煤泥水中矿物颗粒界面调控研究现状

赵建峰

【摘 要】在煤泥水处理领域为了实现对煤泥水的沉降澄清，往往要利用界面性质对矿物颗粒进行处理。目前煤泥水难以处理的主要原因为：在煤泥水中，黏土类矿物容易泥化而难以沉降；矿物颗粒表面荷电，颗粒之间由于静电斥力和范德华力作用相互排斥，煤泥水处于稳定分散状态。目前在煤泥水处理中，主要借助于无机电解质、表面活性剂等方法，通过对矿物颗粒界面进行调控实现矿物聚团沉降，从而实现煤泥水沉降澄清。目前对煤泥水中矿物颗粒界面调控方法的作用机理需要进行深入的研究，需要深入研究药剂与矿物之间的作用机理提高药剂的选择性。

【关键词】煤泥水处理；界面性质；界面调控；表面活性剂；聚团沉降

中图分类号： TD985 文献标识码： A 文章编号：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

颗粒界面调控就是采用各种方法改变颗粒表面性质，从而实现对颗粒界面的调控。目前在煤泥水处理领域为了实现对煤泥水的沉降澄清，许多学者将研究重点转向于研究界面调控，并提出了微细矿物疏水聚团、聚团沉降等。界面调控的理论基础为：（1）調节颗粒界面性质；（2）固相颗粒与不同界面（固相、液相、气相）之间的相互作用。界面调控不仅在煤泥水处理领域得到了应用，在化学工业等其他领域中界面调控也得到了广泛应用。表面活性剂在矿物颗粒界面调控中取得了良好的应用价值，并具有重要的研究价值。在煤泥水处理中，表面活性剂的亲水端伸入水中，疏水端与目标矿物吸附，从而改变矿物可浮性使矿物聚团沉降，达到使煤泥水沉降澄清的目的。

煤泥水难沉降的主要原因是：煤泥水中包含高岭土、蒙脱石、石英等多种矿物，尤其是微细矿物颗粒难以受到重力作用发生沉降，微细矿物颗粒在煤泥水中处于稳定分散状态[1]；黏土类矿物容易泥化、形成稳定分散状态；煤泥水水质硬度普遍较低，水质硬度越低，煤泥水越难沉降澄清；煤泥水中矿物颗粒表面与水分子结合形成水化膜，矿物颗粒表面水化膜之间存在水化作用力阻止矿物颗粒聚团沉降，不利于煤泥水沉降澄清。彭陈亮、闵凡飞等对于微细矿物颗粒表面水化膜进行了研究，阐述了矿物颗粒表面水化膜形成机理，说明了非极性表面与极性表面水化膜并不相同。并在文中阐述了水化膜破解、水化作用力的研究进展，介绍了水化膜的测量方法及水化膜影响因素[2]。

1 表面活性剂和无机电解质对颗粒界面调控的研究

在煤泥水处理中，金属离子和表面活性剂对于颗粒界面调控具有重要的影响。通过加入表面活性剂能够提高煤泥水中矿物颗粒的疏水性，同时煤泥水处理过程中金属离子在矿物颗粒表面的吸附会受到矿物的粒度、金属离子种类的影响而发生变化[3]。张志军[4]等人认为，煤颗粒表面Zeta电位会受到水质硬度的影响，通过提高水质硬度能够显著减小煤颗粒表面Zeta电位。刘春福等人认为，向石英溶液中加入金属离子能够压缩石英颗粒表面双电层，提高石英颗粒表面Zeta电位绝对值，使石英更易发生聚团沉降。

