穩(wěn)定性分析儀在高嶺石沉降中的應(yīng)用

王積祿，聶 瑤（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

?

穩(wěn)定性分析儀在高嶺石沉降中的應(yīng)用

王積祿，聶 瑤
（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

摘 要：利用多重散射光穩(wěn)定性分析儀研究不同濃度高嶺石懸浮液的沉降特性，測(cè)定了TSI穩(wěn)定性指數(shù)；并與分光光度計(jì)的測(cè)試相對(duì)照。結(jié)果表明：穩(wěn)定性分析儀的測(cè)試結(jié)果與分光光度計(jì)基本吻合，穩(wěn)定性指數(shù)TSI可以作為高嶺石懸浮液沉降特性的表征。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定性分析儀；穩(wěn)定性指數(shù)TSI； 高嶺石沉降特性

1　引言

近年來，隨著采煤機(jī)械化水平的不斷提高，大量的夾矸混入原煤中，在煤炭洗選過程中產(chǎn)生大量細(xì)泥含量高的、難處理的煤泥水，若處理不當(dāng)不僅會(huì)損失一定量的煤炭還會(huì)對(duì)礦區(qū)的環(huán)境造成污染［1］。煤泥水是一種多相、多分散的復(fù)雜體系，懸浮物顆粒大小、zeta電位、水質(zhì)硬度、礦物泥化性質(zhì)等都會(huì)對(duì)煤泥水的沉降特性產(chǎn)生影響［2］。高嶺石是煤泥水中的主要粘土礦物顆粒之一，由于晶格上的金屬離子通過類質(zhì)同晶現(xiàn)象，被低價(jià)的金屬離子取代，如Si4+被Al3+取代，Al3+被Mg2+取代等導(dǎo)致高嶺石晶體正電荷不足，從而帶負(fù)電荷。另外晶格缺陷也可導(dǎo)致其帶負(fù)電［3，4］。以高嶺石為代表的粘土礦物顆粒因其極易泥化分散成微細(xì)顆粒，并且表面荷負(fù)電，是造成煤泥水難以沉降的主要原因。本文采用穩(wěn)定性分析儀來分析高嶺石懸浮液的沉降特性，以穩(wěn)定性指數(shù)TSI作為表征，將測(cè)試結(jié)果與分光光度計(jì)的測(cè)試結(jié)果相對(duì)照，探究新測(cè)試方法的可行性。

2　試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)材料及儀器

試驗(yàn)材料是來自淮北礦區(qū)的煤系高嶺石，主要儀器有：IKA RET加熱型磁力攪拌器；TURBISCAN LAB多重散射光穩(wěn)定性分析儀；UV-1800紫外/可見分光光度計(jì)。

2.2試驗(yàn)方法

用處理好的高嶺石和去離子水配不同濃度懸浮液，濃度依次為1.0g/L、1.5g/L、2.0g/L和2.5g/L，用磁力攪拌器在1000r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌三分鐘，使高嶺石顆粒充分分散。用傳統(tǒng)方法分光光度計(jì)測(cè)定靜置0h、1h、2h、3h、4h、5h和6h后上清液的透光率。新的測(cè)試方法：用移液管取上述各濃度的高嶺石懸浮液20mL注入TURBISCAN LAB多重散射光穩(wěn)定性分析儀的測(cè)量池中，在25℃的條件下，進(jìn)行光強(qiáng)及整體穩(wěn)定性指數(shù)TSI的測(cè)定。每小時(shí)進(jìn)行一次測(cè)試，共進(jìn)行6小時(shí)。

3　結(jié)果與分析

3.1分光光度計(jì)對(duì)高嶺石沉降的表征

圖1是通過分光光度計(jì)測(cè)試的不同高嶺石濃度下懸浮液靜置不同時(shí)間后的澄清層透光率，可以看到在不同高嶺石濃度下透光率都是隨著靜置時(shí)間的增長(zhǎng)而增大的，說明在這段時(shí)間里上層的顆粒不斷地進(jìn)入下層，沉降過程一直在進(jìn)行，各濃度靜置6小時(shí)的透光率均小于80%，說明沉降進(jìn)行的比較緩慢，澄清層仍有大量的高嶺石顆粒。從不同的濃度來看，濃度越低澄清層透光率越高，說明濃度較低的懸浮液體系更加不穩(wěn)定，更易發(fā)生沉降。

3.2穩(wěn)定性分析儀對(duì)高嶺石沉降的表征

圖2是濃度為2.5/L的高嶺石懸浮液6小時(shí)的掃描圖譜，將初始的光強(qiáng)作為參比。底層的被散射光強(qiáng)變化值大且隨測(cè)試時(shí)間明顯增大，說明測(cè)試期間底層出現(xiàn)沉淀；中間層隨著測(cè)試時(shí)間的增大，背散射光強(qiáng)度變化值是減小的，說明中間有部分顆粒發(fā)生聚并。頂層的透射光強(qiáng)度變化值顯著增強(qiáng)，并且出現(xiàn)透射光強(qiáng)度變化值的高度隨測(cè)試時(shí)間變化越來越小，說明在頂層出現(xiàn)澄清，并且澄清層的高度隨時(shí)間增高。通過該儀器的測(cè)試可以完整的反映高嶺石顆粒的沉降過程。

為了定量表征沉降特性，引入了一個(gè)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性指數(shù)TSI，穩(wěn)定性指數(shù)TSI是如下定義的：在選定的高度，比較每一次掃描測(cè)量對(duì)前一次掃描測(cè)量的光強(qiáng)度的變化，并將結(jié)果累計(jì)至樣品總高度而獲得一個(gè)結(jié)果。TSI越大說明光強(qiáng)度的變化越大，說明體系的穩(wěn)定性越差。圖3中，隨高嶺石濃度增大懸浮液的TSI指數(shù)逐漸變小，說明濃度越高，高嶺石懸浮液體系越穩(wěn)定，顆粒越不易沉降。結(jié)果與分光光度計(jì)的測(cè)試恰好吻合的，說明通過TSI可以表征高嶺石懸浮液的沉降特性，TSI數(shù)值越大說明體系穩(wěn)定性變得越差，顆粒越易沉降。

4　 結(jié)論

（1）在測(cè)試的濃度范圍內(nèi)，高嶺石的沉降效果隨高嶺石濃度的增大而變差，即濃度越高，高嶺石懸浮液越穩(wěn)定。（2）穩(wěn)定性分析儀的測(cè)試結(jié)果與分光光度計(jì)的測(cè)試是吻合的，故可通過穩(wěn)定性指數(shù)TSI來表征高嶺石懸浮液的沉降特性。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳忠杰，閔凡飛，朱金波，劉令云.高泥化煤泥水絮凝沉降試驗(yàn)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1010，38（09）：4.

［2］馮莉，劉炯天，張明青，宋玲玲.煤泥水沉降特性的影響因素分析［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，39（05）：5.

［3］魏克武.高嶺石晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)［J］.非金屬礦，1992（01）：6. ［4］李海普，胡岳華，王淀佐，徐兢.陽(yáng)離子表面活性劑與高嶺石的相互作用機(jī)理［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，35（02）：6.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.195