《矿物加工学》第2章悬浮液的性质.ppt

第2章 悬浮液的性质 2.1 液相的性质 2.2 固相的性质 2.3 固液体系的性质,2.1 液相的性质,在绝大部分工业部门，构成悬浮液的液相是水，以下是水的性质。2.1.1 水的极性 极性分子形成氢键 水分子的极性能与负电性元素形成氢键，一方面影响液态水的结构，另一方面还影响水与固体物料的作用方式，从而增加脱水的难度。2.1.2 水的粘性 粘性是流体反抗变形的一种性质，从本质上说粘性反映的是流体分子间的相互作用。水的粘度是温度的函数，一般温度越高，粘度越小，越有利于脱水，但影响不大。,2.1 液相的性质,2.1.3 水的表面张力 表面张力，又称表面自由能，其定义为物质增加单位表面积时外界所做的功。一般说来水的表面张力越大，则脱水越困难。温度越高，水的表面张力越低，但影响不大；表面活性物质会明显降低水的表面张力。2.1.4 水的硬度 水的硬度反映水中钙、镁离子的含量多少。水的硬度对悬浮液的分离和沉降有很大影响。因为当硬度较大时，水中的钙镁离子含量增高，这些离子可以在颗粒表面进行吸附，从而改变颗粒表面的电位，使表面的水化作用发生变化，促使颗粒分散或凝聚，最终导致分离特性发生变化。,2.2 固相（煤泥）的性质,煤泥水中的固体物质又统称煤泥。煤泥包括有机质碳和无机质两部分。与原煤不同，处于不同作业的煤泥的物质组成变化可能很大。如浮选入料与浮选尾矿，尾煤浓缩机入料与细泥积聚严重的溢流。由于有机质具有不易泥化和表面疏水的特点，富含有机质的煤泥水的固液分离是比较容易实现的(如浮选精煤过滤)。,2.2 固相（煤泥）的性质,2.2.1 煤泥的粒度组成 1.煤泥粒度的表示方法,表2-1 颗粒粒度的表示方法,2.2 固相（煤泥）的性质,粒度组成是指物料按粒级的分布，它是松散物料的一个重要性质。粒度组成通常用粒度分布曲线和累计粒度曲线表示。有时也可采用粒度中值、粒度平均值表示。此外，要注意在不同场合下所采用的粒度概念，如在沉降分离中应采用水力粒度，而在筛分，过滤时，应采用几何粒度；水力粒度如斯托克斯直径；几何粒度如当量园直径。,2.2 固相（煤泥）的性质,2.粒度对固液分离的影响 在固液分离过程中，颗粒粒度在很大程度上决定固液分离的难易程度。,粗粒煤泥的固液分离容易，原因是：1）固相颗粒的快速沉降。由于粒度粗，颗粒表面力小，重力对其行为起决定性作用。固体物料在重力作用下很快下沉并呈紧密堆积，容易实现沉降分离。2）水的快速渗流。由于颗粒粒度粗，颗粒间间隙大。水很容易从固体颗粒之间通过或排出。即物料脱水容易。,2.2 固相（煤泥）的性质,对于细粒煤泥，其表面力上升为主要矛盾，重力作用小，煤泥水通常情况下呈稳定悬浮体存在，沉降和过滤难度增加。因此，煤泥粒度组成对煤泥水性质有着十分重要的影响。在选煤厂，不同作业的煤泥粒度组成相差较大，浮选尾煤较之精煤粒度细，浓缩机底流相比溢流，高灰积聚的溢流中则以微细物料为主。为满足一些作业的粒度要求，选煤厂通常用分级设备调节。,2.2 固相（煤泥）的性质,2.2.2 煤泥的矿物组成及其对脱水的影响 煤中无机矿物质包括粘土矿物(高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石)、硫酸盐(石膏)、碳酸盐(方解石)、氧化物(石英)、硫化物(黄铁矿)、氯化物(氯化钠、氯化钙)。其中粘土矿物大约占整个矿物质80%左右(总体统计结果)，其它矿物含量则视煤源差异很大。