悬浮液的基本性质

悬浮液的基本性质第一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●悬浮液:

指固体颗粒度大于10-5cm以上的固液分散体系●分散体系基本类型：粗分散体系胶体分散体系分子分散体系第二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第一节液相的基本性质

1、水的极性

●水分子是极性分子，导致水具有特殊性—

氢键。●氢键的特点：键能较高，键长较大。●氢键的存在使固液分离更加困难。

第三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三图(2-1)水分子的电子云图(2-2)水分子的结构参数第四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

液态水中的瞬时缔和体第五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、水的粘性●粘性—流体分子间相互作用的体现。●水具有粘性，是常见的牛顿流体，其粘度与温度有一定的关系。●降低水的粘度，有利于固液分离。

3、水的表面张力●物质增加单位表面积外界所做的功。●水具有很高的表面张力，且随温度的变化而变化。

第六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●表面张力对固液分离的影响：主要表现在液体介质表面张力越大，固液分离越困难。4、液相的挥发性对固液分离也有一定的影响

第二节固相的基本性质1、固相颗粒粒度●颗粒粒度表示方法:

有筛分粒度、表面粒度、自由沉降粒度等，适用场合各不相同。（表2-2）

第七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

●粒群的粒度分布：

固液体系是多分散形体系，颗粒粒度有一定的分布规律。表示粒群粒度的方法：特征量法、列表格法及公式法。

●粒度对固液分离的影响：

固液分离过程中，只要物料中细粒颗粒含量增多，分离效率就会降低。实际工作中，应尽量增大颗粒粒度。第八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三颗粒粒度及其相应的分离设备图2-4第九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、颗粒的形状●描述颗粒形状的定量参数：球形系数，其定义为：ψ=Sb,v/Sg,vSb,v-与颗粒具有相同体积的球体的表面积；

Sg,v-实际颗粒的表面积。●颗粒形状在某些特定场合下，对分离效果有一定影响。如重力沉降过程等。第十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

第三节固液体系的基本性质

1、固液体系的稳定性

●稳定性：固体物料在液相介质中保持均匀分散的能力。●影响稳定性的因素：物料密度、浓度、粒度及组成、界面电位、体系温度、搁置时间等。（表2-5）●稳定性越高悬浮液，固液分离效果越差。第十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三表2-5影响固液体系稳定性的因素分析因素变化固体密度增大固体浓度上升固体粒度变大粒度组成变宽界面电位增大体系温度上升搁置时间延长稳定性下降增加下降增加增加下降下降第十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、悬浮液的流变性

●悬浮液的流变行为与均质液相相比，复杂的多。

●影响悬浮液粘度的因素：浓度、颗粒粒度、分散度、表面电荷等。3、水在固体物料中的赋存状态：化合水、结合水、毛细管水、自由水

●化合水：水分和物质按固定比率直接化合，成为新物质的一部分。第十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●结合水：极性很强的水，在与具有极性的物料共存时，很容易在固体表面形成一层“水化膜”

——结合水。结合水又分为：强结合水和弱结合水。●毛细管水：固液体系中，当固体颗粒本身含有裂隙及颗粒之间形成许多细小空隙时，水会存在这些裂隙第十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三和孔隙中，形成毛细管水。（图2-7）

图2-7毛细管水分示意图a-颗粒间毛细管；b-颗粒本身毛细管第十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三物料中孔隙率越大，毛细管水分越多。

孔隙率

m=（V1-V2）/V1

式中m—物料的孔隙度；

V1—物料的体积，m3；

V2—物料中固体颗粒所占据的体积，m3。

第十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

平衡状态毛细管中水柱高度图

毛细管中水注高度—水的表面张力N/m，—平衡接触角（º）g—重力加速度m/s2—水的密度kg/m3第十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●自由水：

即重力水，其运动受重力控制，容易被脱除。第十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三4、颗粒表面电性及润湿性（1）颗粒表面电性：

●颗粒表面荷电的原因——固体物料在水中分散时，其表面与极性水分子相互作用，发生溶解、吸附、表面电离现象，从而使颗粒表面荷电。●颗粒表面荷电机理——优先溶解机理优先吸附机理电离作用机理第十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三表面荷电过程石英表面荷电机理第二十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

（2）颗粒表面润湿性

●润湿性的衡量标准：接触角θ

●扬氏方程：

cosθ=

sg、sl、gl—固-气、固-液

及气-液界面的界面张力；

—接触角，可定量表示固体的润湿性。第二十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

固液气三相平衡体系

θ>90°，固体难以润湿（或疏水的）

θ<90°，固体易于润湿（或亲水的）

θ=0°，液体则完全润湿固体。第二十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●润湿性对固液分离的影响固体物料的润湿性越差，固液分离效果越好。实际工作中，应尽量增大被分离物料的疏水性。

