煤泥水中礦物顆粒界面調(diào)控研究現(xiàn)狀

趙建峰

【摘 要】在煤泥水處理領(lǐng)域?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)對煤泥水的沉降澄清，往往要利用界面性質(zhì)對礦物顆粒進(jìn)行處理。目前煤泥水難以處理的主要原因?yàn)椋涸诿耗嗨校ね令惖V物容易泥化而難以沉降；礦物顆粒表面荷電，顆粒之間由于靜電斥力和范德華力作用相互排斥，煤泥水處于穩(wěn)定分散狀態(tài)。目前在煤泥水處理中，主要借助于無機(jī)電解質(zhì)、表面活性劑等方法，通過對礦物顆粒界面進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)礦物聚團(tuán)沉降，從而實(shí)現(xiàn)煤泥水沉降澄清。目前對煤泥水中礦物顆粒界面調(diào)控方法的作用機(jī)理需要進(jìn)行深入的研究，需要深入研究藥劑與礦物之間的作用機(jī)理提高藥劑的選擇性。

【關(guān)鍵詞】煤泥水處理；界面性質(zhì)；界面調(diào)控；表面活性劑；聚團(tuán)沉降

中圖分類號： TD985 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2017）23-0065-002

【Abstract】In order to realize the sedimentation and clarification of slime water in the field of slime water treatment， it is often necessary to utilize the interface properties to treat the mineral particles. At present， the main reason that slime water is difficult to handle is that： in slime water， clay minerals easily muddy and difficult to settle； mineral particles on the surface charge， due to electrostatic repulsion between particles and van der Waals forces mutually exclusive， slime water in a stable dispersion.At present， in slime water treatment， mainly by means of inorganic electrolytes， surfactants and other methods， through the regulation of mineral particles interface to achieve mineral agglomeration settlement， in order to achieve sedimentation clarification of slime. At present， the mechanism of action of mineral particle interface control in slime water needs to be further studied， and the mechanism of action between agent and mineral needs further study to improve the selectivity of agent.

【Key words】Slurry water treatment；Interface properties；Interface regulation；Surfactant；Agglomeration settlement

0 引言

顆粒界面調(diào)控就是采用各種方法改變顆粒表面性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對顆粒界面的調(diào)控。目前在煤泥水處理領(lǐng)域?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)對煤泥水的沉降澄清，許多學(xué)者將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向于研究界面調(diào)控，并提出了微細(xì)礦物疏水聚團(tuán)、聚團(tuán)沉降等。界面調(diào)控的理論基礎(chǔ)為：（1）調(diào)節(jié)顆粒界面性質(zhì)；（2）固相顆粒與不同界面（固相、液相、氣相）之間的相互作用。界面調(diào)控不僅在煤泥水處理領(lǐng)域得到了應(yīng)用，在化學(xué)工業(yè)等其他領(lǐng)域中界面調(diào)控也得到了廣泛應(yīng)用。表面活性劑在礦物顆粒界面調(diào)控中取得了良好的應(yīng)用價值，并具有重要的研究價值。在煤泥水處理中，表面活性劑的親水端伸入水中，疏水端與目標(biāo)礦物吸附，從而改變礦物可浮性使礦物聚團(tuán)沉降，達(dá)到使煤泥水沉降澄清的目的。

煤泥水難沉降的主要原因是：煤泥水中包含高嶺土、蒙脫石、石英等多種礦物，尤其是微細(xì)礦物顆粒難以受到重力作用發(fā)生沉降，微細(xì)礦物顆粒在煤泥水中處于穩(wěn)定分散狀態(tài)[1]；黏土類礦物容易泥化、形成穩(wěn)定分散狀態(tài)；煤泥水水質(zhì)硬度普遍較低，水質(zhì)硬度越低，煤泥水越難沉降澄清；煤泥水中礦物顆粒表面與水分子結(jié)合形成水化膜，礦物顆粒表面水化膜之間存在水化作用力阻止礦物顆粒聚團(tuán)沉降，不利于煤泥水沉降澄清。彭陳亮、閔凡飛等對于微細(xì)礦物顆粒表面水化膜進(jìn)行了研究，闡述了礦物顆粒表面水化膜形成機(jī)理，說明了非極性表面與極性表面水化膜并不相同。并在文中闡述了水化膜破解、水化作用力的研究進(jìn)展，介紹了水化膜的測量方法及水化膜影響因素[2]。

1 表面活性劑和無機(jī)電解質(zhì)對顆粒界面調(diào)控的研究

在煤泥水處理中，金屬離子和表面活性劑對于顆粒界面調(diào)控具有重要的影響。通過加入表面活性劑能夠提高煤泥水中礦物顆粒的疏水性，同時煤泥水處理過程中金屬離子在礦物顆粒表面的吸附會受到礦物的粒度、金屬離子種類的影響而發(fā)生變化[3]。張志軍[4]等人認(rèn)為，煤顆粒表面Zeta電位會受到水質(zhì)硬度的影響，通過提高水質(zhì)硬度能夠顯著減小煤顆粒表面Zeta電位。劉春福等人認(rèn)為，向石英溶液中加入金屬離子能夠壓縮石英顆粒表面雙電層，提高石英顆粒表面Zeta電位絕對值，使石英更易發(fā)生聚團(tuán)沉降。