石英、方解石对煤泥水处理及产品脱水影响不大，影响最大的是粘土矿物，含量越高，悬浮液处理过程越困难。,粘土矿物的吸水膨胀作用 粘土矿物的吸水膨胀对固液分离不构成直接影响，但由于吸水膨胀使结晶颗粒解离呈微细粒分散存在（严格意义上的泥化)，改变了煤泥水的粒度组成，大大增加了固液分离的难度。这是造成选煤过程中细泥积聚，尾煤过滤性差的直接原因。粘土矿物表面由于离子交换吸附改变了水中离子构成，降低了水的硬度，对煤泥的沉降和过滤也构成极大影响。,矿物在煤泥水中的作用归纳为以下三种类型：,2.2 固相（煤泥）的性质,2)矿物溶解作用 在上述矿物中，氯化物为易溶矿物，石膏为微溶矿物，方解石为难溶矿物。矿物溶解改变了煤泥水的水质，进而改善了煤泥水的特性。但矿物溶解有利于固液分离过程。3)硫化矿的氧化溶解 以黄铁矿为代表、硫化矿物在煤泥水中容易被氧化，生成溶解度较大的硫酸盐类，它的对煤泥水作用与2）相同。,2.2 固相（煤泥）的性质,2.3 固液体系的性质,2.3.1 体系的浓度 2.3.2 体系的密度 2.3.3 体系的粘度,煤泥水处理的许多作业，如脱水、浓缩、澄清等就本质上说就是改变入料或产品的浓度（在某些情况下浓度就是产品的水分）。在湿法选煤过程中，大多数环节都要掌握浓度的变化，作为控制和调整参数的依据。而对某些环节而言，浓度更是必须严格控制和掌握的最终指标，在选煤厂设计时，浓度也是工艺选择、设备选型、流程计算和管道校核的依据。,2.3.1 体系的浓度,2.3 固液体系的性质,1.质量百分比浓度 定义：质量百分比浓度指煤泥水中干煤泥的质量占煤泥水总质量的百分数，用 C 来表示，由下式求得：式中 G 煤泥水中固体煤泥的质量，g；W 煤泥水中水的质量，g。此法对浓度的测定比较精确且十分简单。适用于现场流程检查、实验室各种试验对浓度的测定。但矿浆需要脱水、干燥，时间较长，耗电较多，不能适应现场快速、及时的调节要求。,（2-3）,选煤厂常用煤泥的密度和煤泥水的密度来计算质量百分比浓度（自己推导）式中 煤泥的密度，实验室预先测出，g/cm3；n煤泥水的密度，g/cm3。,2.3 固液体系的性质,2.3 固液体系的性质,2.液固比（R）定义：1t 干物料所带水的立方米数（m3/t）,计算公式为：式中，G为煤水混合物中煤的质量，t；V为煤水混合物中水的立方米数，m3。,选煤厂常用：液固比Rp（又称稀释度）液固比是指煤泥水中水的质量与固体煤泥的质量比，它是一个比值，没有单位。式中 G煤泥水中固体煤泥质量，；W煤泥水中水的质量，；若已知煤泥的密度和煤泥水的密度，则有 式中 煤泥水中液体密度。当 1 时，有,2.3 固液体系的性质,固液比RB（又称稠度）固液比是煤泥水中固体煤泥质量与水的质量比，它和液固比Rp互为倒数。,2.3 固液体系的性质,同样，当知道煤泥密度与煤泥水密度时,3.固体含量 指1L煤泥水中含有固体煤泥的克数。常用q 表示。可按下式计算：,2.3 固液体系的性质,式中 V1煤泥水中水的体积，cm3；V2煤泥水中固体煤泥的体积，cm3。若已知煤泥的密度和煤泥水的密度，则有,2.3 固液体系的性质,4.各指标之间的换算 以上介绍的几种浓度表示方法使用场合不一。通常在进行流程数、质量计算时多采用液固比Rp 和百分浓度C，而大多数选煤厂在生产管理中习惯采用固体含量q。