《矿物加工学》第2章 悬浮液的性质

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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固液体系的性质编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.1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。编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.1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。编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2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)。编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2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名称符号定义类别筛分粒度ds能够通过颗粒的最小方孔宽度当量球体直径表面积粒度dS与颗粒具有相同表面积的球体直径当量球体直径体积粒度dv与颗粒具有相同体积的球体直径当量球体直径比表面积粒度dsp与颗粒具有相同比表面积的球体直径当量球体直径投影粒度dp在垂直于稳定平面方向上与颗粒具有相同投影面积的球体直径当量圆直径自由沉降粒度df在同一流体中与颗粒具有相同沉降速度的球体直径当量球体直径斯托克斯粒度dst雷诺数Re<0.2的自由沉降粒度当量球体直径表2-1颗粒粒度的表示方法编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2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。编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2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。编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2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。编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.2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。

编辑ppt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：Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.2固相（煤泥）的性质编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2)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）的性质编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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体系的粘度编辑ppt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。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3.1体系的浓度

编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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）编辑ppt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δ—煤泥的密度，实验室预先测出，g/cm3；

δn—煤泥水的密度，g/cm3。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液体系的性质编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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。编辑ppt选煤厂常用：①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，ｇ；W——煤泥水中水的质量，ｇ；

若已知煤泥的密度和煤泥水的密度，则有

式中Δ——煤泥水中液体密度。当Δ＝1时，有Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液体系的性质编辑ppt②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。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液体系的性质同样，当知道煤泥密度与煤泥水密度时编辑ppt3.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：Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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，则有编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液体系的性质（2）已知C，求Rp及q（3）已知q，求Rp及

C编辑ppt5.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。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液体系的性质编辑ppt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50~120g/L；浮选尾煤浓度十几到几十g/L；循环水浓度可以从0~200g/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。Xi’anuniversityofscienceandtechnology2.3固液体系的性质编辑ppt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，ｇ；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。Xi’anuniversityofscienceandtechnology编辑pptb.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。

Xi’anuniversityofscienceandtechnology浓度壶示意图编辑ppt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1L，形状见图），然后称出煤泥水的质量Δ，用下式计算式中:Q—1L煤泥水的质量,ｇ；δ—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）。Xi’anuniversityofscienceandtechnology编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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1000kg/m3，温度增加到50℃时为980kg/m3，变化不大。选矿厂所用清水在5～16℃可以认为等于1000kg/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)编辑pptXi’anuniversityofscienceandtechnology2.3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，Pa·s；—纯水的动力粘度，Pa·s；—纯水自粘度计流出的时间，s；—煤泥水自粘度