細(xì)粒煤電化學(xué)脫水 研究論文

目錄1第二章 脫水作用原理及其基本概念162.1電滲透脫水162.2電化學(xué)預(yù)處理法（電解還原法）172.3 機械脫水192.3.1過濾及脫水基本原理192.3.2恒壓過濾192.3.3脫水方式192.3.4過濾脫水的影響因素202.4絮凝理論202.5 表面活性劑的助濾機理212.5.1 表面活性劑的分類222.5.2 表面活性劑作用機理24第三章 實驗部分263.1實驗原料263.2 實驗原理283.2 實驗裝置303.3 實驗工藝流程圖303.4 實驗儀器及試劑313.4.1試劑313.4.2儀器313.5 實驗步驟32第四章 實驗內(nèi)容344.1 電解電壓對細(xì)粒煤脫水效果的影響344.2 煤漿濃度對細(xì)粒煤脫水效果的影響374.3 電解時間對細(xì)粒煤脫水效果的影響414.4 電解質(zhì)對細(xì)粒煤脫水效果的影響454.4.1 不同價態(tài)陽離子對細(xì)粒煤脫水效果的影響454.4.2 不同價態(tài)陰離子對細(xì)粒煤脫水效果的影響554.5表面活性劑對細(xì)粒煤脫水效果的影響624.4.1 陰離子型表面活性劑對細(xì)粒煤脫水效果的影響624.4.2 陽離子型表面活性劑對細(xì)粒煤脫水效果的影響674.4.3兩性表面活性劑對細(xì)粒煤脫水效果的影響734.5 正交試驗774.5.1因素與水平的選擇784.5.2 正交試驗設(shè)計方案及結(jié)果784.5.3 試驗結(jié)果的直觀分析794.5.4 方差分析81第五章 分析、表征及機理探討825.1 FTIR分析825.2 熱重分析835.3 XRD分析845.4.電化學(xué)脫水的機理探討86第六章 結(jié)論及展望867.1 結(jié)論867.2展望86參考文獻(xiàn)88致謝90附錄91攻讀碩士研究生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文9278第二章 脫水作用原理及其基本概念2.1電滲透脫水1. 電滲技術(shù)發(fā)展過程對于電滲透脫水的研究已經(jīng)有了相當(dāng)長的歷史。早在1803年,俄國科學(xué)家Peucc就發(fā)現(xiàn)了電滲透現(xiàn)象,即分散介質(zhì)在外加電場作用下,相對于固定的固體表面作定向電極運動的現(xiàn)象11。1931年Schwerin利用電滲透現(xiàn)象進(jìn)行了泥炭脫水的應(yīng)用實驗,但是由于電滲透的應(yīng)用在理論和技術(shù)上還有一些難點,因此長期以來未能得到廣泛的應(yīng)用。然而近年來,由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和城市工業(yè)廢水中的污泥處理問題的突出,電滲透技術(shù)得到了長足發(fā)展.目前發(fā)展的電場污泥脫水主要有兩種電場即豎直電場和水平電場12。1978年,Yukawa建立了恒壓條件下電滲透脫水模型,為電滲透脫水的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)13。1989年,日本鈴木等人首次將電滲透脫水應(yīng)用于食品領(lǐng)域14。李里特等人把電滲透脫水用于食品植物蛋白的固液分離中,取得了較好的效果,得出以下特點:(1)電滲透脫水的驅(qū)動力不同于機械過濾的壓榨力,過濾介質(zhì)不會受到嚴(yán)重的破壞和堵塞;(2)通過調(diào)整電滲透的電壓和電流,很容易控制脫水的速度和效率;(3)膠體中的水分采用電滲透技術(shù)脫水，具有較高的脫水效率;(4)電滲透脫水容易與機械脫水相結(jié)合,進(jìn)一步提高脫水效率;(5)電滲透的應(yīng)用受到物料的電特性影響.對食品蛋白的電滲透脫水的條件與模型及機理進(jìn)行了分析.電滲透原理由動電現(xiàn)象而來.基于Helmholtz模型,Debye-Huckel提出了脫水漿料層中電滲透液體流速公式:() 2式中U為脫水漿料層中液體電滲透流速,為液體的介電常數(shù),k為粒子形狀系數(shù),為液體粘度,E為脫水層電場強度。目前，電滲透脫水最大的問題在于從理論上就不能徹底地脫去所有水分，脫水達(dá)到一定階段后,水分降低,固體物料不再導(dǎo)電,電流不能通過。因此電滲透脫水技術(shù)的應(yīng)用受到物料的電特性限制。Yoshida對膨潤土層進(jìn)行了壓力脫水、電滲透脫水以及電滲透結(jié)合壓力脫水的對比實驗,發(fā)現(xiàn)電滲透與機械脫水的脫水速率及脫水量都大于單獨的脫水方法。李里特等人采用電極短路、交變電場、電滲透脫水與機械脫水相結(jié)合、多段電極或在電極與物料處加去極化物質(zhì)的方法，進(jìn)行試驗，結(jié)果都可提高電滲透速率提高電滲透流量,降低物料的最終含水量。1999年,Orsal等將電滲透脫水和機械壓榨結(jié)合起來運用于生物原料的脫水,并且已經(jīng)有了實際應(yīng)用 15。 2. 電滲透脫水的機理一般膠體粒子靠吸附或電離使其帶有一定的電荷，帶電膠體粒子靠靜電吸引帶相反電荷的離子，形成雙電層。雙電層內(nèi)反離子一方面受到膠體表面電荷的靜電吸引，使之靠近固體表面，另一方面由于離子本身熱運動，力圖離開固體表面，形成靠近固體表面處濃度最大，離固體表面愈遠(yuǎn)濃度愈低。帶電膠粒與鄰近表面的反離子構(gòu)成一層厚度為兩三個分子直徑的緊密層。緊密層之外分布的反離子層為擴散層。緊密層與擴散層之間為滑移界面?；啤⒔缑媾c溶液內(nèi)部的電位差為電位。在固體移動受到限制的系統(tǒng)中施加電場，擴散層中的離子沿滑移界面向電極移動，同時促進(jìn)了水分子的移動，對于負(fù)電位的膠粒，全部液體受到向負(fù)極運動的力，電滲透脫水開始進(jìn)行。由Debye-Hrekel公式知電滲透速率16() 2其中:E電場強度，電位，液體介電常數(shù)，p液體粘度，K粒子形狀系數(shù)11。2.2電化學(xué)預(yù)處理法（電解還原法） 電解還原法是在電解槽內(nèi)進(jìn)行的, 在陽極進(jìn)行氧化反應(yīng), 在陰極進(jìn)行還原反應(yīng)。 在電解槽外的導(dǎo)線和電極里的電流是由電子的移動而產(chǎn)生的, 稱為電子電流。 在電回路中, 槽內(nèi)溶液部分的電流是由于受槽外電子電流的影響, 溶液中部分電解質(zhì)變?yōu)殡x子, 此離子的移動產(chǎn)生的電流稱為離子電流。 