由于采用的浓度单位不一样，需彼此对比和相互间进行换算，换算公式如下：（1）已知Rp，求C 及q,2.3 固液体系的性质,（2）已知C，求Rp 及q,（3）已知q，求Rp及 C,5.选煤厂煤泥水浓度 选煤厂煤泥的来源：原生煤泥、次生煤泥、循环煤泥。因此，选煤厂煤泥水浓度受到采煤方法及过程、选煤过程与泥化程度，洗煤用水量，细泥的积聚状况等影响。实际生产当中为满足各个作业的浓度要求，常用浓缩设备调节煤泥水浓度。,2.3 固液体系的性质,煤泥水浓度代表煤泥水中的煤泥含量。它是煤泥水的一个重要指标。在选煤厂，不同作业煤泥水浓度相差很大，浮选入料浓度50120g/L；浮选尾煤浓度十几到几十g/L；循环水浓度可以从0200g/L；压滤机入料浓度要求达到400g/L以上。低浓度条件有利于固体颗粒的沉降，高浓度条件有利于煤泥水的过滤与压滤。,2.3 固液体系的性质,煤泥水浓度的测定,a.烘干法 烘干法是取一定容积的煤泥水试样进行烘干（温度在110以下）至恒重，称量固体质量，并计算。式中:G煤泥烘干后质量，；V煤泥水体积，L。该法测定很精确，但耗时、耗能较多。有时为了加快速度，常在煤泥水中加入一定絮凝剂或凝聚剂，沉降后抽出上部澄清液，将沉积物烘干，以减少时间和能耗。,b.浓度壶法 连续试验和生产中，通常需快速测定某些工艺环节的煤泥水浓度，此时多用浓度壶法。浓度壶法是一种间接测量法，即先测出煤泥的密度及煤泥水的质量，再间接算出煤泥水浓度。,浓度壶示意图,浓度壶法的具体做法是将试样灌入一定容积的浓度壶内（选煤厂常用的容积为1 L，形状见图），然后称出煤泥水的质量，用下式计算 式中:Q 1 L 煤泥水的质量,；煤泥的密度,g/cm3。通常某个环节在正常生产时，煤泥的密度变化不大，所以只需事先测得，不必每次都测。如果工艺或原料有了变化，则需要重新测定（即进行标定）。,2.3 固液体系的性质,2.3.2 体系的密度 化学纯水的密度在5时为1000 kg/m3，温度增加到50时为980 kg/m3，变化不大。选矿厂所用清水在516可以认为等于1000 kg/m3。当水中含有矿物时，悬浮液密度与矿物含量有关，见下表。,(g/L),(kg/m3),2.3 固液体系的性质,2.3.3 体系的粘度 化学纯水的动力粘度与温度有关，但影响不大。温度对含矿物的悬浮液的影响也不大。对于浓稠的非牛顿体悬浮液的粘度应采用有效粘度。不同煤泥水的有效粘度可按下式计算：式中 煤泥水的有效粘度，Pas；纯水的动力粘度，Pas；纯水自粘度计流出的时间，s；煤泥水自粘度计流出的时间，s；纯水的密度，1000kg/m3；煤泥水的密度，kg/m3。,（2-7）,2.3 固液体系的性质,2.3 固液体系的性质,煤泥水的有效粘度既与煤泥水的浓度有关，又与煤泥水中煤泥的粒度组成有关，后者影响尤其显著。随着煤泥水粘度增加，颗粒沉降速度显著减小，煤与水的分离难度明显增大。总之，对煤泥水粘度影响较大的几个因素分别是：煤泥的固体含量、煤泥的粒度组成和煤泥的灰分。,2.3 固液体系的性质,当煤泥粒度在35m以下，粘度剧增；当粒度增大是煤泥水的粘度实际并不高，当煤泥水固体含量50g/l时，粘度没有剧增。,以上是被泥质煤泥所污染的水中进行的煤炭跳汰试验表明，此时有效分选粒度下限增高，0.51mm粒级的灰分及介质的粘度均有所增高，当q在50g/l以上时，增高更为显著。,2.3 固液体系的性质,1.简述悬浮液的液相、固相和固液体系的性质。2.简述悬浮液固液体系的浓度表示方法及换算。,复习思考题,