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1、 煤 是 一 種 復(fù) 雜 的 有 機(jī) 化 合 物 ， 通 過(guò) 顯 微 鏡 的 觀 察 可 以 看到 :組 成 煤 的 最 小 顆 粒 直 徑 約 為 0.002 0.003微 米 ， 高 約0.0012-0.0015微 米 ， 稱 之 為 “ 晶 粒 ” 。 由 “ 晶 粒 ” 組 成 的較 大 粒 子 的 大 小 約 為 0.01-0.02微 米 ， 稱 為 “ 膠 粒 ” 。 “ 晶粒 ” 間 和 “ 膠 粒 ” 間 構(gòu) 成 許 多 微 細(xì) 孔 隙 ， 密 布 在 煤 的 內(nèi)部 和 表 面 ， 形 成 無(wú) 數(shù) 的 毛 細(xì) 孔 ， 毛 細(xì) 管 直 徑 越 小 ， 煤 中水 分 越 大 。 植
2、 物 纖 維 經(jīng) 成 煤 作 用 后 形 成 的 晶 粒 和 膠 粒 中的 水 分 是 以 化 合 狀 態(tài) 出 現(xiàn) 的 ， 稱 為 “ 結(jié) 晶 水 ” ， 由 毛 細(xì)現(xiàn) 象 吸 附 于 煤 體 內(nèi) 部 的 水 分 是 游 離 狀 態(tài) ， 即 所 謂 的 “ 內(nèi)在 水 分 ” 。 煤 的 內(nèi) 在 水 分 隨 成 煤 期 及 炭 化 作 用 的 長(zhǎng) 短在 很 大 范 圍 內(nèi) 變 化 ， 從 無(wú) 煙 煤 的 12%到 褐 煤 的50%左 右 。 毛 細(xì) 現(xiàn) 象 吸 附 的 水 分 存 在 于 煤 體 內(nèi) 部 ，機(jī) 械 作 用 不 能 將 其 脫 去 ， 在 風(fēng) 干 狀 態(tài) 下 也 不 能 失去 內(nèi)
3、在 水 分 。 除 結(jié) 晶 水 和 內(nèi) 在 水 分 外 ， 煤 的 表 層尚 存 在 著 外 在 水 分 ， 這 是 一 種 固 體 靠 分 子 間 力 作用 把 周 圍 介 質(zhì) 內(nèi) 的 分 子 、 原 子 或 離 子 吸 收 到 自 己表 面 的 “ 吸 附 現(xiàn) 象 ” 。 煤 的 成 分 極 為 復(fù) 雜 ， 存 在 著 不 同 的 煤 巖 組 分和 礦 物 雜 質(zhì) ， 因 而 煤 的 表 面 具 有 極 性 與 非 極 性 的不 均 勻 性 。 存 在 極 性 時(shí) ， 煤 的 表 面 出 現(xiàn) 外 電 場(chǎng) (可正 ， 可 負(fù) )。 非 極 性 時(shí) ， 煤 的 表 面 沒(méi) 有 電 場(chǎng) ， 但
4、氧化 能 使 煤 的 非 極 性 表 面 迅 速 變 為 極 性 。 水 分 子 是一 種 非 線 性 結(jié) 構(gòu) （ 104.5度 ） ， 也 具 有 極 性 。 由 于負(fù) 電 性 大 的 氧 原 子 周 圍 比 2個(gè) 氫 原 子 周 圍 的 電 子 云更 密 集 ， 因 而 水 分 子 是 永 久 的 偶 極 子 ， 具 有 很 大的 偶 極 矩 。 煤 水 界 面 上 的 吸 附 就 是 由 煤 、 水 這 兩種 特 性 形 成 的 ， 它 是 煤 表 面 水 分 不 易 脫 除 的 主 要原 因 之 一 。 物 理 吸 附 的 結(jié) 果 ： 在 煤 的 表 面 形 成 了 水 分 子 的 吸