這樣槽外槽內(nèi)的電子電流和離子電流形成一個完整的電回路, 基質(zhì)不斷在陽極失去電子而被氧化, 產(chǎn)生氧化反應(yīng)產(chǎn)物；在陰極不斷得到電子被還原, 產(chǎn)生還原反應(yīng)產(chǎn)物。上述氧化還原反應(yīng)都按照電解的法拉第法則進(jìn)行，電解反應(yīng)是基質(zhì)分子與電極間的電子移動的氧化、還原反應(yīng), 但實際是電化學(xué)過程(電子移動反應(yīng)) 、化學(xué)過程、物理過程的組合。 煤表面的電解還原反應(yīng)機理可能有下列3 種情況。(1) 電子轉(zhuǎn)移機理煤顆粒在陰極表面上直接得到電子而進(jìn)行, 其反應(yīng)歷程為煤吸附電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。(2) 煤從液相主體擴散到電極表面, 進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移、化學(xué)反應(yīng), 反應(yīng)產(chǎn)物再通過擴散進(jìn)入液相主體. 反應(yīng)過程可能如下:醚鍵還原：RCH2OCH2R4H+e RCH3+RCH3H2O,羥基還原：ROH2H+e RHH2O,羰基還原ArRCO2H+2e ArRCHOHH2O,羧基還原RCOOHH+e RHCO2,RCOOHH+e RCHOH2O RCHOH+e RCH2OH RCH2OH H+ e RCH3H2O(2) 活潑H作用機理首先, 電極上發(fā)生H2O 電解反應(yīng), 在陰極生成活潑的游H, 它具有較高的能量。H+e H然后, 活潑H與煤表面的-OH , -O- , =CO , -COOH 作用,ArOHH ArH2O ,ArH ArH ,ArAr ArAr同理, H與=CO , -COOH 作用, 反應(yīng)過程與上述類似。(3) 支持電解質(zhì)的作用當(dāng)用NaCl 作支持電解質(zhì)時, 反應(yīng)機理推測為nNa+ne nNa, nNacoal nNa+coal-, coal- H+ coalH 172.3 機械脫水2.3.1過濾及脫水基本原理 過濾是給多孔過濾介質(zhì)兩側(cè)施加壓力差而將懸濁液過濾分成濾渣和濾液兩部分的固液分離單元操作。過濾過程中待處理的懸濁液稱為濾漿（slurry）,所用的多孔介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)（filtration medium）,通過介質(zhì)孔道的液體稱為濾液(filtrate)，被多孔介質(zhì)截留的物質(zhì)稱為濾餅（filtration cake）。 當(dāng)懸濁液中的固體顆粒的體積濃度低于0.1%時，固體顆粒大小比過濾介質(zhì)表面的孔徑小的多時，固體顆粒沒有在過濾介質(zhì)表面被截留而進(jìn)入過濾介質(zhì)的多孔通道內(nèi)部，由于碰撞、吸附及靜電吸引等相互作用，主要靠濾材層表面的物理或化學(xué)作用捕集分離，這種過濾方式稱為澄清過濾或內(nèi)部過濾。當(dāng)固體顆粒的體積濃度大于0.1%時，顆粒到達(dá)過濾介質(zhì)表面由于顆粒大小和相互間“架橋”作用，固體顆粒被濾材表面截留堆積形成濾渣層，起著濾材過濾作用，稱為濾餅過濾或表面過濾。后一種過濾方式適用于煤泥水的處理。 產(chǎn)生壓力差（過濾過程中的推動力）的方法有三種：（1）依靠煤漿自身厚度的靜壓力；（2）在過濾介質(zhì)的一側(cè)造成負(fù)壓（如真空過濾脫水）；（3）在過濾介質(zhì)的一側(cè)造成正壓（如加壓過濾脫水）。 根據(jù)脫水過程中推動力的變化，可分為恒壓過濾和恒速過濾兩種，恒壓過濾在過濾過程中壓力保持不變；恒速過濾在過濾 過程中過濾速度保持不變。本試驗中，采用恒壓過濾。2.3.2恒壓過濾 恒壓過濾開始時，濾液只需克服過濾介質(zhì)的阻力，當(dāng)濾餅逐漸形成后，濾液還需克服濾餅自身的阻力。濾餅是由顆粒堆積而成的，亦可視為一種多孔性過濾介質(zhì)，孔道屬于毛細(xì)管，故真正的過濾層包括濾餅和過濾介質(zhì)。由于過濾介質(zhì)中的毛細(xì)孔道的直徑常稍大于部分懸濁液煤漿顆粒直徑，在過濾開始時，會有部分細(xì)小顆粒穿過過濾介質(zhì)而使濾液呈渾濁狀態(tài)，此后由于固體顆粒在孔道中迅速發(fā)生“架橋作用”，使得尺寸小于孔道直徑的細(xì)小顆粒也能被截留，濾餅開始形成，濾液亦變得澄清，從而過濾開始有效的進(jìn)行。在過濾過程中，起主要分離作用的是濾餅層，而非過濾介質(zhì)。2.3.3脫水方式 常見的機械脫水方式有以下幾種：（1）真空過濾：真空過濾是80年代廣泛使用的機械脫水方式，它是將比較粗大的固體顆粒通過真空泵吸附在濾布上，利用濾布兩側(cè)的壓力差進(jìn)行過濾，以脫除表面水為主。它的特點是連續(xù)運轉(zhuǎn)，操作平穩(wěn)，整個生產(chǎn)過程可實現(xiàn)自動化，處理大，適應(yīng)于各種脫水作業(yè)；但其缺點是脫水前必須進(jìn)行預(yù)處理，附屬設(shè)備較多，工序較為復(fù)雜，運行費用較高。（2）加壓脫水:加壓脫水和真空脫水的基本原理一樣，只是推動力不同而已，加壓脫水是正壓過濾，真空過濾是負(fù)壓過濾，加壓過濾是的壓力可達(dá)4-8Kg/cm2，故推動力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真空過濾。由于加壓脫水時的推動力大，故而濾餅含水率較低。2.3.4過濾脫水的影響因素 (1)固體顆粒的種類及性質(zhì) 固體顆粒的性質(zhì)直接影響固體顆粒的脫水效果，固體顆粒粒徑的大小及其分布決定過濾脫水的難易程度。 （2）過濾的壓力 一般來說，真空度越高，濾餅厚度越大，含水率越低，但由于濾餅增厚，過濾阻力增加，不利于過濾脫水；此外真空度的提高，使動力消耗增加，從而增加處理成本。 （3）藥劑的種類及用量 試驗過程中用到許多表面活性劑及電解質(zhì)，故選擇合適的電解質(zhì)及表面活性劑種類及用量對控制成本有顯著影響。 （4）過濾介質(zhì) 過濾介質(zhì)的性能影響著過濾壓力、過濾差率、濾液-懸浮物濃度及濾餅的剝離性能，過濾機械不同，采用的過濾介質(zhì)不同。2.4絮凝理論 絮凝是指膠體脫穩(wěn)后（或由于高分子物質(zhì)的吸附架橋作用）聚集成大顆粒絮團(tuán)的過程。其主要機理如下：壓縮雙電層作用產(chǎn)生凝聚、吸附電中和作用、吸附架橋作用產(chǎn)生絮凝、網(wǎng)捕作用產(chǎn)生絮凝。 （1）壓縮雙電層作用 膠團(tuán)雙電層的構(gòu)造決定了在膠粒表面出反離子的濃度最大，隨著膠粒表面向外的距離越大，則反離子濃度越低，最終與溶液中的離子濃度相等。當(dāng)向溶液中添加電解質(zhì)，使溶液中的離子濃度增加，則擴散層的厚度變小。當(dāng)兩個膠粒相互接近時，由于擴散層厚度減小，Zeta電位降低，一次他們相互排斥力就減小了。也就是說溶液中離子濃度高的膠粒間斥力比離子濃度低的要小，膠粒間的吸附力不受水相組成的影響，但由于擴散層變薄，它們相撞時的距離就減小了，這樣相互間的引力增加，膠粒得以迅速凝聚。 （2）吸附電中和作用原理吸附電中和作用是指膠粒表面對異號離子、異號膠粒或鏈狀分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而相互吸引。 （3）吸附架橋作用機理 吸附架橋作用主要是物質(zhì)與膠粒的吸附與橋聯(lián)，還可理解為兩個大的同號膠粒中間由于有一個異號膠粒測存在而連接在一起，高分子絮凝劑具有線性結(jié)構(gòu)，它們具有能與膠粒表面上某些部位起作用的化學(xué)基團(tuán)。當(dāng)高分子聚合物其分子的其余伸展到溶液中可與另一個表面有空位的膠粒吸附，這樣高分子化合物就起到架橋作用。 （4）沉淀物網(wǎng)捕機理 當(dāng)金屬鹽或金屬氧化物和氫氧化物做凝聚劑時，當(dāng)用量大的足以迅速沉淀金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽時，水中的膠?？杀贿@些沉淀物在形成時所捕獲，當(dāng)沉淀物是帶正電荷時，沉淀速度可因溶液中存在陰離子而加快。此外，水中膠粒本身可作為這些金屬氫氧化物沉淀形成的核心，所以凝聚劑最佳用量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多，金屬凝聚劑用量越少。2.5 表面活性劑的助濾機理能顯著降低溶劑(一般為水)的表面張力的物質(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑有兩個基本性質(zhì)，一是在各種界面上的定向吸附；另一個是在溶液內(nèi)部能形成膠束(Micelle)。這兩個基本性質(zhì)正是表面活性劑廣泛用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域作為起泡劑、消泡劑、乳化劑、潤濕劑、洗滌劑和增溶劑的根據(jù)，顯然這也是表面活性劑作為助濾劑的基礎(chǔ)。表面活性劑是一種異極性化合物，其分子由性質(zhì)截然不同的兩部分組成。一部分是與油有親合性的親油基團(tuán)(也稱疏水基或非極性基)；另一部分是與水有親合性的親水基團(tuán)(也稱疏油基或極性基)。一般來說，表面活性劑親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)變化及其對表面活性劑性質(zhì)的影響遠(yuǎn)大于親油基團(tuán)，所以表面活性劑的分類也主要以親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)為依據(jù)。2.5.1 表面活性劑的分類表面活性劑按照溶解性分類，有水溶性和油溶性兩大類。油溶性種類及應(yīng)用較少，水溶性表面活性劑按照其是否離解又分為離子型和非離子型兩大類，離子型表面活性劑根據(jù)其活性部分的離子類型又分為：陰離子、陽離子和兩性離子三大類。表面活性劑在料漿中常以下列形式存在：(1)聚集在氣液表面(2)以分子或離子的形式溶解在液相中(3)以膠束存在溶液中(4)吸附于固體表面，在濃度較高時，出現(xiàn)膠束吸附或多層吸附11-12。11 宋啟煌，精細(xì)化工工藝學(xué)M 化學(xué)工業(yè)出版社 1995年6月12 Adamson A W. Physical Chemistry of Surfaces M John-Wiley, 19762.5.1.1陰離子表面活性劑 表面活性劑的親水基團(tuán)中，陰離子的種類最多，常見陰離子表面活性中有羧酸鹽(RCOO-)、磺酸鹽(RSO3-)、硫酸酯鹽(RS04-)、磷酸酯鹽(RP04-)等。陰離子型表面活性劑的表面活性易受介質(zhì)條件影響。一般有機酸根在強酸溶液中與氫離子結(jié)合成酸。含酯的鹽也易水解成含酯的酸，只有磺酸鹽的CS鍵較難破壞。陰離子表面活性劑也能與Ca2+、Mg2+、Al3+等多價金屬離子形成難溶性鹽，而失其表面活性，故羧酸鹽（皂類）不宜在含多價金屬離子的硬水中使用。陰離子表面活性劑分子型表面活性劑是常用的表面活性劑，這類藥劑來源廣泛，價格低廉。2.5.1.2陽離子表面活性劑 陽離子型表面活性劑主要是各種有機胺鹽，例如伯胺鹽（RNH3+）、仲胺鹽(R2NH2+)、叔胺鹽(R3NH+)、季胺鹽(R4N)和吡啶鹽(RNC5H5+)等。大多數(shù)陽離子型表面活性劑對多價金屬離子及酸穩(wěn)定，但在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定。季銨鹽型陽離子表面活性劑對介質(zhì)pH值有較強的適應(yīng)性，且易于與其他表面活性劑配伍，故應(yīng)用范圍較其他廣泛。陽離子表面活性劑在水溶液或某些有機溶劑中可形成教書，降低溶液的表面張力，具有乳化、潤濕、去污等性能。由于一般礦物及固體表面多帶負(fù)電性，陽離子表面活性劑和基質(zhì)間具有強烈的靜電引力，吸附在基質(zhì)和水的界面上形成定向吸附膜，親油基朝向水相，使基質(zhì)疏水，但其價格較昂貴，不利于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。此外，陽離子表面活性劑也有很強的殺菌作用。2.5.1.3兩性表面活性劑 兩性表面活性劑是一類主要含有羧酸基和胺基官能團(tuán)的有機化合物，其隨著溶液的酸堿度(pH)不同，它可分別電離生成陽離子或陰離子活極性基團(tuán)，在堿性溶液中呈現(xiàn)陰離子活性，在酸性溶液總呈現(xiàn)陽離子活性，在中性溶液中呈現(xiàn)兩性活性。兩性表面活性劑易在酸或堿性溶準(zhǔn)中溶解，但在等電點時卻較難溶解。當(dāng)溶液的pH值低于等電點時，多呈陽離子性；pH值高于等電點時，多呈陰離子性，但決不能認(rèn)為其所具有的性質(zhì)完全是陰離子的或完全是陽離子的。常見的兩性離子表面活性劑有如氨基酸型(RNHCH2COOH)、甜菜堿型(RN(CH3)2CH2 COOH)、咪唑啉型（）等。兩性表面活性劑除由主要的陰離子與陽離子組成物外，還有陽離子與非離子及陰離子與非離子組成物。