【2017年整理】五絮凝化学.doc

第五章 絮凝化学 在煤泥水的多相分散体系中，微细颗粒的存在对其沉降和过滤特性起着决定性的作用，借助于化学手段使微细颗粒聚集成较大颗粒絮团，成为改善煤泥水沉降及固液分离效果的有效途径。 加入某些离子，通过降低颗粒间电性斥力使份散体系失去稳定性而形成凝聚体，称凝聚。 由于溶在液相中的高分子聚合物与细颗粒的吸附以及自身的架桥作用，使分散体系失于稳定性而形成絮状结合体，称为絮凝。 絮凝化学包括凝聚与絮凝原理，凝聚剂和絮凝剂的制备、性质、使用等。 一、凝聚理论 1. 颗粒受力 细粒分散体系中颗粒受两种力作用(确切讲受两种力支配)： 1)范德华引力。由构成颗粒的分子综合作用形成。特点：属引力，有利于颗粒凝聚；随颗粒间距减小而显著增大。力的大小与间距三次方，二次方成反比)。 2)静电作用力。由颗粒表面荷电而引起的颗粒电性作用力。静电吸引与排斥，取决于相互作用的颗粒所表现的电性（正负与大小）；与范德华引力相比，静电作用力属长程力。 2. 同相凝聚与异相凝聚 具有相同颗粒表面电位的颗粒之间的凝聚称为同相凝聚。由于表面电位相同，颗粒之间受静电斥力作用。同相凝聚过程由DLVO理论加以叙述。 表面电位不同的异类颗粒之间的凝聚为异向凝聚。异类凝聚的静电作用分两种情况：1)相反电性(或一方不带电)的颗粒，总受到其静电引力作用；2)具有相同电性但大小不一的颗粒，相距较远时表现为静电斥力；而距离变小后又呈现静电吸引。在两类异相凝聚中，前后为自发过程，而后者则取决于荷电较小的颗粒电量。 在煤泥水体系中，由于煤和矿物质颗粒在正常PH条件下都荷负电，且电位相差不在，因此以同相凝聚为主。 3. DLVO理论 该理论认为一对颗粒之间的相互势能由两部分组成： (1)双电层静电排斥能VR； (2)分子作用能VA； 这两方面作用能具有加合性，相互作用总势能VT为：VT=VA 随着颗粒之间距减少，总能量出现三个极值： 1)第二能谷。颗粒间距较大，形成准稳态凝聚体，自发过程， 2)能峰(势垒)。形成稳定凝聚体的能量障碍。 3)第一能谷。颗粒充分靠近，形成稳态凝聚体，自发过程。 对于微细颗粒体系，无法施加外部能量克服势垒。只有通过降低势垒的方法使其凝聚。而势垒主要取决于颗粒静电能，只有通过添加某些离子，改变水中离子数量及构成，降低颗粒电动电位是促成颗粒凝聚的一条有效途径。这就是凝聚的作用原理，也是不同水质煤泥水为什么处于不同分散状态的原因所在。 二、絮凝原理 絮凝原理是和絮凝剂的结构相关联。 絮凝剂通常是有机高分子化合物，它有两部分构成：高分子骨架，活性基因。絮凝作用是由它们共同完成的。活性基因与颗粒表面通过各种键合作用，使得颗粒与絮凝剂结合。它决定了絮凝剂的键合类型以及键合的颗粒种类(即絮合的选择性)。高分子骨架起到一种架桥作用，把粘结颗粒的絮凝剂分子联系在一起，形成絮团。 分子大小与絮团结构及大小密切关系，因此，絮凝剂分子量对絮凝效果影响很大。 三、无机凝聚剂 低 分 子 三价金属盐 铝盐 硫酸铝 氯化铝 铝酸钠 铁盐 硫酸铁 氯化铁 二价金属盐 碳酸镁 碳酸氢镁 硫酸铜 氯化镁 硫酸锌 硫酸亚铁 高分子 聚合氯化铝 聚合硫酸铝 碱式氯化铝 PH调整剂 石灰 碳酸钠 苛性钠 盐酸 硫酸 常用无机凝聚剂如下表 表 常用凝聚剂表 1. 铝盐和铁盐凝聚剂 铝盐和铁盐在水中存在形态不同，产生凝聚的机理也不同。 1)电中和凝聚。在离子含量较低情况下，Al3+和Fe3+主要以低聚合度高正电荷多核络离子形态存在，对水中颗粒起电中和作用。 2)架桥絮凝。当离子含量达到一定浓度时，Al3+和Fe3+主要以高聚合度低电荷的无机高分子及凝胶状化合物的形式存在，它们在颗粒间起粘接架桥作用，使之絮凝。 3)吸附卷扫。当离子含量较大时，Al3+和Fe3+以微小的氢氧化物凝聚形态存在，吸附和粘结水中胶体杂质，卷带它们一起从水中分离出去。 2. 无机高分子聚合物 聚合氯化铝是这类物质的代表。它并非单一分子，而是同一类不同形态的化合物，其通式为Aln(OH)mCl3n-m或[Al2(OH)mCl6-m]n,例如，Al2(OH)5Cl、Al6(OH)14Cl4、Al13(OH)34Cl5以及[Al2(OH)5Cl]n等。 聚合氯化铝是一种将铝盐预先控制在适宜条件下而制成的带有适量电荷和较大聚合度的无机高分子电解质。它本质上与其它铝盐相同，只是以最优形态投入水中以立即发挥作用。聚合氯化铝采用两个指标去表征：碱化度B、聚合度n。碱化度B=[OH]/3[Al]，即化合物中的羟基与铝的当量比。B值越高，说明化合物物中羟基比例越大，其粘接架桥作用越强，但易生成Al[OH]3沉淀而稳定性差。聚合度n即分子式中的n值，它表明