5、 附 和 擴(kuò) 散 層 ， 吸 附層 為 一 薄 膜 ， 緊 靠 煤 表 面 ， 厚 度 接 近 于 一 個(gè) 分 子 ， 與煤 的 表 面 牢 固 聯(lián) 系 ， 與 煤 一 齊 移 動(dòng) 。 擴(kuò) 散 層 位 于 吸 附層 上 ， 能 與 吸 附 層 相 對(duì) 滑 動(dòng) 。 因 此 ， 在 煤 、 水 相 對(duì) 移動(dòng) 時(shí) ， 滑 動(dòng) 面 發(fā) 生 在 距 煤 表 面 約 一 個(gè) 分 子 的 距 離 處 。這 時(shí) ， 由 于 液 、 固 兩 相 移 動(dòng) ， 滑 動(dòng) 層 與 余 下 液 體 間 出現(xiàn) 一 個(gè) 電 位 ， 即 所 謂 的 “ 電 動(dòng) 電 位 ” 。 這 種 由 于 物 理吸 附 造 成 在 煤 表
6、面 形 成 水 分 子 的 吸 附 層 和 擴(kuò) 散 層 的 現(xiàn)象 ， 在 化 學(xué) 中 稱 為 “ 擴(kuò) 散 雙 電 層 ” ， 主 要 模 型 有 ： 1.平 板 雙 電 層 模 型 ： 這 種 模 型 過(guò) 分 強(qiáng) 調(diào) 離 子環(huán) 境 的 穩(wěn) 定 性 ， 把 固 體 表 面 上 的 過(guò) 量 電 荷 與 溶 液 中 的 反 號(hào)電 荷 的 分 布 狀 態(tài) 視 為 平 板 電 容 器 ， 該 模 型 簡(jiǎn) 單 ， 僅 適 用 于描 述 金 屬 和 高 溶 解 度 的 鹽 類 電 解 質(zhì) 溶 液 系 統(tǒng) 。 2.擴(kuò) 散 雙 電層 模 型 ： 這 種 模 型 過(guò) 分 強(qiáng) 調(diào) 離 子 的 移 動(dòng) 性 ， 認(rèn) 為
7、 點(diǎn) 電 荷 的濃 度 ， 自 固 體 表 面 向 溶 液 內(nèi) 部 隨 距 離 增 加 而 遞 減 。 3.斯 特恩 模 型 ： 該 模 型 較 為 實(shí) 際 地 反 映 了 雙 電 層 的 真 實(shí) 結(jié) 構(gòu) ， 在浮 選 理 論 上 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 雙 電 層 由 內(nèi) 層 和 外 層 組 成 。礦 物 表 面 的 電 層 為 雙 電 層 的 內(nèi) 層 ， 內(nèi) 層 中 決 定 礦 物 表 面 電荷 或 電 位 的 離 子 稱 為 定 位 離 子 。 溶 液 中 被 礦 物 表 面 吸 附 的 ，起 電 平 衡 作 用 的 反 號(hào) 離 子 稱 為 配 衡 離 子 。 配 衡 離 子
8、 存 在 的液 層 稱 為 配 衡 離 子 層 ， 即 雙 電 層 的 外 層 。 雙 電 層 的 外 層 又分 兩 層 ， 即 離 礦 物 表 面 較 近 的 緊 密 層 和 離 礦 物 表 面 稍 遠(yuǎn) 的擴(kuò) 散 層 。 緊 密 層 和 擴(kuò) 散 層 間 的 界 面 稱 為 緊 密 面 。 由 于 吸 附 層 與 煤 表 面 的 牢 固 聯(lián) 系 。 用 機(jī)械 方 式 將 其 脫 出 是 不 可 能 的 ， 煤 顆 粒 越 小 ，這 部 分 水 分 所 占 比 例 越 大 ， 而 擴(kuò) 散 層 水 分 是可 以 脫 出 的 ， 但 要 克 服 電 場(chǎng) 力 的 作 用 。 降 低滑 動(dòng) 面 上 的
9、電 動(dòng) 電 位 可 使 曲 線 變 陡 ， 從 而 減少 擴(kuò) 散 層 厚 度 ， 使 水 易 于 脫 出 。 煤 泥 顆 粒 越小 ， 比 表 面 積 越 大 ， 吸 附 勢(shì) 能 越 大 。 此 外 ，當(dāng) 顆 粒 極 細(xì) 時(shí) ， 顆 粒 間 也 存 在 毛 細(xì) 現(xiàn) 象 ， 把水 吸 附 在 內(nèi) ， 因 此 細(xì) 粒 煤 泥 的 水 分 很 難 脫 出 。而 松 散 煤 泥 團(tuán) 對(duì) 脫 水 干 燥 是 有 利 的 。 分 析 煤 水 結(jié) 合 的 機(jī) 理 可 知 :破 壞 電 場(chǎng) 力 ， 可 使 煤 表面 擴(kuò) 散 層 以 外 的 表 水 在 很 大 程 度 上 脫 出 。 機(jī) 械 力是 破 壞 電