2.5.1.4非離子型表面活性劑 非離子型表面活性劑的極性基主要為OH、COOH、COOR、SH、CSSH、NH、CN和CONH2等，由于這些極性基團(tuán)在水溶液中不電離，所以非離子型表面活性劑又稱為分子型表面活性劑，其作用基團(tuán)是分子整體。一般它不受溶液的酸、堿性及共存物的影響，有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，常與其他表面活性劑混合使用，以加強協(xié)同作用。分子型表面活性劑在水中的溶解度隨溫度的升高而減小。如聚氧乙烯醚低溫時溶于水，加熱到一定溫度后，溶液變濁析出(溶液分層)，此溫度稱之為濁點。其疏水基相同時，所含聚氧乙烯數(shù)(C2H4O數(shù))越多，濁點越高；所含聚氧乙烯數(shù)相同時，疏水基越長(碳原子數(shù)越多)，其濁點越低；故從其濁點可推測其親水性，以聚氧乙烯鏈為例可以說明這一特征，它在無水時呈鋸齒狀，溶于水中后呈曲折狀。其親水的醚鍵(O)處于外側(cè)，疏水的烴鍵(CH2)處于內(nèi)側(cè)，以使醚鍵中的O原子與水中的H原子形成氫鍵，然而這種氫鍵不穩(wěn)定，當(dāng)溫度升高時，氫鍵斷裂從而減弱親水性，其溶解度降低溶液變濁而分層。2.5.2 表面活性劑作用機理表面活性劑在助濾過程中的作用，至今還眾說紛紜，目前普遍認(rèn)為表面活性劑是通過降低濾液的表面張力和增加固液界面的接觸角來強化物料脫水的（即增加物料疏水性）a.降低濾液的表面張力通常，濾餅中的參與水分主要以四種形式存在:(1)表面水為表面附著水和顆粒間結(jié)合水。表面附著水是以薄層或薄膜的形式覆蓋在顆粒表面的水分；顆粒間結(jié)合水則是指兩個或多個顆粒接觸時，在顆粒之間縫隙和毛細(xì)管內(nèi)的水分。(2)毛細(xì)水為包含于顆粒表面的細(xì)小縫隙和毛細(xì)管內(nèi)的水分。(3)內(nèi)部吸附水吸附在顆粒內(nèi)部微孔和微毛細(xì)管內(nèi)的水分。這種水分又稱內(nèi)在水分，由于毛細(xì)孔吸附力的作用采用熱力干燥也難于蒸發(fā)。(4)化合水與過濾無中物質(zhì)以化合的方式結(jié)合的水。一般的機械脫水方法只能脫除表面水及一部分毛細(xì)水，內(nèi)部吸附水和化合水不能脫除15。在濾餅的毛細(xì)管中有附加壓力存在，它影響濾液在顆粒間隙中流動，它與氣液表面張力有關(guān)，根據(jù)Laplace方程：式中Pc-毛細(xì)管附加壓力；-氣液界面張力；r-毛細(xì)管半徑；-毛細(xì)管壁與液體間的滯后接觸角。所以當(dāng)降低濾液的表面張力時，阻礙濾液在顆粒間隙流動的附加壓力也之降低，從而達(dá)到強化過濾的目的。有學(xué)者認(rèn)為溶液的表面張力與濾餅水分之間并沒有特別直接的關(guān)系。能降低溶液表面張力只是表面活性劑的一種基本性質(zhì)，但并非具有低表面張力的溶液更容易從過濾中排出。例如：使用油酸鈉就比使用十二烷基磺酸鹽更容易減低溶液表面張力，而從脫水效果上看，前者遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如后者。因此，他們認(rèn)為表面活性劑的作用表現(xiàn)在對礦物表面性質(zhì)以及對水和礦物顆粒表面間作用的影響上，也就是說使礦物顆粒表面疏水化。b.礦物顆粒疏水化表面活性劑具有雙親性結(jié)構(gòu)，親水基常表現(xiàn)出親固性能，當(dāng)它吸附并覆蓋在礦物顆粒表面時，非極性基朝外，這樣就會使礦物顆粒疏水，從而實現(xiàn)助濾。因此表面活性劑自身的性質(zhì)就決定了其作為助濾劑的作用效果。顆粒表面疏水，既有助于降低濾餅層中空隙的毛細(xì)壓力，又可壓縮并破壞固體表面的水化膜，這樣一方面可減少固體表面的附著水，另一方面又起著減小濾餅層中毛細(xì)管壁的阻滯力和擴大毛細(xì)管徑的作用，有利于疏通濾液流動的通道，這種作用對于細(xì)粒級物料更為重要16。眾所周知，表面活性劑的親水親油平衡值（HLB）決定著其親疏水特性，HLB值越小，疏水性越強。所以從某一方面來說，表面活性劑的HLB值就決定其助濾性能。通常陰離子表面活性劑HLB值較高，陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑及一些兩性離子型的HLB值均較小。但HLB值越小，該藥劑在水中就越難溶解和分散，因此就不容易將其制成一定濃度的均勻的液體。為了解決這一問題，可將其皂化或添加乳化劑、增溶劑、潤濕劑等。試驗表明，在選煤產(chǎn)品中添加1%的煤油，精煤水分可以從26.6%降至14.1%，同時使之過濾速度加快，并有降灰作用，原因是增強了煤粒表面的疏水性17。此外表面活性劑具有降低濾餅比阻及降低礦物顆粒表面電荷的作用。助濾劑的添加一定要注意量的問題。過量反而會導(dǎo)致濾餅水分升高。這一現(xiàn)象與表面活性劑自身形成膠團(tuán)有關(guān)。當(dāng)助濾劑的添加量高于其臨界膠束濃度CMC值較大時，助濾劑自身會形成膠團(tuán)，將原來已吸附有表面活性劑的礦物顆粒吸裹在膠團(tuán)中，使礦物顆粒又變?yōu)橛H水性，濾餅水分又將升高。15 Xuan Yin, Pingfang Han, Xiaoping Lu, Yanru Wang. A review on the dewaterability of bio-sludge and ultrasound pretreatment J Ultrasonics Sonochemistry 11(2004)337-34816 胡筱敏,羅茜，王常任.表面活性劑型助濾劑的結(jié)構(gòu)及助濾性能J金屬礦山，1994年第11期：35-3717 李玉明“選煤產(chǎn)品脫水過程的探討”，1983，No3.p8第三章 實驗部分3.1實驗原料實驗中所用煤樣來源于西曲選煤廠原煤，在西曲選煤廠采集原煤（參考國標(biāo)GB482-1995），將煤種，品種，采集時間，地點，等詳細(xì)記錄后，密封保存，運回試驗室后，參考國標(biāo)GB474-1996，用破碎機將其破碎，用振篩機、0.5mm的篩子進(jìn)行篩分，每次入料150克，篩分10分鐘后取篩下物。隨后對三種-0.5mm粒級的煤進(jìn)行混勻（移錐法），縮分（堆錐四分法），制樣。對制得煤樣分別用振篩機0.25mm和0.125mm的篩子進(jìn)行篩分, 制取0. 25-0.5mm和0.125-0.5mm粒級的煤樣。用擊振器和0.045mm的篩子對干篩的篩下物進(jìn)行濕篩，制得-0.045mm、0.045-0.125mm、0.25-0.5mm、-0.5mm四種不同粒級的煤樣。