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多级风力选煤

发表时间:2023-08-07 07:24

水分子的结构与基本性质如何?

浮选时液相为水,液体水的结构和性质对矿物表面性质、浮选药剂的性质及浮选过程均产生极大的影响,决定了浮选的特征。

水分子的结构特点:水分子由两个氢原子和一个氧离子组成,3个原子核构成以两个质子为底的等腰三角形,如图6-2所示。其中,氧的两个独对电子不成键,形成两个负电中心,两个杂化轨道与氢成键,形成水分子的两个正极,成为有两个正极和两个负极的四级结构,其电荷集中在四面体的顶部。由水分子的结构可见,水分子的正、负电荷中心相距较远,所以水分子具有较大的偶极矩,属强极性分子,又称水分子为水偶极水。

水分子结构示意图.png

由于水的结构,使它具有如下性质:4°C时水的密度**;具有较高的介电常数;有较高的溶解能力;导电率低,对其他化合物有较大的电解能力;有较高的偶极矩,缔合作用强;有形成氢键的特性。



水对浮选过程有哪些影响?

1)水分子之间的缔合作用

(1) 氢键缔合。水分子的结构决定了水分子有两个正极和两个负极,而且相距较远。水分子的两个正电性的氢原子,可以同相邻水分子中的氧原子的独对电子相互吸引,形成氢键,由于水分子的4 极结构,每个分子都可能和邻近的4个水分子通过氢键缔合形成四面体笼架结构。

(2) 偶极缔合。水分子是强偶极子,分子间具有分子作用能。在水的分子作用能中,定向效应占主要地位,色散效应与诱导效应仅占15%左右。由于偶极缔合作用,当水分子在矿物表面形成水化层时,可能增厚其水化层。

水分子的氢键缔合能约为18.9 kJ/mol,而其分子缔合能仅为4~8.5 kJ/mol。可后者远较氢键缔合能弱,即氢键缔合能是水分子中的主要缔合能。


2)水分子与矿物表面的作用

矿物破裂后,其断裂面上具有不饱和键。将断裂面置于真空中,得不到任何补偿,如置于空气中,虽可得到部分补偿,由于氧、氮分子密度很低,不具有极性,所以得到偿极小;如果将断裂面置于水中,则矿物表面的不饱和键与水偶极子发生作用,得到部分补偿。

矿物由于构成其晶格结构的不同,当矿物破裂后,其断裂面上希望得到补偿的不饱和键特性不同,因而矿物表面的极性也有差别。水分子则会根据矿物表面的极性不同在其面进行不同形式的定向排列,形成不同性质的水化层或水化膜,使矿物表面的自由能发生变化。

矿物表面断裂后,不饱和程度高的表面,水分子易于与其作用,而其不饱和程度低的表面,水分子不易于与其作用。所以,水分子与矿物表面的作用严重影响到矿物与气泡的接触过程与稳定状态。


3)水的溶解能力

水的溶解能力在浮选过程中具有相当重要的作用。由于水可溶解矿物表面的一些离子,从而改变矿物表面的化学组成、界面电性及液相的化学组成,结果也改变了矿物在浮选过程中的行为。

对一般矿物,当水化能高于其晶格能时,矿物即发生溶解,一直进行到被溶解的离子在固、液两相的化学位相等时为止,除盐类和氧化程度较高的矿物外,多数矿物的溶解度均不高。矿物的溶解度除受上述晶格能、水化能的影响外,还受固体颗粒和水中含有的其他化学元素的影响。当水中含有矿物组成的同名离子时,水对矿物的溶解能力降低;而含有其他离子时,可以提高水对矿物的溶解能力。

矿物的溶解使煤浆中含有多种离子,这些所谓的“难免离子”是影响浮选的重要因素之一。虽然大部分矿物的溶解度不大,但进人煤浆中的矿物质还是显著的,如换算成每吨待浮矿石的克数,则完全可与常规使用的浮选药剂单位加人量相比拟。“难免离子”的影响是多方面的,包括相互作用生成原煤浆中没有的新化合物及其相互间作用的产物,改变矿物表面的组成与电位;“难免离子”与浮选药剂及水中存在的硬度盐类离子发生反应,使煤浆的 pH 值向某侧移动等。在每一种具体情况下,“难免离子”会对浮选产生不同的影响。

水对大多数盐类矿物溶解比较复杂,溶解下来的离子还要发生一系列水解和形成络合物等反应,因而在水中出现大量复杂的离子、分子和络合物,从而大大影响和改变分选过程。所以,在浮选过程中应注意水对这些矿物的作用和生成物对浮选的影响。


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