基于排出蒙脱石结构水分子簇团强化煤泥水固液分离基础研究

Coal slurry treatment is a key factor impacting the operation of the coal processing efficiency. However, this process can be deteriorated by one kind of occurring gangue, montmorillonite(MMT), which is easily forming the net-work structure to bind the water molecules inside of it. Meanwhile, the strength of the structure can be enhanced by the addition of a small dosage of cations, results in the ineffective coagulating sedimentation treatment. In order to solve this problem, assuming that it is the steric effect of water cluster impede the inside water molecules flowing out of the structure. Furthermore, it will explore an appropriate method to squeeze out the water cluster from the structure. In order to verify the hypothesis, critical value of the interlayer spacing will be distinguished by measuring the adsorption of water property into the fixed MMT powders. The effect of the inside water cluster on net-work structure of MMT will be detected by micro calorimeter, nuclear magnetic resonance, CT, SXM, SEM, TEM and molecule dynamic simulations. Furthermore, it will explore appropriate methods for reducing the steric effect of water cluster, for example, high frequency vibration and agent, in order to squeeze out of the water molecules inside of the structure. By the implementation of the project, the state of the inside water cluster can be explored and a new method for solid-liquid separation technique will be developed.

煤泥水处理是选煤厂高效运行的关键，煤泥水难沉降的主要原因之一是赋存的蒙脱石形成网络结构内水，而其中少量的阳离子又会加剧网络结构的形成，使得传统的混凝沉降技术恶化悬浮液的固液分离效果。为解决这一难题，提出水簇的位阻效应是结构内水难以排出的主要原因，并探索合适的方法将水簇排出网络结构。本项目通过测定固定床中蒙脱石的吸水能力，获得水簇形成位阻效应时蒙脱石层间距的临界值；通过微量热仪、核磁共振、CT、SXM、SEM、TEM及分子动力学模拟等手段研究结构内水的赋存状态，以及内水对蒙脱石网络结构作用的机理。在此基础上，研究物理高频振动及药剂制度弱化水簇位阻效应，并促使结构内水转化为自由水分子，再通过高价层间离子置换增大层间静电吸引力，排出结构内水。本项目的实施能够揭示煤泥水中蒙脱石结构内水赋存机理，并为相关领域的固液分离技术提供重要的理论基础及技术支持。

项目基于煤泥水中蒙脱石矿物与水之间的相互作用，探究了Li、Na、K、Ca、Mg、Ba基蒙脱石晶体膨胀，研究了煤泥水的“盐-粘土的凝聚-絮凝”(SCCF)，获得了煤泥水中煤炭颗粒与矿物颗粒之间的相互作用规律，研究了煤泥水难以固液分离的主要原因，为改善煤泥水沉降提供了理论基础。研究了表面活性剂破坏水结构对煤泥水及其中主要矿物固液分离的促进，以及水溶液中蒙脱石与表面活性剂之间的范德华相互作用，实现了通过表面活性剂破坏煤泥水的亲水作用，并且获得了表面活性剂与煤泥颗粒之间的相互作用规律。在此基础上提出了一种铁精矿脱水药剂，也为煤泥水沉降药剂的研发提供了理论基础。现将研究目标的具体完成情况分述如下：.1）研究了Li、Na、K、Ca、Mg、Ba基蒙脱石的晶体膨胀，通过核磁共振研究揭示了蒙脱石层间水的赋存状态。研究了煤泥水及选矿尾水中主要微细矿物石英、高岭石、蒙脱石等颗粒的分散性质，发现了煤泥水中的“盐-粘土的凝聚-絮凝”(SCCF)作用，以及煤泥颗粒之间的相互作用规律。.2）研究了表面活性剂破坏水结构对煤泥水及其中主要矿物固液分离的促进作用。表面活性剂和电解质对高岭石分散体稳定性的影响。将tween-80表面活性剂吸附到煤泥的表面，考察了tween-80改性煤泥对亚甲蓝（MB）的吸附能力。.3）研究了水溶液中蒙脱石与表面活性剂之间的范德华相互作用。疏水基团与蒙脱石之间的相互作用主要为诱导偶极-诱导偶极相互作用，对于具有不同疏水端的季铵盐表面活性剂（QASs），其与蒙脱石之间的范德华作用能的差异是因为疏水端CH2吸附的叠加作用差异，获得了QASs在蒙脱石表面的平均吸附距离。.4）通过AFM研究了表面活性剂与煤之间的相互作用，并且通过对比处理后褐煤表面的复吸水率和煤泥水的沉降，获得煤表面与有机物之间的相互作用需要考虑两个规则：1）煤表面的溶剂化或疏水特性；2）有机物的范德华力。获得了规则1和规则2的本质区别。最终得到了实现固液分离的表面活性剂构建方法。