10、場(chǎng) 力 、 除 去 表 水 最 常 用 的 有 效 措 施 。 常 用 的 煤 泥 機(jī) 械 脫 水 方 式 有 過(guò) 濾 、 壓 濾 、 帶 式 壓濾 和 沉 降 式 離 心 脫 水 等 。1.沉 降 式 離 心 機(jī) 沉 降 式 離 心 機(jī) 是 用 高 速 回 轉(zhuǎn) 產(chǎn) 生 的 離 心 力 進(jìn)行 脫 水 的 設(shè) 備 。 由 于 煤 的 比 重 比 水 大 ， 在 離 心 力作 用 下 被 甩 向 離 心 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 筒 壁 ， 并 被 螺 旋 轉(zhuǎn) 子 刮出 ， 在 沉 降 式 離 心 機(jī) 上 增 加 過(guò) 濾 段 ， 即 成 為 沉 降過(guò) 濾 式 離 心 機(jī) ， 增 加 過(guò) 濾 段 后 ， 沉 降
11、的 沉 渣 濾 餅在 離 心 力 作 用 下 ， 使 水 分 進(jìn) 一 步 穿 過(guò) 篩 網(wǎng) 脫 出 ，其 濾 餅 中 的 最 終 水 分 可 達(dá) 1322%, 2 真 空 過(guò) 濾 機(jī) 真 空 過(guò) 濾 機(jī) 是 最 早 用 于 煤 泥 脫 水 的 設(shè) 備 ， 目前 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 于 選 煤 廠 中 。 過(guò) 濾 是 借 助 于 液 體在 空 隙 或 毛 細(xì) 管 內(nèi) 流 動(dòng) 時(shí) 的 機(jī) 械 效 應(yīng) ， 利 用 真 空泵 產(chǎn) 生 的 真 空 度 ， 克 服 濾 液 流 動(dòng) 阻 力 ， 而 使 水 分脫 出 。 3 壓 濾 機(jī) 近 年 來(lái) ， 隨 著 對(duì) 環(huán) 保 要 求 和 產(chǎn) 品 回 收 要 求
12、 的 提 高 ，壓 濾 機(jī) 已 成 為 煤 泥 廠 內(nèi) 回 收 、 洗 水 閉 路 循 環(huán) 的 把關(guān) 設(shè) 備 。 在 選 煤 廠 中 壓 濾 機(jī) 主 要 用 于 尾 煤 的 脫 水 。邢 臺(tái) 選 煤 廠 在 1980年 采 用 壓 濾 機(jī) 后 ， 濾 餅 水 分 為20%-25%， 細(xì) 粒 能 全 部 回 收 ， 濾 液 基 本 是 清 水 。 1.機(jī) 械 脫 水 機(jī) 械 脫 水 正 向 降 低 水 分 、 提 高 處 理 量 方 向 發(fā) 展 。 近 期 研 制的 新 型 煤 泥 脫 水 設(shè) 備 有 連 續(xù) 加 壓 過(guò) 濾 機(jī) 、 帶 式 真 空 過(guò) 濾 機(jī)等 。 荷 蘭 阿 爾 馬 爾 的
13、阿 馬 過(guò) 濾 機(jī) 公 司 生 產(chǎn) 的 加 壓 過(guò) 濾 。 過(guò)濾 是 通 過(guò) 過(guò) 濾 元 件 進(jìn) 行 的 。 在 過(guò) 濾 期 和 脫 水 期 ， 高 壓 空 氣在 水 平 殼 體 內(nèi) 形 成 壓 力 梯 度 ， 迫 使 濾 液 通 過(guò) 過(guò) 濾 元 件 ， 濾液 通 過(guò) 過(guò) 濾 元 件 后 進(jìn) 入 過(guò) 濾 元 件 中 心 的 空 心 軸 內(nèi) ， 再 流 入濾 液 收 集 管 。 過(guò) 濾 元 件 繞 軸 自 轉(zhuǎn) ， 軸 又 繞 一 環(huán) 形 軌 跡 轉(zhuǎn) 動(dòng) ，煤 槳 上 部 的 高 壓 空 氣 產(chǎn) 生 所 需 的 壓 力 梯 度 ， 過(guò) 濾 期 結(jié) 束 時(shí)已 形 成 濾 餅 。 當(dāng) 過(guò) 濾 元 件
