蒙脱石与煤的异相凝聚机理

通过沉降试验、Zeta电位测试、光学显微镜观察和DLVO理论计算,研究了蒙脱石和煤颗粒间异相凝聚现象,并对其机理进行分析。试验结果表明:在试验p H值范围内蒙脱石与煤均会发生异相凝聚,但p H3时,蒙脱石和煤表面均荷负电,颗粒间静电作用为相互排斥,不利于两者凝聚。钙、镁离子对蒙脱石与煤的凝聚有促进作用,其中,游离态离子会压缩矿物双电层结构,减弱其表面负电性,并且部分离子可吸附在矿物的Stern层内,破坏双电层结构;水解形成羟基化合物和氢氧化物会吸附在矿物表面,促使蒙脱石和煤形成"静电桥"。DLVO理论证实钙、镁离子具有消除或减弱"位垒"的作用。添加抑制剂或消除矿浆中钙、镁离子,可有效减弱蒙脱石对煤泥浮选的不利影响。     

煤泥浮选过程中六偏磷酸钠对蒙脱石分散行为影响

通过测定润湿接触角和Zeta电位分析了蒙脱石颗粒对煤泥浮选的作用,考察了六偏磷酸钠对煤和蒙脱石浮选行为的影响。依据扩展DLVO理论的计算,分析了分散剂影响煤和蒙脱石浮选行为的作用机理。结果表明：蒙脱石颗粒严重抑制了煤泥浮选,使精煤可燃体回收率从44.11%降至11.68%;六偏磷酸钠可改善浮选效果,使精煤可燃体回收率提高2个百分点;六偏磷酸钠增大煤和蒙脱石颗粒表面电位绝对值,从而提高颗粒间静电斥能,同时六偏磷酸钠附着在煤颗粒和蒙脱石颗粒表面,增强颗粒间的亲水作用能,并且六偏磷酸钠水解形成的长链分子吸附于颗粒表面后,使颗粒相互靠近时产生较强的空间稳定化作用,增大颗粒之间的空间斥力。     

煤泥水溶液中水质硬度对伊利石颗粒分散行为的影响

为掌握煤泥水溶液中不同水质硬度对伊利石悬浮液分散行为的影响规律,通过紫外可见分光光度计、激光粒度分析仪和ZetaProbe分析仪分别测定不同水质硬度下伊利石悬浮液的透光率、颗粒聚团粒径及颗粒表面Zeta电位,利用DLVO理论对不同水质硬度下伊利石颗粒之间的势能进行分析。     

2-羟乙基三甲基氯化铵抑制蒙脱石水化膨胀的密度泛函计算

为探究2-羟乙基三甲基氯化铵(LHDJ)抑制蒙脱石水化膨胀的机理,基于密度泛函理论的方法研究了干态和湿态环境中LHDJ在蒙脱石表面的吸附机理。结果表明,干态环境下,LHDJ在蒙脱石001表面和层间都能稳定吸附,但LHDJ在Na-001表面吸附主要是静电作用,在None-001表面和层间的吸附是氢键和静电引力的共同作用,钠离子的存在并不利于LHDJ吸附在蒙脱石001表面。湿态环境下,LHDJ与水分子协同吸附,水分子将LHDJ和蒙脱石表面桥联起来并增强它们之间的静电作用和氢键作用。LHDJ抑制蒙脱石水化膨胀的机理主要是:LHDJ在水溶液中产生大量正电离子,中和蒙脱石表面的负电性,减弱颗粒间的静电斥力;同时,LHDJ可以牢固地吸附在蒙脱石外表面,随吸附量的增加,阻碍水分子在表面的吸附,但并不改变蒙脱石的亲水性;此外,LHDJ易进入层间交换出钠离子,依靠静电作用、氢键作用和水分子的桥联作用与上下两表面吸附牢固,拉紧层间距,水分子不易进入层间增大层间距。     

溶液环境对高岭石分散行为的影响

采用沉降试验研究高岭石在不同pH及钙镁离子浓度下的分散行为,并结合Zeta电位分析及EDLVO理论计算进一步研究了高岭石颗粒间的相互作用。试验结果表明,pH的升高可促进高岭石的分散,而钙镁离子的加入可促进高岭石的凝聚;结合Zeta电位结果可知,pH的升高会降低表面电位,而钙镁离子加入会使表面电位升高。电位绝对值越大,颗粒间排斥力越大,易于分散。碱性条件下钙镁离子在矿物表面形成氢氧化物沉淀,导致高岭石表面的Zeta电位升高,破坏悬浮液的稳定性。EDLVO理论计算结果与沉降试验和Zeta电位试验的结果一致,可以对高岭石的分散行为进行理论解释。     