本實驗所用西曲礦-0.5mm原煤，用WS自動工業(yè)分析儀（WS-G401型 ）分析其工業(yè)分析結(jié)果見表3-1所示：表3-1西曲原煤的工業(yè)分析Table 3-1 Industry analysis of XiQu coal粒級 (mm)-0.0450.045-0.1250.125-0.250.25-0.5水分 (%)0.8750.8550.8150.795揮發(fā)份 (%)17.12017.17517.26017.300灰分 (%)18.65019.52018.85017.410固定碳 (%)63.35562.45063.07564.495發(fā)熱量(kJ/kg)26.45026.71027.37527.140本實驗采用西曲礦-0.5mm原煤，用德國VARIO EL元素儀對原煤煤樣進(jìn)行分析，結(jié)果如表3-2所示：表3-2西曲煤樣元素分析Table 3-2 Element analysis of XiQu coal元素N%C%H%第一組1.0371.253.19第二組1.0671.133.26平均值1.0571.193.23本實驗采用西曲礦-0.5mm原煤，用MICROTRAC.INC S3500激光粒度儀對原煤粒度組成進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3-1所示： 圖3-1西曲原煤的累計粒度分布曲線 Fig.3-1 Cumulative particle distribution curve of XiQu raw coal 3.2 實驗原理電化學(xué)脫水過程實際上是一種宏觀的電化學(xué)反應(yīng)過程。一是液相（這里指煤泥水）傳質(zhì)過程。二是電極過程，亦即陰極過程與陽極過程。液相傳質(zhì)過程在電化學(xué)反應(yīng)過程中是一個相當(dāng)重要的步驟，它不僅存在于兩電極之間的整個液相中，也存在于電極表面附近的液層中，它包括了對流、擴散和電遷移三種傳質(zhì)過程。此外，電極過程乃是電化學(xué)反過程中的關(guān)鍵。它涉及了電極及溶液間的電量傳遞，也涉及了化學(xué)能及電能的轉(zhuǎn)換。試驗證明，很多粒子到電極表面并不能直接參加電化學(xué)反應(yīng)，必須通過某些表面轉(zhuǎn)化步驟。如水中氫離子在陰極上還原為氫分子的過程，就是經(jīng)過了表面的轉(zhuǎn)化步驟的，這一點從電化學(xué)脫水設(shè)備中的陰極反應(yīng)與陽極反應(yīng)中可以看出，水分子在外加電壓下，會產(chǎn)生部分電離： H2OH+OH-于是在電化學(xué)脫水過程中，H+與OH-直接參與并促進(jìn)了脫水的進(jìn)行。陰極反應(yīng)： 2H+2eH2在此反應(yīng)中H+實際上攜帶有多個水分子同時移動，且多以H3O+形式存在，其具體步驟如下： H3O+由溶液深處移向陰極； 脫掉水殼H3O+H2O+ H+； 氫離子放電的電化學(xué)步驟 H+eH吸附 氫原子脫附并復(fù)合成氫分子的表面轉(zhuǎn)換過程 H吸+H吸H2 氫分子溶于水或作為氣泡析出20。陽極反應(yīng)： 帶負(fù)電的煤泥移向陽極； OH-遷往陽極 2OH-2eH2O+O或4OH-4e2H2O+O2由于這一反應(yīng)是氧化放熱反應(yīng)，試驗過程中陽極溫度升高，有氣泡及熱氣散出。由上述分析可知，水分子在電化學(xué)脫水中起到了關(guān)鍵的作用10。水是極弱的電解質(zhì)，電離度僅為1.810-9，但是其絕對數(shù)值卻是相當(dāng)大的，每升水中約有610-18個H+。由于H+是氫原子失去僅有的一個電子形成的，它沒有電子層結(jié)構(gòu)，只是一個氫原子核，它比任何其他離子或原子半徑小得多，約為10-3厘米，離子半徑越小，水合程度越大，通常以H3O+形式存在。同時，由于H+與OH-離子的離子濃度較其它離子為大，各為36.210-4及20.510-4厘米2/V秒17，因此其遷移速度也大。H+具有體積小，水合作用強，遷移速度大，反應(yīng)速度迅速等特點，因此從根本上促進(jìn)了脫水過程的進(jìn)行21。 21單忠健，郭余慶,電化學(xué)脫水工藝的研究J中國礦業(yè)學(xué),1983,(1):1-1410陳建啟,微細(xì)粒煤過濾脫水機理實驗研究D徐州:中國礦業(yè)大學(xué),1999.17于天仁等編著.土壤的電化學(xué)性質(zhì)及其研究法M科學(xué)出版社,1976.3.2 實驗裝置1-磁力攪拌器 2-銅電極(陽極) 3-燒杯（250mL） 4-銅電極(陰極) 5-直流穩(wěn)壓電源（110V，3A） 6-鐵架臺 7，8-導(dǎo)線圖3-2 電化學(xué)預(yù)處理煤泥水裝置示意圖Fig.3-2 Schematic representation of electrochemistry test apparatus for slurry pretreatment3.3 實驗工藝流程圖稱取一定量的煤樣按要求濃度添加一定量的水煤漿添加電解質(zhì)添加表面活性劑電化學(xué)作用過濾干燥圖3-3 電化學(xué)預(yù)處理煤漿工藝流程圖Fig.3-3 Process flow diagram of coal slurry pretreated by chemistry method3.4 實驗儀器及試劑3.4.1試劑表 2-2實驗主要原料與試劑一覽表Table.2-2 Lists of raw materials and reagents in the experiment試劑名稱規(guī)格產(chǎn)地氯化鈉AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司無水氯化鈣AR天津市天達(dá)凈化材料精細(xì)化工廠無水氯化鋁AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司無水硫酸鈉AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司磷酸鈉AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司十二烷基二甲基芐基氯化銨山西瑞世化工有限公司萘磺酸甲醛縮合物山西瑞世化工有限公司十二烷基甜菜堿山西瑞世化工有限公司3.4.2儀器表2-1實驗儀器及型號Table.2-1 Lists of experiment apparatus and model儀器名稱型號產(chǎn)地磁力加熱攪拌器78-1A杭州儀表電機廠直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1722A-2北京大華無線電儀器廠可見分光光度計JH721上海菁華科技儀器有限公司精密數(shù)顯電導(dǎo)率儀DDS-11A上海康寧電光技術(shù)有限公司單相電容起動電動機CO27124奉化溪口三和電機廠導(dǎo)津分析天平AUY120島津國際貿(mào)易（上海）有限公司架盤藥物天平HG-TP11B.10北京宣武區(qū)天平廠電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9053A上海一恒科技有限公司激光粒度儀 S3500MICROTRAC.INC 微型電泳儀JS94H上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司3.5 實驗步驟1.