14、超 出 煤 槳 后 靠 煤 槳 上 部 連 續(xù) 供 給的 高 壓 空 氣 而 脫 水 。 2。 電 化 學(xué) 脫 水 加 有 絮 凝 劑 的 粘 稠 狀 細(xì) 煤 泥 用 電 化 學(xué) 脫 水 取 得 了明 顯 的 效 果 ， 已 進(jìn) 入 工 業(yè) 性 試 驗(yàn) 階 段 。 水 在 外 電場(chǎng) 作 用 下 ， 產(chǎn) 生 部 分 電 離 :水 電 離 H2O H+ + OH-陰 極 反 應(yīng) 2 H+十 2 e H2 陽(yáng) 極 反 應(yīng) 4 OH-一 4e 2 H2O +O2 在 電 化 學(xué) 脫 水 設(shè) 備 中 ， 外 電 路 是 電 子 流 動(dòng) 、 而 在煤 槳 中 通 過(guò) 的 電 流 是 由 于 離 子 的 移
15、 動(dòng) 而 形 成 的 電流 。 而 由 電 子 導(dǎo) 電 到 離 子 導(dǎo) 電 的 過(guò) 渡 就 是 電 極 反應(yīng) ， 這 三 者 同 時(shí) 發(fā) 生 ， 共 同 構(gòu) 成 了 電 化 學(xué) 反 應(yīng) 脫水 的 全 過(guò) 程 。 3.熱 力 脫 水 、 干 燥 低 溫 加 熱 煤 槳 能 降 低 脫 水 設(shè) 備 所 脫 煤槳 的 水 分 。 這 是 因 為 升 溫 可 降 低 水 的 粘 滯力 ， 使 水 易 于 流 動(dòng) 。 同 時(shí) ， 在 加 熱 的 煤 槳中 ， 部 分 水 分 發(fā) 生 低 溫 蒸 發(fā) ， 而 煤 中 的 外在 水 分 和 內(nèi) 在 水 分 都 能 在 105 -110 的溫 度 下 蒸 發(fā)
16、干 燥 ， 并 在 150 以 上 逐 漸 放出 二 氧 化 碳 ， 250 開 始 逸 出 一 氧 化 碳 。煤 泥 熱 力 千 燥 形 式 較 多 ， 是 煤 泥 水 分 達(dá) 到需 要 的 把 關(guān) 設(shè) 備 。 為 提 高 處 理 量 ， 千 燥 機(jī)溫 度 一 般 大 于 110 。 4。 遠(yuǎn) 紅 外 線 和 微 波 干 燥 遠(yuǎn) 紅 外 線 干 燥 是 近 年 來(lái) 發(fā) 展 的 新 技 術(shù) ， 具 有 千 燥速 度 快 ， 熱 效 率 高 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 適 用 于 有 機(jī) 物 質(zhì) 和 高分 子 物 質(zhì) ， 即 具 有 電 偶 極 矩 的 分 子 。 當(dāng) 紅 外 線 輻射 遇 到 上 述 物
17、質(zhì) 時(shí) ， 一 部 分 被 物 休 表 面 反 射 ， 其余 部 分 被 吸 收 ， 或 穿 透 該 物 體 。 當(dāng) 物 體 分 子 的 固有 振 動(dòng) 頻 率 或 轉(zhuǎn) 動(dòng) 頻 率 與 紅 外 線 輻 射 頻 率 一 致 時(shí) ，產(chǎn) 生 共 振 ， 并 被 分 子 強(qiáng) 烈 吸 收 ， 使 分 子 運(yùn) 動(dòng) 加 劇 ，溫 度 上 升 ， 達(dá) 到 干 燥 目 的 。 通 過(guò) 對(duì) 煤 水 結(jié) 合 機(jī) 理 、 煤 泥 脫 水 常 用 方 式 及其 近 期 進(jìn) 展 ， 煤 泥 脫 水 新 方 式 及 煤 泥 脫 水 前 景 展望 等 部 分 的 綜 合 、 探 討 ， 可 得 到 如 下 結(jié) 論 : 1.煤