抑制剂在蒙脱石表面吸附的密度泛函计算

为探究环氧丙基三甲基氯化铵(NW-1)抑制蒙脱石水化膨胀的机理,基于密度泛函理论模拟计算了NW-1在蒙脱石001表面和晶层间的吸附。结果表明:NW-1在蒙脱石001表面和层间都能稳定吸附,但NW-1在Na-001表面和层间吸附主要是静电作用,在None-001表面吸附是氢键和静电引力的共同作用。在Na-001表面,NW-1中O原子与表面Na离子间有很强的库伦引力,吸附后两原子态密度整体向低能级移动,有利于体系的稳定;在None-001表面,NW-1与表面形成2氢键,增强了NW-1在表面的吸附。     

六偏磷酸钠对浮选中煤泥与黏土颗粒间相互作用的影响

通过浮选试验、Zeta 电位测试、吸附量试验和扩展的DLVO理论计算,考察六偏磷酸钠对浮选中煤泥与黏土颗粒间相互作用的影响,研究六偏磷酸钠的作用机理。结果表明:高岭石含量较多时会对煤泥浮选产生不利影响,高岭石含量达到20%,精煤回收率降低18.70%;低用量的六偏磷酸钠会抑制高岭石上浮而对煤影响较小,高用量的六偏磷酸钠会失去选择抑制性;六偏磷酸钠用量为1000g/t时,能使煤和高岭石的Zeta电位分别从-25mV、-39mV移至-32mV、-57mV,增强了颗粒间静电排斥作用;同时,六偏磷酸钠水解形成的大分子吸附于高岭石表面,当颗粒相互靠近时产生较强的排斥力,增强了颗粒之间的空间稳定化作用能。     

氯化纳溶液对铝土矿矿泥的沉降影响

铝土矿尾矿泥浆因含有大量细粒与黏土矿物,导致其 难以脱水沉降。而盐溶液的存在会影响黏土矿物颗粒间的 作用力,进而影响其物理化学特性。为此,以广西铝土矿矿 泥为例,采用不同浓度 NaCl溶液对矿泥进行自由沉降试验 和Zeta电位试验,并对沉降稳定后的矿泥进行电镜扫描,分 析其微观结构。结果表明:随着 NaCl溶液浓度增加,矿泥絮 凝速率减小,沉降稳定孔隙比减小;Zeta电位绝对值随着溶 液浓度增加而减小,反映了矿泥中黏土矿物颗粒表面负电荷 被 Na+ 中和后,双电层厚度变薄,颗粒间静电斥力减弱的现 象;颗粒间排列结构形式由边 边结构(EE)向面 面结构 (FF)过渡,从而导致颗粒间形成的聚团直径减小,絮凝速率 变慢。但因排列结构的变化,颗粒间形成更为密实的堆叠结 构,该分析与SEM 分析结果一致。     

柠檬酸在蛇纹石/镍黄铁矿浮选分离中的作用

通过浮选实验、沉降实验、吸附量实验、Zeta电位测试和DLVO理论计算,考察柠檬酸在蛇纹石/镍黄铁矿浮选分离中的作用,分析柠檬酸的作用机理。结果表明：在弱碱性pH条件下,蛇纹石的加入降低了镍黄铁矿的回收率,而柠檬酸处理后的蛇纹石不会影响镍黄铁矿的浮选。机理分析表明：蛇纹石与镍黄铁矿表面带有相反电荷,能通过静电作用罩盖在黄镍铁矿表面,影响其浮选;柠檬酸能够溶解蛇纹石表面荷正电的镁离子,使蛇纹石表面电位发生变化,此时,蛇纹石与镍黄铁矿之间存在较强的排斥作用,从而减弱蛇纹石在镍黄铁矿表面的附着,消除其对镍黄铁矿的抑制作用。     

煤泥水中微细高岭石/蒙脱石颗粒表面水化分子动力学模拟研究

煤泥颗粒界面水化是煤泥水难以沉降脱水的主要原因,采用分子动力学模拟研究了煤泥水中主要微细黏土矿物颗粒高岭石及蒙脱石颗粒界面水化分子动力学特性,模拟计算了矿物颗粒界面水平衡构型、界面原子浓度、水分子扩散系数及金属离子的影响。研究结果表明:水分子能够通过氢键在高岭石及蒙脱石颗粒表面发生水化作用;随水覆盖率(或水分子数)的不断增加,矿物颗粒表面对水分子的束缚力逐渐减小,界面处的氢键作用逐渐减弱,其中水分子在亲水性的高岭石和蒙脱石界面能逐渐形成3个水分子层,总厚度为(8~10)×10-10 m;高岭石(001)面水化程度大于蒙脱石(001)面;二价金属离子对蒙脱石水化的促进作用强于一价金属离子。     