對西曲原煤進(jìn)行制樣處理，得到粒度小于-0.5mm以下的煤樣；2.稱取一定量的煤樣和蒸餾水置于燒杯中，配置成一定濃度的煤漿；3.通過添加電解質(zhì)、表面活性劑等化學(xué)藥劑改變煤漿的物理化學(xué)性質(zhì)；4.在一定的電壓下，對煤漿進(jìn)行電化學(xué)預(yù)處理一定時間；5. 打開真空泵調(diào)節(jié)活塞使其真空度達(dá)到(4+0.1)104Pa,將煤漿攪拌均勻,一次性注入布氏漏斗中,并從液體計量管讀取并記錄濾液等體積(Vi)間隔的時間(ti),直至濾餅表面可見水分消失時,約為2min后停止計時。注意:不可先關(guān)泵,后拔出布氏漏斗6. 稱取一定量的煤樣，在空氣流中、于105110下干燥到質(zhì)量恒定（進(jìn)行檢查性干燥，每次30min, 直到連續(xù)兩次干燥煤樣質(zhì)量的減少不超過0.01g或質(zhì)量有所增加為止），然后根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算出水分的含量。第四章 實驗內(nèi)容4.1 電解電壓對細(xì)粒煤脫水效果的影響由于電解電壓的增加，勢必將導(dǎo)致耗電量增加，從而能耗也隨之增加，能耗過大對本課題意義不大。本試驗當(dāng)中采用070V電壓進(jìn)行電解預(yù)處理，煤水質(zhì)量濃度比為150g/L，電解時間為30min；考察了不同電解電壓對細(xì)粒煤進(jìn)行預(yù)處理后，煤漿的基本性質(zhì)（電導(dǎo)率，pH，Zeta電位，過濾性質(zhì)）的改變及其對細(xì)粒煤脫水性能的影響。圖4-1 電解前后煤漿pH隨電解電壓變化關(guān)系圖Fig.4-1 coal slurry pH as a function of electrolysis voltage由圖4-1可知，pH1曲線代表電解前煤漿的pH值變化情況，pH2曲線代表電解后煤漿的pH值變化情況。從pH1曲線可以看出，電解前煤漿的pH值變化不大，說明實驗過程中測量誤差較?。粡膒H2曲線可以看出，電解后煤漿的pH值隨著電壓的增加而增加，說明電解后煤漿溶液呈堿性，這是由于電解過程中陰極區(qū)有大量H2釋放，消耗了H+，導(dǎo)致溶液呈現(xiàn)堿性。圖4-2 電解前后煤漿電導(dǎo)率隨電解電壓變化關(guān)系圖Fig.4-2 coal slurry conductance as a function of electrolysis voltage由圖4-2可知，K1曲線代表電解前煤漿的電導(dǎo)率值變化情況，K2曲線代表電解后煤漿的電導(dǎo)率值變化情況。從K1曲線可以看出，電解前煤漿的電導(dǎo)率值變化不大，說明了在相同煤漿濃度下，電導(dǎo)率值相當(dāng)，此外也說明了實驗過程中測量誤差較小；從K2曲線可以看出，電解后煤漿的電導(dǎo)率值隨著電壓的增加而呈規(guī)律性遞減，說明電解后煤漿溶液中的離子數(shù)目有規(guī)律性遞減，這是由于電解過程中陰極區(qū)有大量H2釋放，消耗了H+，導(dǎo)致溶液中離子數(shù)目減少。圖4-3 Zeta 電位隨電解電壓變化關(guān)系圖Fig.4-3 Zeta potential as a function of electrolysis voltage由圖4-3可知，Zeta1曲線代表電解前煤漿的Zeta電位變化情況，Zeta 2曲線代表電解后煤漿的Zeta電位變化情況。從Zeta1曲線可以看出，電解前煤漿的Zeta電位變化呈現(xiàn)不是很強的規(guī)律性，一方面可能是由于實驗中對Zeta電位的測量誤差引起的，另一方面可能是由于所取的煤樣表面氧化程度不同，從而導(dǎo)致表面微電量的差異。從K2曲線可以看出，電解后煤漿的Zeta電位隨著電壓的增加而增加，只是在5575V范圍內(nèi)，煤漿的Zeta電位有所降低； Zeta電位越低，說明顆粒表面的帶電量就越小，實際脫水過程中不是Zeta電位越低越好，Zeta電位僅是影響細(xì)粒煤脫水效果的其中一個因素，還要綜合其他因素來考慮Zeta電位在脫水中的作用。圖4-4過濾速度與電解電壓的變化關(guān)系圖Fig.4-4 The correlation of average filtration velocity and electrolysis voltage由圖4-4可知，圖中曲線代表電解前后煤漿過濾速度的變化情況，當(dāng)電解電壓是OV時，過濾速度為2.6610-2mLcm-2s-1,隨著電解電壓的增加，過濾速度呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，當(dāng)電解電壓為30V時過濾速度達(dá)到最大值，為4.3310-2mLcm-2s-1，說明電解有利于提高煤漿的過濾速度。圖4-5不同電解電壓下的過濾圖Fig.4-5 The correlation of filtration volume and filtration time at different electrolysis voltage由圖4-5可知，上圖反映的是不同電解電壓下，過濾時間同過濾體積的變化關(guān)系。經(jīng)電解后的煤漿其過濾速度明顯好于未經(jīng)電解的煤漿，當(dāng)達(dá)到相同體積的濾液時，電解后的比未經(jīng)電解的所用時間要短，且最終表面水消失的時間也相對較短。在30V電壓下其過濾速度要好于其它電壓下的過濾速度，其表面水消失的時間最短，為32.1s。