第二十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

第四节

煤泥水处理工艺

第二十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第二十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

一、煤泥水的主要性质：浓度、粘度、化学性质、煤泥的粒度及矿物组成。

1、煤泥水的浓度：

适当增大浓度，可提高过滤设备的处理量，进而提高分离效率。选煤厂常用三个指标表示：液固比R、固体含量C（g/L）、重量百分浓度（%）。第二十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

2、煤泥水的粘度采用有效粘度表示：e——煤泥的有效粘度（Ns/m2

）

1——纯水的动力粘度（Ns/m2

）

t1——纯水自粘度计流出的时间（s）

t2——煤泥水自粘度计流出的时间（s）1——纯水的密度（g/cm3）2——煤泥水的密度（g/cm3）第二十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

煤泥水的有效粘度与煤泥粒度在不同固液含量中的关系（见图）第二十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三影响煤泥水粘度的因素：

粒度越细，细颗粒含量越多，煤泥水粘度越大。3、煤泥水的主要化学性质主要化学性质是指水的硬度、水中溶解物的组成、酸碱度。

●水的硬度：硬度较大时，促使固体颗粒分散或凝聚，改变沉降特性。第二十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●水中溶解物的组成：主要是由一些可溶性盐类组成，（如K+、Na+、Fe2+、HCO3、CL-等）洗水中积累过多，影响煤泥沉降和洗水澄清。●水的酸碱度：主要对絮凝过程有影响，煤泥水处理过程中很少调节。第三十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

4、煤泥水中煤泥的性质

●煤泥的粒度及粒度组成,对煤泥水处理的影响：煤泥粒度越小，微细颗粒含量越多，越不利于煤泥的澄清、沉降、浓缩、过滤。

第三十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

粒度群的特征值：众值——粒度分布曲线中与峰值相对应的粒度：中值——50%粒度，一半粒度大于该值，另一半粒度小于该值的粒度：平均值—算术平均值、几何平均值等

第三十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三第三十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●煤泥的矿物组成：

主要的矿物组成——石英、方解石、黄铁矿、粘土矿等。

其中粘土类矿物含量越高，煤泥水处理过程越困难。第三十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三二、煤泥水处理的原则流程

基本流程有三种：

浓缩浮选流程、直接浮选流程、半直接浮选流程。第三十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三（一）.浓缩浮选流程

●流程的组成如右图所示第三十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●工作效果评价

煤泥水处理系统工作好坏，一般有三个判据：

1、循环水浓度对选煤来说，循环水浓度越低越好，有利于分选作业的进行，提高分选效果，减少细泥对产品的污染。

2、煤泥厂内回收煤泥需在厂内回收，不应排出厂外污染环境。

3、洗水闭路循环场内所用的洗水应全部经过澄清，并返回再用，不应排至厂外。第三十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三●浓缩浮选流程存在的缺陷1、细泥不能从系统中排出。增加了循环水的粘度，加大了浓缩设备的负荷，溢流中煤泥量增大，增加细泥在系统中的循环，恶化了浓缩设备的沉降效果，污染精煤。2、水量不易平衡。循环水中循环累积的煤泥量越来越大，增大了洗水浓度，严重影响跳汰选煤的效果。为了维持循环水正常浓度，使之在合理的水平上，要定期或不定期地排放高浓度的煤泥水，同时要补加清水。第三十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三3浓缩浮选流程的改革为了解决洗水浓度过高、浮选补加清水过大的问题，一些选煤厂对所采用的浓缩浮选流程进行了改革，采用浓缩机底流大排放的办法，增大浓缩设备底流排放量，提高浓缩设备的沉淀效率，降低循环水浓度，减少浮选补加清水量，使水量达到平衡。第三十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三（二）直接浮选流程

为了克服浓缩浮选流程的缺点，对工艺进行改革，近年来，国内外都在推广直接浮选的煤泥水处理流程。第四十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

直接浮选的主要目的是为了降低循环煤泥量，即降低循环系数K值。1、直接流程的推导：由图得到下面的煤泥分配关系图第四十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

根据平衡关系，进入系统的新煤泥量Q0应等于系统中各产物排出煤泥量的总和。进入作业区I的煤泥量Q，应该是Q0和循环水中所带循环煤泥Q4之和。即

Q=Q0+Q4=Q0+(1-b1)(Q-aQ0)Q0表示原煤新带进系统的煤泥；a表示由产品带走煤泥占新进入系统煤泥的比值，通常产品带走的煤泥数量很少，因此，a值较小，b1表示浓缩作业的沉淀效率，指经沉淀的煤泥量占作业入料煤泥量的比值；尾煤澄清作业区也有一个沉淀效率，以b2表示。b2≈1，即尾煤澄清水的浓度可近似等于零。第四十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三经整理后得循环煤泥和新进入系统煤泥的比值，称为循环系数，以K表示第四十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三由实际生产技术检查资料中可得到，a值常在0.2～0.4之间，b1值在0.2～0.5之间。如取a=0.2，b1=0.3，则得到