电解质对低阶煤油泡浮选矿化过程的影响

浮选矿浆中离子的种类与浓度直接影响着矿物颗粒和气泡的表面电位,进而支配着浮选矿化过程。从热力学和动力学两个方面入手,通过DLVO理论探究了不同电解质对煤粒和油泡间的相互作用势能的影响,结合其在不同电解质条件下诱导时间的差异,最终通过相应条件下的油泡浮选试验来证实电解质对低阶煤-油泡浮选矿化黏附过程的影响。结果表明:对于NaCl和CaCl_2两种电解质,随其浓度的增大,煤粒和油泡表面电位的负值均不断减小,煤粒和油泡间的能垒也不断降低,当CaCl_2浓度为100 mmol/L时,煤粒和油泡间的相互作用不存在能垒;并且随这两种电解质浓度的增大,黏附过程的诱导时间逐渐减小,相应地可燃体回收率不断提高,且相同的电解质浓度下,CaCl_2电解质对其相互作用能垒和诱导时间的降低程度更大,可燃体回收率更高。而对于AlCl_3电解质,当其浓度大于20 mmol/L时且随浓度的增大,煤粒和油泡间的相互作用能垒和诱导时间不断增大,相应地可燃体回收率则不断降低。     

仲辛醇乳液的制备及电解质对其稳定性的影响机理

以司盘80、吐温80和油酸钠为乳化剂,采用高剪切乳化法制备仲辛醇乳液,通过单因素试验和响应面优化试验探索了制备仲辛醇乳液的最佳工艺条件,并研究了电解质对乳液稳定性的影响,依据DLVO理论分析了电解质对乳液稳定性的作用机理。试验结果表明：制备乳液的最佳工艺为剪切时间8 min,剪切速率4 530 r/min,乳化剂用量4.9%,仲辛醇含量34.8%,所得乳液平均粒径为(208±1)nm。电解质具有破乳作用,随电解质浓度增加,乳化油珠间静电排斥作用减小,位能曲线势垒降低甚至消失,油珠聚并,粒径增大,乳液趋于不稳定甚至破乳;阳离子价态越高,破乳作用越强。     

微细粒鲕状赤铁矿磁化絮凝行为与机理研究

为提高赤铁矿絮凝浮选指标，分别采用磁化水、磁化矿浆和磁化淀粉3种磁化方式对赤铁矿进行絮凝沉降，考察磁处理方式对絮凝效果的影响。结果表明，3种磁化方式均能提高鲕状赤铁矿絮凝沉降率。光学显微镜分析结果显示，经过磁化处理后的絮团较未磁化时表观粒径更大，结构更加紧密，同时观察到絮团周围分散着透明的石英颗粒，说明磁化处理能够显著促进微细粒赤铁矿选择性絮凝。在磁化水、磁化矿浆和磁化淀粉3种磁化方式作用下赤铁矿颗粒表面ζ电位均随着磁化时间的增加而降低，ζ电位的变化趋势与鲕状赤铁矿在不同磁化条件下沉降率的变化规律一致。3种磁化方式对微细粒赤铁矿的絮凝过程符合扩展的DLVO理论，其絮凝机理为：磁化处理能在不同程度上降低赤铁矿颗粒表面ζ电位，进而降低了微细粒赤铁矿颗粒间的双电层排斥力，降低了颗粒间的势能垒。     

煤变质程度对煤泥水沉降性能的影响

利用扩展的DLVO理论计算了长焰煤、气煤和贫瘦煤3种不同变质程度的煤颗粒在水中的相互作用能,分析了变质程度对煤泥水沉降性能的影响.结果表明,煤变质程度越高,颗粒之间静电排斥能越小,疏水吸引能越大,所以贫瘦煤颗粒之间最易凝聚,气煤次之,长焰煤最不易凝聚,即煤泥水所含煤颗粒变质程度越高,越易澄清.     

硅酸钠对细粒萤石和石英的分散作用机理

针对细粒萤石浮选体系中存在的异相凝聚问题,通过沉降试验、光学显微镜镜下观察、Zeta电位测定、DLVO理论计算及相关溶液化学计算研究了硅酸钠对细粒萤石和石英的分散作用及机理。结果表明,在pH值6~12范围内,萤石分散性能随着pH值增加而逐渐降低,石英保持较好分散状态,混合矿异相团聚现象较明显; 添加硅酸钠可通过SiO(OH)₃^-降低萤石和石英表面电位,增强颗粒间静电排斥力,维持石英分散状态,提高萤石和混合矿的分散性能。上述所有分散体系都符合DLVO理论模型。     

钾离子抑制蒙脱石水化膨胀的试验研究

蒙脱石是影响煤泥水沉降性能的主要因素,为了研究钾离子对蒙脱石水化膨胀的抑制性能,进行蒙脱石的静沉降试验和压滤试验。蒙脱石在去离子水溶液中体积膨胀为原干粉体积的2.3倍,而蒙脱石在0.1 mol/L的钾离子溶液中的体积膨胀仅为原来的1.8倍,且蒙脱石在钾离子溶液中的过滤速度明显快于在去离子水溶液中的过滤速度。钾离子可较好地抑制蒙脱石的水化膨胀,且钾离子对蒙脱石膨胀的抑制性能优于钙离子。钾离子抑制蒙脱石水化膨胀的机理是：钾离子被蒙脱石吸附后,就嵌入晶层间,由于钾离子水化能较低,不容易水化,使晶层间已有的水分子被排出,且晶层间的钾离子的键合作用极大地抑制住了邻近晶层间的膨胀或者分离过程。