18、水 結(jié) 合 主 要 是 靠 電 場(chǎng) 力 吸 附 的 表 水 ， 及 靠 毛細(xì) 管 作 用 吸 附 于 深 部 的 內(nèi) 水 。 兩 者 都 是 游 離 水 ，強(qiáng) 化 破 壞 電 場(chǎng) 力 的 物 理 化 學(xué) 作 用 ， 以 及 減 弱 煤 水物 理 吸 附 為 主 的 強(qiáng) 度 是 提 高 煤 泥 脫 水 效 能 的 兩 大途 徑 。 2.煤 泥 脫 水 與 煤 的 粒 度 組 成 、 煤 的 牌 號(hào) 、 煤 巖 組 分及 煤 槳 性 質(zhì) 等 因 素 有 重 要 的 關(guān) 系 。 真 空 過(guò) 濾 時(shí) ，小 于 10微 米 的 顆 粒 起 不 良 作 用 。 采 用 沉 降 過(guò) 濾 式 離心 機(jī) 時(shí) ，
19、 小 于 44微 米 的 顆 粒 不 應(yīng) 超 過(guò) 4000目 。 煤 槳性 質(zhì) (濾 餅 形 成 速 度 ， 顆 粒 沉 降 性 能 等 )又 規(guī) 定 了 采用 不 同 脫 水 設(shè) 備 的 區(qū) 別 。 因 此 ， 研 制 、 改 進(jìn) 脫 水設(shè) 備 必 須 以 煤 泥 特 性 研 究 為 基 礎(chǔ) 。 隨 著 對(duì) 煤 質(zhì) 、 環(huán) 保 等 要 求 的 提 高 ， 煤 泥 脫 水 方 式正 越 來(lái) 越 引 起 人 們 的 注 意 ， 可 展 望 煤 泥 的 脫 水 前景 如 下 : 煤 泥 脫 水 干 燥 設(shè) 備 的 需 要 量 今 后 將 有 較 大的 增 長(zhǎng) ， 煤 泥 脫 水 的 研 究 今 后
20、 將 更 為 重 視 。 機(jī) 械脫 水 仍 是 近 期 內(nèi) 主 要 的 脫 水 方 式 。 在 所 出 現(xiàn) 的 一些 煤 泥 脫 水 設(shè) 備 中 ， 從 綜 合 耗 能 量 、 工 作 原 理 和脫 水 性 能 看 ， 沉 降 過(guò) 濾 式 離 心 機(jī) 最 為 優(yōu) 越 ， 適 用性 最 大 ， 帶 式 壓 濾 機(jī) 次 之 ， 壓 濾 機(jī) 又 次 之 。 真 空過(guò) 濾 機(jī) 較 差 ， 水 分 高 ， 能 耗 大 ， 僅 適 用 于 易 脫 水煤 槳 。 但 是 ， 真 空 過(guò) 濾 機(jī) 在 金 屬 、 非 金 屬 礦 槳 、果 汁 等 食 品 工 業(yè) 及 其 它 細(xì) 粒 脫 水 物 料 中 仍 有
21、廣 泛的 應(yīng) 用 。 應(yīng) 重 視 開 拓 新 用 戶 ， 在 發(fā) 展 新 產(chǎn) 品 時(shí) ，應(yīng) 予 以 考 慮 。 近 期 研 制 的 連 續(xù) 加 壓 過(guò) 濾 機(jī) 和 帶 式真 空 過(guò) 濾 機(jī) 將 會(huì) 得 到 重 視 。 一 研 制 合 適 的 絮 凝 劑 和 油 劑 ， 在 有 蒸汽 等 熱 源 條 件 下 的 加 熱 脫 水 今 后 會(huì) 有 較大 發(fā) 展 。 這 些 可 作 為 多 樣 化 產(chǎn) 品 開 發(fā) 的補(bǔ) 充 ， 以 便 適 應(yīng) 各 種 用 戶 的 要 求 。二 熱 沖 擊 下 褐 煤 粉 化 機(jī) 理 研 究 ， 毛 細(xì)水 分 蒸 發(fā) 條 件 研 究 等三 煤 中 礦 物 質(zhì) 先 進(jìn) 綜 合 利 用 技 術(shù) ； 煤礦 大 型 節(jié) 能 及 污 染 物 控 制 技 術(shù) 。
例會(huì)煤水機(jī)理與研究方向
