二水硫酸鈣對(duì)水中粘土顆粒的捕集機(jī)理及脫泥研究.pdf

1、本文的研究需求始于鹽湖地區(qū)高含泥低品位鉀礦加工過程中鈣鹽及細(xì)泥雜質(zhì)影響工藝操作及產(chǎn)品純度的背景問題。在此基礎(chǔ)上，本文試圖凝練并針對(duì)微溶及不溶顆粒間相互作用及其沉降分離的機(jī)理問題展開研究，以便于為實(shí)際的脫泥技術(shù)研發(fā)與優(yōu)化提供有借鑒價(jià)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；同時(shí)，在其他諸如煤炭洗選過程產(chǎn)生的煤泥水及礦物分選過程產(chǎn)生的采礦廢水等含泥工業(yè)廢水的處理過程中，以高嶺土和蒙脫石為代表的粘土顆粒的分離、沉降和脫除對(duì)亦會(huì)對(duì)工業(yè)用水處理及工業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)造成直接影響，而

2、本文的研究也同樣冀望能對(duì)這些水處理過程提供參考。鑒于二水硫酸鈣類鈣鹽與粘土顆粒之間具有顯著的共沉效果，為了指導(dǎo)脫泥環(huán)節(jié)的工藝優(yōu)化，本文的研究主要側(cè)重于二水硫酸鈣和粘土的共沉規(guī)律，試圖揭示其科學(xué)原因并加以應(yīng)用。
　　本文以二水硫酸鈣和含泥廢水中的粘土顆粒為研究對(duì)象，通過Ca2+與粘土顆粒之間的相互作用形式及二水硫酸鈣顆粒晶體生長成核的規(guī)律及其捕集沉降粘土顆粒的作用，探索了二水硫酸鈣與粘土顆粒的共沉機(jī)理。利用計(jì)算機(jī)模擬的方法構(gòu)建了代表

3、顆粒表面的結(jié)構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究二水硫酸鈣和粘土的共沉傾向，確定了基于球形水體的模擬算法。利用該算法重點(diǎn)考察了建模體系中庫侖力和范德華力、微粒擴(kuò)散及其自由能的變化規(guī)律，以此來評(píng)價(jià)和說明不同顆粒之間的共沉趨勢。
　　二水硫酸鈣和粘土顆粒之間的共沉機(jī)理可以被歸納為如下幾點(diǎn)。在粘土的沉降過程中，除了Ca2+對(duì)粘土膠體體系產(chǎn)生的壓縮雙電層的影響之外，游離的呈未溶解狀態(tài)的二水硫酸鈣顆粒也能降低其體系的分散性。對(duì)于體

4、系中存在的具備生長成核條件的常見離子或不溶微粒，其電荷/質(zhì)量比值是評(píng)價(jià)其能否與粘土顆粒發(fā)生共沉的指標(biāo)之一，研究證明電荷/質(zhì)量比值較大的微粒更容易引發(fā)共沉。與范德華作用能等勢能相比，顆粒間的靜電作用是影響二水硫酸鈣和粘土共沉的關(guān)鍵之一。從作用勢能的數(shù)值上分析，粘土顆粒與二水硫酸鈣具有較大的共沉趨勢。根據(jù)相應(yīng)元素結(jié)合能的考察，認(rèn)為離子吸附與交換也是引起二水硫酸鈣和粘土共沉的潛在原因，相較而言，粘土顆粒中的Al-OH基團(tuán)比Si-O基團(tuán)具有更強(qiáng)

5、的鈣離子吸附能力。此外，未溶解的二水硫酸鈣顆粒的生長成核規(guī)律及其對(duì)粘土顆粒的捕集作用也能夠促使粘土顆粒沉降，二水硫酸鈣表面裸露的或者液相中游離的Ca2+被推測是粘土顆粒附著到二水硫酸鈣顆粒上的誘因。
　　基于二水硫酸鈣和粘土的共沉機(jī)理研究，優(yōu)化了含粘土廢水的脫泥工藝。通過比選發(fā)現(xiàn)，自然沉降法和充氣水力旋流脫泥的方法均可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)拿撃嘈始靶Ч?，但是充氣水力旋流脫泥的過程中，二水硫酸鈣未起到強(qiáng)化分離的作用。推薦在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)處理