Kl=(1-0.2)(1-0.3)／0.3=1.87

K1的数据表明，进入系统的新煤泥量如果是1t，实际在系统中的煤泥为2.87t。浓缩设备的溢流水，若分出一部分作为浮选入料的稀释水，其数量占浓缩设备溢流量为n，n为小数。此时可得到下图所示的煤泥分配图。第四十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三循环煤泥量发生了变化：

成为(1-n)(1-b1)Q2=(1-n)(1-b1)(Q-aQ0）经整理后可得变化后的循环系数，以K2表示第四十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三从上式可见，n值越大，K2值越小。因此，增大n值对降低循环煤泥量，降低洗水浓度，促使细泥从系统中排出是有利的。第四十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三分出浓缩设备的溢流水作浮选稀释水，实际上是使一部分已经分离的溢流和底流重新混合，可以设想，若让这部分物料不经过浓缩设备，直接去浮选，也可以起到同样的作用。此时的煤泥分配图改变为下图形式。第四十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三改变后流程，循环煤泥量仍为(1-n)(1-b1)Q2。此时，n的意义已发生了变化。因为分出部分煤泥水不经浓缩，直接去浮选，减少了进入浓缩设备的负荷量，即降低了浓缩设备的单位面积负荷，使沉淀效率b1提高，降低了循环煤泥量。因此，实际循环系数的数值要进一步减小。假定，分出煤泥水n仍取值0.2，而沉淀效率b1由0.3提高到0.4，此时可得K3值为第四十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

只要浮选设备有足够能力，满足按矿浆体积计算的处理能力，n值就可以不受限制的增加，一直增加到全部煤泥水不经浓缩，直接去浮选。因而，省去了浓缩作业。此时，循环水全部由浮选尾煤经澄清后返回使用。显然，当n=1时，循环水中基本没有煤泥。因此，循环系数等于零

K4=0

这种简化的煤泥水流程称为直接浮选流程。第四十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、直接浮选流程的优点：

1)作业数减少，流程减化直接浮选流程取消了起浓缩作用的庞大浓缩

设备，因此，流程简化，管理方便，并降低基建费用，减少维修工作量。

2)提高煤泥的可浮性省去了浓缩作业，缩短煤泥在水中的浸泡时间，使煤粒表面疏水性提高，增加煤和矸石表面性质的差别，提高煤泥的可浮性，从而，使精煤回收率提高。第五十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三3)提高煤泥浮选的选择性采用直接浮选时，由于没有循环煤泥，因此，减少了煤泥泵送次数，减轻了泥化现象，克服细泥选择性差的弊端，也减少了极细粒泥质杂质在煤粒表面覆盖的现象，使煤泥浮选过程的选择性提高，改善精煤质量。

4)提高其他作业效果由于从系统中排除了细泥，降低了洗水浓度，提高了分选效果，减少了清水用量，使水量易于平衡。取消浓缩作业，可以解决浮选滞后水洗的现象，使浮选入料的粒度和浓度较为均匀，提高工时利用率，并可提高过滤作业的效果。

第五十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三由此可见，直接浮选与浓缩浮选相比有较大的优越性。特别在简化流程、从系统中排除细泥、降低洗水浓度、促使洗水闭路循环及提高煤泥水系统的工作效果等方面有很大的前途。第五十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

3、直接浮选流程的使用条件

直接浮选虽有很多优点，但通常存在浮选入料浓度过低的现象。采用直接浮选流程，应具备下列条件：

1)控制选煤脱水作业区的用水量

采用直接浮选流程时，其浮选入料的理想浓度为60～80g／L。

2)浮选前设置适当容积的缓冲池

直接浮选取消了浓缩设备，为了提高浮选效果，稳定浮选操作，浮选前必须设置适当容积的缓冲池，以调节各种因素的变化。

3)浮选尾煤需彻底澄清

使用直接浮选流程后，浮选尾煤澄清溢流水是选煤所用循环水的唯一来源。因此，浮选尾煤必须彻底澄清。第五十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三（三）半直接浮选当直接浮选入料浓度甚至低于40g／L。为了保证浮选入料浓度，可以采用半直接浮选流程，一般有三种情况：

