穩定性分析儀在高嶺石沉降中的應用

王積祿，聶 瑤（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京 100083）

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穩定性分析儀在高嶺石沉降中的應用

王積祿，聶 瑤
（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京 100083）

摘 要：利用多重散射光穩定性分析儀研究不同濃度高嶺石懸浮液的沉降特性，測定了TSI穩定性指數；并與分光光度計的測試相對照。結果表明：穩定性分析儀的測試結果與分光光度計基本吻合，穩定性指數TSI可以作為高嶺石懸浮液沉降特性的表征。

關鍵詞：穩定性分析儀；穩定性指數TSI； 高嶺石沉降特性

1　引言

近年來，隨著采煤機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生大量細泥含量高的、難處理的煤泥水，若處理不當不僅會損失一定量的煤炭還會對礦區的環境造成污染［1］。煤泥水是一種多相、多分散的復雜體系，懸浮物顆粒大小、zeta電位、水質硬度、礦物泥化性質等都會對煤泥水的沉降特性產生影響［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同晶現象，被低價的金屬離子取代，如Si4+被Al3+取代，Al3+被Mg2+取代等導致高嶺石晶體正電荷不足，從而帶負電荷。另外晶格缺陷也可導致其帶負電［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顆粒，并且表面荷負電，是造成煤泥水難以沉降的主要原因。本文采用穩定性分析儀來分析高嶺石懸浮液的沉降特性，以穩定性指數TSI作為表征，將測試結果與分光光度計的測試結果相對照，探究新測試方法的可行性。

2　試驗

2.1試驗材料及儀器

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

2.2試驗方法

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的轉速下攪拌三分鐘，使高嶺石顆粒充分分散。用傳統方法分光光度計測定靜置0h、1h、2h、3h、4h、5h和6h后上清液的透光率。新的測試方法：用移液管取上述各濃度的高嶺石懸浮液20mL注入TURBISCAN LAB多重散射光穩定性分析儀的測量池中，在25℃的條件下，進行光強及整體穩定性指數TSI的測定。每小時進行一次測試，共進行6小時。

3　結果與分析

3.1分光光度計對高嶺石沉降的表征

圖1是通過分光光度計測試的不同高嶺石濃度下懸浮液靜置不同時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間的增長而增大的，說明在這段時間里上層的顆粒不斷地進入下層，沉降過程一直在進行，各濃度靜置6小時的透光率均小于80%，說明沉降進行的比較緩慢，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定，更易發生沉降。

3.2穩定性分析儀對高嶺石沉降的表征

圖2是濃度為2.5/L的高嶺石懸浮液6小時的掃描圖譜，將初始的光強作為參比。底層的被散射光強變化值大且隨測試時間明顯增大，說明測試期間底層出現沉淀；中間層隨著測試時間的增大，背散射光強度變化值是減小的，說明中間有部分顆粒發生聚并。頂層的透射光強度變化值顯著增強，并且出現透射光強度變化值的高度隨測試時間變化越來越小，說明在頂層出現澄清，并且澄清層的高度隨時間增高。通過該儀器的測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，引入了一個動力學穩定性指數TSI，穩定性指數TSI是如下定義的：在選定的高度，比較每一次掃描測量對前一次掃描測量的光強度的變化，并將結果累計至樣品總高度而獲得一個結果。TSI越大說明光強度的變化越大，說明體系的穩定性越差。圖3中，隨高嶺石濃度增大懸浮液的TSI指數逐漸變小，說明濃度越高，高嶺石懸浮液體系越穩定，顆粒越不易沉降。結果與分光光度計的測試恰好吻合的，說明通過TSI可以表征高嶺石懸浮液的沉降特性，TSI數值越大說明體系穩定性變得越差，顆粒越易沉降。

4　 結論

（1）在測試的濃度范圍內，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，高嶺石懸浮液越穩定。（2）穩定性分析儀的測試結果與分光光度計的測試是吻合的，故可通過穩定性指數TSI來表征高嶺石懸浮液的沉降特性。

參考文獻：

［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研究［J］.煤炭科學技術，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］.中國礦業大學學報，2010，39（05）：5.

［3］魏克武.高嶺石晶體結構和表面性質［J］.非金屬礦，1992（01）：6. ［4］李海普，胡岳華，王淀佐，徐兢.陽離子表面活性劑與高嶺石的相互作用機理［J］.中南大學學報，2004，35（02）：6.

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