)水濃度可以從0~200g/L；壓濾機(jī)入料濃度要求達(dá)到400g/L以上。低濃度條件有利于固體顆粒的沉降，高濃度條件有利于煤泥水的過(guò)濾與壓濾。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)編輯ppt煤泥水濃度的測(cè)定a.烘干法烘干法是取一定容積的煤泥水試樣進(jìn)行烘干（溫度在110℃以下）至恒重，稱量固體質(zhì)量，并計(jì)算。式中:G—煤泥烘干后質(zhì)量，ｇ；V—煤泥水體積，L。該法測(cè)定很精確，但耗時(shí)、耗能較多。有時(shí)為了加快速度，常在煤泥水中加入一定絮凝劑或凝聚劑，沉降后抽出上部澄清液，將沉積物烘干，以減少時(shí)間和能耗。Xi’anuniversityofscienceandtechnology編輯pptb.濃度壺法連續(xù)試驗(yàn)和生產(chǎn)中，通常需快速測(cè)定某些工藝環(huán)節(jié)的煤泥水濃度，此時(shí)多用濃度壺法。濃度壺法是一種間接測(cè)量法，即先測(cè)出煤泥的密度及煤泥水的質(zhì)量，再間接算出煤泥水濃度。

Xi’anuniversityofscienceandtechnology濃度壺示意圖編輯ppt濃度壺法的具體做法是將試樣灌入一定容積的濃度壺內(nèi)（選煤廠常用的容積為1L，形狀見(jiàn)圖），然后稱出煤泥水的質(zhì)量Δ，用下式計(jì)算式中:Q—1L煤泥水的質(zhì)量,ｇ；δ—煤泥的密度,g/cm3。通常某個(gè)環(huán)節(jié)在正常生產(chǎn)時(shí)，煤泥的密度變化不大，所以只需事先測(cè)得，不必每次都測(cè)。如果工藝或原料有了變化，則需要重新測(cè)定（即進(jìn)行標(biāo)定）。Xi’anuniversityofscienceandtechnology編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)2.3.2體系的密度

化學(xué)純水的密度在5℃時(shí)為1000kg/m3，溫度增加到50℃時(shí)為980kg/m3，變化不大。選礦廠所用清水在5～16℃可以認(rèn)為等于1000kg/m3。當(dāng)水中含有礦物時(shí)，懸浮液密度與礦物含量有關(guān)，見(jiàn)下表。(g/L)(kg/m3)編輯pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液體系的性質(zhì)2.3.3體系的粘度

化學(xué)純水的動(dòng)力粘度與溫度有關(guān)，但影響不大。溫度對(duì)含礦物的懸浮液的影響也不大。對(duì)于濃稠的非牛頓體懸浮液的粘度應(yīng)采用有效粘度。不同煤泥水的有效粘度可按下式計(jì)算：

式中—煤泥水的有效粘度，Pa·s；—純水的動(dòng)力粘度，Pa·s；—純水自粘度計(jì)流出的時(shí)間，s；—煤泥水自粘度