1)主选、再选分设捞坑，再选捞坑溢流水直接作循环水主选、再选分设捞坑后，主选捞坑的溢流水作浮选入料，因有较高的浓度；再选捞坑溢流水因其浓度较低，可以考虑直接作循环水。第五十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

2)不分设捞坑，其溢流水分出部分作循环水主、再选合并使用捞坑，可分出一部分溢流水作再选循环水，其余去浮选。该流程有一定的循环量，不能彻底从系统中排除细泥。仅在细泥含量少是采用。

3)捞坑溢流水部分进入浓缩设备，部分作浮选稀释水该流程在直接浮选流程推导时曾提及，既降低入浮浓度，减少清水补加量，又减少浓缩机的负荷，降低了循环水中的煤泥量循环量。该流程可用于老厂改造。第五十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三三、煤泥水处理流程的内部结构煤泥水处理流程的内部结构，指由不同处理方法、不同设备组成的选煤加工流程。除作业区I的分选作业以外均可包含在这部分内容之内。通常分为三部分：与上续作业的连接、粗煤泥回收流程和细煤泥回收流程。第五十六页，共七十四页，编辑于2023年，星期三1、粗煤泥的流程结构

在作业区I中，除原煤的精选作业外，就是产品的脱水和粗煤泥回收等作业，构成了粗煤泥回收的流程结构，即煤泥水处理流程的前半段。其任务是：(1)对产物进行脱水；(2)回收质量合格的精煤．使之不能进入煤泥水中。(3)排除质量不合格的细煤泥，进入煤泥水，以便去后续作业处理。粒度的分界线取决于重力精选方法的有效分选下限，一般为0.5～0.3mm。第五十七页，共七十四页，编辑于2023年，星期三（1）脱水筛-分级设备-粗煤泥回收流程

该流程系统中，脱水筛筛孔常为13mm，分级没备常用斗子捞坑，其溢流去细煤泥回收系统，回收的粗煤泥经脱泥筛和离心脱水机两次脱水，见流程图。第五十八页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

该流程与前一流程的差别在于采用双层脱水筛，上层筛孔为13mm或25mm，下层筛孔采用3mm、1mm、0.5mm。进入分级设备的物料大部分小于下层筛孔，故需进行分级的物料量大大减少，可以提高脱泥筛的脱泥效率。进入双层筛下层水量很大，易将下层筛网上物料表面的细泥冲走，减轻细泥对精煤的污染。此流程分级设备常用角锥沉淀池、倾斜板沉淀设备或水力分级旋流器等，也可用煤泥捞坑。（2）双层脱水筛-分级设备-粗煤泥回收流程第五十九页，共七十四页，编辑于2023年，星期三

右图为水力分级-脱水、粗煤泥回收流程。

该流程的特点是全部跳汰机溢流均进入水力分级设备，然后再进行脱水和粗煤泥回收。（3）水力分级--脱水、粗煤泥回收流程第六十页，共七十四页，编辑于2023年，星期三该流程见右图没有设置水力分级设备，具有完全由筛分机控制粒度的特点。如果筛分机质量高，管理、检修严格并及时，能保证脱泥筛和弧形筛不漏粗煤泥，即可用此流程。（4）全部由筛分机组成的脱水、粗煤泥回收流程第六十一页，共七十四页，编辑于2023年，星期三2、细煤泥回收的流程结构

作业区Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ合起来可以称为煤泥水流程中的细煤泥回收部分。其任务是尽量回收低灰煤泥，并得到清净的循环水返回再用。目前，细煤泥的回收方法主要采用浮选。浮选精煤的脱水主要使用真空过滤机，也可采用新型的加压过滤机等。细煤泥回收的流程结构差别主要有两点：分级浮选问题和尾煤的处理方式。第六十二页，共七十四页，编辑于2023年，星期三(1)分级浮选与不分级浮选由于煤泥的粒度不同，故其浮选行为也不同，因此，最好采用不同的药剂制度。采用分级浮选时，可采用旋流器对物料进行分级，然后再进行浮选。如细粒部分灰分很高，可直接与浮选尾煤合并，只浮选粗粒部分。但一般除非灰分极高，经过经济比较，才能决定将其废弃。多数国家仍采用不分级浮选。我国尚无采用分级浮选的实例。第六十三页，共七十四页，编辑于2023年，星期三煤泥浮选流程内部结构

①一次浮选(粗选)

特点：流程简单，水、电耗量小，便于操作管理，处理量大。第六十四页，共七十四页，编辑于2023年，星期三②中煤再选

中煤返回再选；中煤单独再选

特点：单独再选对降灰、提高精煤产率有利，但增加了设备，加大了管理难度。第六十五页，共七十四页，编辑于2023年，星期三③精煤再选

特点：流程