圖4-6 電解電流及濾餅含水量隨電解電壓變化關(guān)系圖Fig.4-6 Electrolysis current and moisture percent content as a function of electrolysis voltage由圖4-6可知，current曲線代表電解過程電流同電解電壓的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)電流隨電壓的變化基本呈線性變化，符合歐姆定律，說明電解過程中電流符合線性變化規(guī)律，可將電解槽看成電阻來處理。Moisture percent content 曲線代表濾餅中的含水量變化，經(jīng)電解處理后的煤漿過濾所得的濾餅含水量在550V范圍內(nèi)比未經(jīng)過電解處理的煤漿過濾所得的濾餅含水量要低（17.39%），其中在30V時，脫水效果較好且濾餅含水量為16.79%。4.2 煤漿濃度對細(xì)粒煤脫水效果的影響電壓為30V，電解時間為30min，通過改變煤漿入料濃度來考察入料濃度對煤脫水性能的影響，本試驗選取煤漿入料濃度（煤水質(zhì)量比）為50g/L，150g/L，250 g/L，350g/L，450g/L，試驗結(jié)果如下。圖4-7 電解前后煤漿pH隨煤漿濃度變化關(guān)系圖Fig.4-7 coal slurry pH as a function of slurry concentration由圖4-7可知，pH1曲線代表隨入料濃度增加，電解前煤漿的pH值變化情況，pH2曲線代表隨入料濃度增加，電解后煤漿的pH值變化情況。從pH1曲線可以看出，隨著入料濃度的增加，pH值變化不大，但略有降低，說明煤中可能含有酸性物質(zhì)或者是酸性官能團(tuán)，導(dǎo)致pH值降低；從pH2曲線可以看出，當(dāng)入料濃度不同時，在相同的電解電壓和電解時間下，pH值近似沒有發(fā)生變化，這說明pH 值與入料濃度關(guān)系不大，主要取決于電解電壓及電解時間，且電解后煤漿溶液呈堿性，這是由于電解過程中陰極區(qū)有大量H2釋放，消耗了H+，導(dǎo)致溶液呈現(xiàn)堿性。圖4-8 煤漿電導(dǎo)率隨煤漿濃度變化關(guān)系圖Fig.4-8 coal slurry conductance as a function of slurry concentration由圖4-8可知，K1曲線代表隨入料濃度增加，電解前煤漿的電導(dǎo)率值變化情況，K2曲線代表隨入料濃度增加，電解后煤漿的電導(dǎo)率值變化情況。從K1曲線可以看出，隨著入料濃度增加，電解前煤漿的電導(dǎo)率值降低，這是因為隨著入料濃度的增加，煤漿的電阻也增大，電阻與電導(dǎo)率互為倒數(shù)關(guān)系，所以電導(dǎo)率下降；煤漿濃度升高，由于顆粒表面帶有電荷，會吸附一些電荷離子，降低溶液中導(dǎo)電離子數(shù)目，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率下降。從K2曲線可以看出，經(jīng)電解處理的煤漿的電導(dǎo)率下降，這是由于電解過程中陰極區(qū)有大量H2釋放，消耗了H+，導(dǎo)致溶液中離子數(shù)目減少。隨著入料濃度的增加，電導(dǎo)率值降低的不多，可能是由于煤漿對導(dǎo)電離子的吸附較強引起的。圖4-9 Zeta 電位隨煤漿濃度變化關(guān)系圖Fig.4-9 Zeta potential as a function of slurry concentration由圖4-9可知，Zeta1曲線代表隨入料濃度增加，電解前煤漿的Zeta電位變化情況，Zeta 2曲線代表隨入料濃度增加，電解后煤漿的Zeta電位變化情況。從Zeta1曲線可以看出，隨入料濃度增加，電解前煤漿的Zeta電位變化呈現(xiàn)不是很強的規(guī)律性，一方面可能是由于實驗中對Zeta電位的測量誤差引起的，另一方面可能是由于所取的煤樣表面氧化程度不同，從而導(dǎo)致表面微電量的差異。從K2曲線可以看出，隨入料濃度增加，電解后煤漿的Zeta電位先降低后升高再降低，總體來說，電解使煤漿的Zeta電位降低，說明顆粒表面的帶電量就越小。這可能是由于煤顆粒表面通過電解氧化，或者是電解過程產(chǎn)生的陽離子吸附在顆粒表面導(dǎo)致電中和引起的。實際脫水過程中不是Zeta電位越低越好，Zeta電位僅是影響細(xì)粒煤脫水效果的其中一個因素，還要綜合其他因素來考慮Zeta電位在脫水中的作用。圖4-10 過濾速度及濾餅含水量隨煤漿濃度變化關(guān)系圖Fig.4-10 Filtration velocity and moisture percent content as a function of slurry concentration由圖4-10可知，F(xiàn)iltration velocity曲線代表隨入料濃度增加，電解后煤漿過濾速度的變化情況。隨著入料濃度增加，過濾速度呈現(xiàn)次第減小的變化趨勢，也就是說入料濃度越小，過濾速度越快，其中當(dāng)煤水質(zhì)量比0.05時，過濾速度為4.6010-2mLcm-2s-1。Cake moisture曲線代表隨入料濃度增加，濾餅中的含水量變化情況。發(fā)現(xiàn)隨著入料濃度的增加，濾餅的含水量的呈次第增加趨勢。實際生產(chǎn)中，如果入料濃度偏小，雖然過濾速度增加，但是處理量減小，將會導(dǎo)致產(chǎn)量下降；如果入料濃度增加，雖然處理量增加，但是會造成過濾速度降低，也不利于產(chǎn)量增加；所以合適的入料濃度對于實際生產(chǎn)很重要，最佳的入料濃度（煤水質(zhì)量比）為0.25，含水量為17.27%，過濾速度為3.1410-2mLcm-2s-1。圖4-11 不同煤漿濃度下的過濾圖Fig.4-11 The correlation of filtration volume and filtration time at different slurry concentration由圖4-11可知，上圖反映的是不同入料濃度下，過濾時間同過濾體積的變化關(guān)系。隨著煤泥水濃度的增加，其過濾速度減慢。這是由于煤濃度增加后，過濾時形成的濾餅越厚，導(dǎo)致過濾速度減慢。4.3 電解時間對細(xì)粒煤脫水效果的影響電壓為30V，入料濃度（煤水質(zhì)量比為0.25）為250g/L時，通過改變電解時間來考察電解時間對煤脫水性能的影響，本試驗選取電解時間為15min，30 min，45 min，60 min，75 min，90 min，試驗結(jié)果如下。圖4-12 煤漿pH隨電解時間變化關(guān)系圖Fig.4-12 coal slurry pH as a function of electrolysis time由圖4-12可知，pH1曲線代表隨電解時間增加，電解前煤漿的pH值變化情況，pH2曲線代表隨電解時間增加，電解后煤漿的pH值變化情況。