气浮滤池不宜用无烟煤滤料的原因分析

气浮滤池不宜用无烟煤滤料的原因分析

无烟煤粒与微气泡粘附的理论分析

　微气饱与无烟煤粒为什么会如此易于粘附, 而且又粘附得如此牢固呢? 这显然与无烟煤颗粒本身的物化特性及微气泡的矿化特性有关。

据我们分析, 其主要原因有以下几个方面:

　无烟煤的天然疏水性能促使煤粒与微气抱牢固粘附。无烟煤滤料主要由碳原子环所组成。其基本结构单位为六角形的碳原子网格, 所示。由于碳原子环具有对称结构,使所有原子间的力均大限度地被限制在分子的内部。因此碳原子网格的平整表面对水分子的吸引力便很弱, 使得无烟煤滤料具有天然的疏水性能。试验表明, 在不投加任何表面活性物质的情况下, 微气泡与无烟煤粒表面接触时, 亦能发生十分牢固的粘附作用。

　无烟煤的高碳化度能促使煤粒与微气泡牢固粘附。无烟煤的含碳量高达94.12%,均高于其它煤的含碳量。虽然无烟煤的网格周围也连带着极性的、亲水的各种基(如经基、竣基、磺基等)和含氧官能团的分子键,但随着煤碳化程度的逐渐增高,亲水的各种基和含氧官能团便逐渐被分解,非极性的碳原子网格所占有的面积便逐渐增大,取向也愈加规则,范德华氏键力便愈加微弱,从而使得煤的疏水性随着碳化程度的增高而逐渐增大。

无烟煤的明显光泽性能促使煤粒与微气饱牢固粘附

　不需借助仪器便可清晰地看到,无烟煤粒具有明显的光泽。这种光泽的增加,反映出煤粒的浮游性在不断提高,同时也反映了煤粒中碳素的高度集中。此外,无烟煤的挥发分含量在各种煤中为低(2.66%)。试验表明,随着煤的挥发分含量的减少,便发生碳素的集中,并能生成被碳氢化合物所遮盖的十分疏水的解理面。此种碳氢化合物的结构为碳氢键, 是非极性的。而非极性物质分子的电子是不能进行交换的。加之它们又具有对称结构,对水分子的吸引力很弱,因而其解理面通常是沿着横过弱的分子键的结晶面而生成。无烟煤所强烈表现出来的明显光泽性的平面正是这些解理面。正如选矿工作者的经验所指出, 如果矿物颗粒中具有玻璃状或油脂状光泽时,利用浮选法就能容易被分选出来,其道理就在于这些光泽的解理面具有强烈的疏水性所致

无烟煤粒的不规则表面, 能促使煤粒与微气饱牢固粘附

　无烟煤粒表面的凹凸不平度, 对煤粒的可浮性有独特的影响。选矿实践表明,具有棱角和凹凸不平表面的矿粒, 一般能提高颗粒的可浮性。浮游选煤结果也表明, 浮选具有尖角的碎煤粒比滚圆煤粒容易。

　其原因就是这些煤粒的尖棱和凸出部分, 能显著地提高三相接触边界的稳定性, 从而能促使煤粒在气泡上粘附得稳定、牢固。在模型气浮滤池的运行中也同样可观测到, 上部溶有部分微气泡的澄清水, 在滤层表面以上有效水深的静压作用下, 随过滤水一起向下进人无烟煤滤料层时, 便在煤粒表面逐渐结成0.5一2毫米直径的微气泡,密布在煤粒的表层上,形成气絮状煤粒,并逐渐向滤层深处延伸。这时的气泡表面已达到大

程度的矿化, 因而也就具有很高的浮升速度。加之, 无烟煤粒的比重多在1.4一1.6范围内,远较其他滤料的比重为轻, 从而缓和了挣脱力的作用。所以, 只要滤池一停止过滤, 气絮严重的煤粒, 就会以很高的速度从煤层中冲出并浮升到水面。当开启冲洗阀门进行反冲洗时, 整个滤料层处于悬浮状态.

　其中凡是被气絮的煤粒, 均能从悬浮状态的煤层中冲出向上浮升。其气絮严重的煤粒并将随冲洗水流失, 气絮较轻的煤粒, 则浮升到一定高度挣脱气泡后, 在自重作用下再降落到悬浮的煤层中。

　煤粒表面具有很高的浮游活动性, 为微气泡的矿化创造了有利条件。试验表明, 微气泡与无烟煤粒碰撞次数愈多, 则微气泡表面的矿化作用就愈大, 气泡表面的利用率就愈高。如果在煤粒上已粘附部分微气泡, 那末当较大的微气泡向煤粒接近时, 由于气泡半径的不同, 两者的所受压力便有所差别,在此压差的作用下便能导致气泡之间的夹层破裂。因而微气泡的存在, 起到了一种特殊的浮选活性剂的作用。气浮滤池模型试验中所观察到的0.5~2毫米直径的气泡, 牢固地粘附在无烟煤粒的表面上, 正反映了微气泡的这种特殊的浮选活性剂作用的存在。

　由于压力溶气水经过释放器突然减压后, 产生出大量粒径为50 户左右的微气泡,使相应的气一液接触面积大大增加, 这样结果就增加了氧的转移机会。大家知道, 小于0. 0 5 毫米的微气饱, 在水深为0.9 5 一1 . 0 米时便能10 0 % 溶解。那么对于50 微米直径左右的微气泡, 在滤池水深1.2 ~ 1.5 米的情况下, 其溶解度必然亦为丈0 0 %。

　经侧定当原水溶解氧为4 毫克/ 升时, 经压力溶气后, 溶解氧高达6 ~ 7 毫克/升。从浮游选矿的实践表明, 正是由于水中溶解了这些氧气, 进一步改善了煤粒的浮游性, 提高了煤粒与微气饱的附着速度和粘附强度, 促进了微气泡更好地矿化。因此, 当气浮区下部含氧浓度增高了的澄清水向下通过无烟煤滤料滤层时, 便能促进无烟煤粒与水中的微气泡粘附, 结成较牢固的气絮状煤粒,导致无烟煤滤料颗粒孔隙被气泡所堵塞。

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