在煤泥水处理过程中，金属离子和表面活性剂得到了广泛的应用。煤泥水中矿物包括高岭土、蒙脱石、石英等，这类矿物容易泥化、形成稳定分散状态，这些矿物颗粒的存在是造成煤泥水处理困难的主要原因[5-6]。其中尤以煤泥水中石英颗粒表面荷负电，颗粒之间由于静电斥力相互排斥难以形成聚团沉降。目前在浮选石英时阳离子捕收剂得到了广泛的应用，阳离子捕收剂的亲水基为阳离子，在早期脂肪胺类得到了比较广泛的应用，目前已基本被醚胺所取代[7]。通过向脂肪伯胺-NH2极性基和非极性基之间插入醚基，醚胺可以提高药剂的溶解性[8]；Papini等在研究铁矿石时，对煤油与胺的混合物、脂肪一元胺、脂肪二元胺、缩合胺、一元醚胺、二元醚胺等药剂进行了研究，最终认为：在一元醚胺与二元醚胺单独使用时，一元醚胺效果更好。在选矿厂实际应用时也往往将两者配合使用，还可以使用柴油来取代一部分胺类捕收剂从而减少药剂费用和提高浮选效果[9]。A Vidyadhar[10]在浮选分离褐铁矿和石英时将SDS作为捕收剂，结果表明在对石英进行浮选时胺类捕收剂效果良好。刘方等人研究了在对石英、云母等矿物进行浮选过程中，通过改变十二胺与金属阳离子的不同添加顺序来研究浮选效果[11]。于伟等人在实验室中将尿素与十二碳酸作为材料合成了十二碳酰胺，并将其运用到铝土矿的浮选试验中，最终表明十二碳酰胺对于石英的捕收性能良好[12]。寇珏等人在研究阴离子捕收剂在石英表面吸附机理时使用了石英晶体微天平对石英表面捕收剂吸附量进行了实时测定，所选用药剂为混合脂肪酸KS-I与油酸钠，根据试验得知：当反应体系pH为12.0时，油酸钠对石英的浮选效果更佳，而且捕收剂与活化剂的用量也较少，在油酸钠用量为90mol/L，氢氧化钙浓度为6.48×10-5mol/L时，石英回收率为97.9%。在活化后的石英表面KS-I与油酸钠均为静电吸附，但是KS-I的吸附量相对较少[13]。endprint

2 表面活性剂的研究方向

在表面活性剂应用于煤泥水处理中，研究矿物颗粒界面调控机理，从而开发出新型、高效、环保的煤泥水处理药剂成为主要的研究方向。

总而言之，表面活性剂主要包含阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和阴离子表面活性剂。在实际应用中，阳离子表面活性剂由于药剂制度简单、成本低，目前在煤泥水处理中得到了较为广泛的应用。阳离子表面活性剂与煤泥水中矿物颗粒表面主要以静电物理吸附为主。

加拿大纽芬兰纪念大学的张亚辉[14]提出了“浮选药剂与矿物界面作用的镜像对称规则”，指出了石英属于以离子键为主的氧化矿物，具有很强的润湿性，所以导致石英难以疏水聚团，在浮选的过程中往往需要借助阳离子胺类捕收剂或其它长链羧酸类捕收剂，而且在使用过程中要消耗大量的药剂，且此类药剂往往缺乏一定的选择性。张亚辉所提出的“浮选药剂与矿物界面作用的镜像对称规则”认为矿物表面具有断裂键的金属离子更易同含有矿物晶体阴离子的浮选药剂发生作用，这种解释有利于研发出具有特定活性官能团的浮选药剂，从而使药剂具有较高的选择性。与此同时在使用某种浮选药剂之前，可以通过对其主要官能团进行研究，从而对此种药剂是否可以浮选特定矿物而进行预测。

3 结语

本文通过介绍煤泥水中微细矿物颗粒界面调控方法，并论述了对煤泥水处理领域的研究进展。在颗粒界面调控的研究中，表面活性剂发挥着重要的作用。煤泥水处理中常通过添加表面活性剂和其他化学试剂来调整矿物表面特性，使目的矿物疏水聚团，从而实现煤泥水的沉降澄清。目前在进行煤泥水处理时主要理论依据为DLVO理论，往往借助于电解质离子的作用使矿物颗粒表面的双电层压缩，从而降低Zeta点位，降低不同矿物颗粒之间的静电斥力，最终使煤泥水中矿物颗粒沉降，上清液澄清。今后需要对煤泥水中矿物颗粒界面调控方法的作用机理需要进行深入的研究，深入研究药剂与矿物之间的作用机理，减少药剂成本、提高药剂的选择性同时降低药剂使用对环境造成的污染。

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