從pH1曲線可以看出， pH值變化不大；從pH2曲線可以看出，當(dāng)電解時間的增加，電解后煤漿的pH值升高，溶液呈堿性；當(dāng)電解時間超過60min后，煤漿的pH值急劇增加。這是由于電解過程中陰極區(qū)有H2釋放，消耗了溶液中大量的H+引起的。圖4-12 煤漿電導(dǎo)率隨電解時間變化關(guān)系圖Fig.4-12 coal slurry conductance as a function of electrolysis time由圖4-12可知，K1曲線代表隨電解時間增加，電解前煤漿的電導(dǎo)率值變化情況，K2曲線代表隨電解時間增加，電解后煤漿的電導(dǎo)率值變化情況。從K1曲線可以看出，隨著電解時間增加，電解前煤漿的電導(dǎo)率值變化不明顯，從K2曲線可以看出，隨著電解時間增加，電解后煤漿的電導(dǎo)率值呈規(guī)律性下降，這是因為當(dāng)電解電壓一定時，隨著電解時間增加，電解所消耗的離子數(shù)量也增加，從而使溶液的電導(dǎo)率下降，這種下降趨勢隨著電解時間越長，則越明顯。圖4-13 Zeta 電位隨電解時間變化關(guān)系圖Fig.4-13 Zeta potential as a function of electrolysis time由圖4-9可知，Zeta1曲線代表隨著電解時間增加，電解前煤漿的Zeta電位變化情況，Zeta 2曲線代表隨著電解時間增加，電解后煤漿的Zeta電位變化情況。從Zeta1曲線可以看出，隨著電解時間增加，電解前煤漿的Zeta電位變化規(guī)律性不明顯，但是總體呈現(xiàn)升高趨勢。一方面可能是由于實驗中對Zeta電位的測量誤差引起的，另一方面可能是由于所取的煤樣表面氧化程度不同，從而導(dǎo)致表面微電量的差異。對比K1曲線，從K2曲線可以看出，隨著電解時間的增加，電解后煤漿的Zeta電位降低，且電解時間越長，降低就越多。圖4-14過濾速度及濾餅含水量隨電解時間變化關(guān)系圖Fig.4-14 Filtration velocity and moisture percent content as a function of electrolysis time由圖4-14可知，F(xiàn)iltration velocity曲線代表隨電解時間的增加，電解后煤漿過濾速度的變化情況。Cake moisture曲線代表隨電解時間增加，濾餅中的含水量變化情況。隨著電解時間的增加，在055min范圍內(nèi)，過濾速度先增加后減小，其中在30min時，過濾速度為3.7310-2mLcm-2s-1，含水量為16.62%；在55100min 范圍內(nèi)，過濾速度先增加后減小，其中75min時，過濾速度為3.8110-2mLcm-2s-1，含水量為16.53%。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)iltration velocity曲線出現(xiàn)兩個峰值，呈“M”型，而對應(yīng)位置處，Cake moisture曲線出現(xiàn)兩個谷值，呈“W”型，即過濾速度越大，其含水量則越低。雖然圖中過濾速度出現(xiàn)了兩個極大值，對應(yīng)的濾餅含水量也出現(xiàn)了兩個極低值，但是都相差不大，考慮到實際生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率，則是電解時間越短越好，這樣不僅可降低能耗，而且降低電解材料的消耗，節(jié)省了生產(chǎn)成本，還提高了設(shè)備的處理量。故而，最佳的電解時間為30min，含水量為16.62%，過濾速度為3.7310-2mLcm-2s-1。圖4-15 不同電解時間下的過濾圖Fig.4-15 The correlation of filtration volume and filtration time at different electrolysis time由圖4-15可知，上圖反映的是不同電解時間下，過濾時間同過濾體積的變化關(guān)系。經(jīng)電解后的煤漿其過濾速度明顯好于未經(jīng)電解的煤漿，當(dāng)達(dá)到相同體積的濾液時，電解后的比未經(jīng)電解的所用時間要短，且最終表面水消失的時間也相對較短。此外，隨著電解時間的改變其過濾速度也有不同，其中在75min，30min時過濾速度比在其他電解時間下的要快，且表面水消失的時間幾乎相同，分別為33s和33.7s。4.4 電解質(zhì)對細(xì)粒煤脫水效果的影響4.4.1 不同價態(tài)陽離子對細(xì)粒煤脫水效果的影響基于上述實驗的基礎(chǔ)上，考察不同價態(tài)的陽離子對細(xì)粒煤脫水效果的影響。通過煤漿中加入不同電解質(zhì)，在本試驗中選取氯化鈉，氯化鈣，氯化鋁三種電解質(zhì)為代表，分別考察Na+，Ca2+，Al3+對細(xì)粒煤脫水效果的影響。1. Na+對細(xì)粒煤脫水效果的影響圖4-16 煤漿pH隨NaCl添加量變化關(guān)系圖Fig.4-16 coal slurry pH as a function of NaCl dosage由圖4-16可知，pH1曲線代表隨著NaCl添加量的增加，電解前煤漿的pH值變化情況，pH2曲線代表隨著NaCl添加量的增加，電解后煤漿的pH值變化情況。從pH1曲線可以看出，隨著NaCl添加量的增加，電解前煤漿的pH值變化不大，一方面說明添加NaCl及其添加量多少對溶液的pH影響不大，因為NaCl是中性電解質(zhì)，另一方面說明實驗過程中測量誤差較小；從pH2曲線可以看出，隨著NaCl添加量的增加，電解后煤漿的pH值升高，說明由于添加NaCl，加速電解過程進(jìn)行，導(dǎo)致更多H+釋放，使得溶液顯堿性。圖4-17 煤漿電導(dǎo)率隨NaCl添加量變化關(guān)系圖Fig.4-17 coal slurry conductance as a function of NaCl dosage由圖4-17可知，K1曲線代表隨著NaCl添加量的增加，電解前煤漿的電導(dǎo)率值變化情況，K2曲線代表隨著NaCl添加量的增加，電解后煤漿的電導(dǎo)率值變化情況。從K1曲線可以看出，隨著NaCl添加量的增加，電解前煤漿的電導(dǎo)率值呈線性增加；從K2曲線可以看出，隨著NaCl添加量的增加，電解后煤漿的電導(dǎo)率也呈線性增加，但是經(jīng)電解后的煤漿的電導(dǎo)率比電解前的電導(dǎo)率有所降低，二者的差值就是電解過程