在煤泥水處理過程中，金屬離子和表面活性劑得到了廣泛的應(yīng)用。煤泥水中礦物包括高嶺土、蒙脫石、石英等，這類礦物容易泥化、形成穩(wěn)定分散狀態(tài)，這些礦物顆粒的存在是造成煤泥水處理困難的主要原因[5-6]。其中尤以煤泥水中石英顆粒表面荷負(fù)電，顆粒之間由于靜電斥力相互排斥難以形成聚團(tuán)沉降。目前在浮選石英時陽離子捕收劑得到了廣泛的應(yīng)用，陽離子捕收劑的親水基為陽離子，在早期脂肪胺類得到了比較廣泛的應(yīng)用，目前已基本被醚胺所取代[7]。通過向脂肪伯胺-NH2極性基和非極性基之間插入醚基，醚胺可以提高藥劑的溶解性[8]；Papini等在研究鐵礦石時，對煤油與胺的混合物、脂肪一元胺、脂肪二元胺、縮合胺、一元醚胺、二元醚胺等藥劑進(jìn)行了研究，最終認(rèn)為：在一元醚胺與二元醚胺單獨(dú)使用時，一元醚胺效果更好。在選礦廠實(shí)際應(yīng)用時也往往將兩者配合使用，還可以使用柴油來取代一部分胺類捕收劑從而減少藥劑費(fèi)用和提高浮選效果[9]。A Vidyadhar[10]在浮選分離褐鐵礦和石英時將SDS作為捕收劑，結(jié)果表明在對石英進(jìn)行浮選時胺類捕收劑效果良好。劉方等人研究了在對石英、云母等礦物進(jìn)行浮選過程中，通過改變十二胺與金屬陽離子的不同添加順序來研究浮選效果[11]。于偉等人在實(shí)驗(yàn)室中將尿素與十二碳酸作為材料合成了十二碳酰胺，并將其運(yùn)用到鋁土礦的浮選試驗(yàn)中，最終表明十二碳酰胺對于石英的捕收性能良好[12]?？塬k等人在研究陰離子捕收劑在石英表面吸附機(jī)理時使用了石英晶體微天平對石英表面捕收劑吸附量進(jìn)行了實(shí)時測定，所選用藥劑為混合脂肪酸KS-I與油酸鈉，根據(jù)試驗(yàn)得知：當(dāng)反應(yīng)體系pH為12.0時，油酸鈉對石英的浮選效果更佳，而且捕收劑與活化劑的用量也較少，在油酸鈉用量為90mol/L，氫氧化鈣濃度為6.48×10-5mol/L時，石英回收率為97.9%。在活化后的石英表面KS-I與油酸鈉均為靜電吸附，但是KS-I的吸附量相對較少[13]。endprint

2 表面活性劑的研究方向

在表面活性劑應(yīng)用于煤泥水處理中，研究礦物顆粒界面調(diào)控機(jī)理，從而開發(fā)出新型、高效、環(huán)保的煤泥水處理藥劑成為主要的研究方向。

總而言之，表面活性劑主要包含陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑和陰離子表面活性劑。在實(shí)際應(yīng)用中，陽離子表面活性劑由于藥劑制度簡單、成本低，目前在煤泥水處理中得到了較為廣泛的應(yīng)用。陽離子表面活性劑與煤泥水中礦物顆粒表面主要以靜電物理吸附為主。

加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)的張亞輝[14]提出了“浮選藥劑與礦物界面作用的鏡像對稱規(guī)則”，指出了石英屬于以離子鍵為主的氧化礦物，具有很強(qiáng)的潤濕性，所以導(dǎo)致石英難以疏水聚團(tuán)，在浮選的過程中往往需要借助陽離子胺類捕收劑或其它長鏈羧酸類捕收劑，而且在使用過程中要消耗大量的藥劑，且此類藥劑往往缺乏一定的選擇性。張亞輝所提出的“浮選藥劑與礦物界面作用的鏡像對稱規(guī)則”認(rèn)為礦物表面具有斷裂鍵的金屬離子更易同含有礦物晶體陰離子的浮選藥劑發(fā)生作用，這種解釋有利于研發(fā)出具有特定活性官能團(tuán)的浮選藥劑，從而使藥劑具有較高的選擇性。與此同時在使用某種浮選藥劑之前，可以通過對其主要官能團(tuán)進(jìn)行研究，從而對此種藥劑是否可以浮選特定礦物而進(jìn)行預(yù)測。

3 結(jié)語

本文通過介紹煤泥水中微細(xì)礦物顆粒界面調(diào)控方法，并論述了對煤泥水處理領(lǐng)域的研究進(jìn)展。在顆粒界面調(diào)控的研究中，表面活性劑發(fā)揮著重要的作用。煤泥水處理中常通過添加表面活性劑和其他化學(xué)試劑來調(diào)整礦物表面特性，使目的礦物疏水聚團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)煤泥水的沉降澄清。目前在進(jìn)行煤泥水處理時主要理論依據(jù)為DLVO理論，往往借助于電解質(zhì)離子的作用使礦物顆粒表面的雙電層壓縮，從而降低Zeta點(diǎn)位，降低不同礦物顆粒之間的靜電斥力，最終使煤泥水中礦物顆粒沉降，上清液澄清。今后需要對煤泥水中礦物顆粒界面調(diào)控方法的作用機(jī)理需要進(jìn)行深入的研究，深入研究藥劑與礦物之間的作用機(jī)理，減少藥劑成本、提高藥劑的選擇性同時降低藥劑使用對環(huán)境造成的污染。

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