钙离子抑制对煤矸石沉降性能影响及黏土结构分析

"本文主要探讨了泥化抑制对煤矸石-水体系沉降性能的影响，以钙离子（Ca²⁺）作为泥化抑制剂，针对含膨胀型黏土的煤矸石-水分散体系进行实验研究。" 在煤炭行业中，煤矸石-水体系的沉降性能至关重要，因为黏土矿物的分散会导致煤泥水难以澄清，进而影响循环利用和选煤厂的正常运行。尤其是当体系中含有膨胀型黏土时，即使含量不高，也会极大地降低沉降性能。传统解决方法如添加絮凝剂、凝聚剂或者延长沉降时间，并不能有效解决含有完全泥化分散的膨胀型黏土的问题。 Deason和Onoda在1986年提出的泥化抑制理论提供了一种新的思路。他们认为，通过预先在水中加入特定电解质，如钙离子，可以防止黏土矿物的进一步分散。这些离子通过离子交换吸附和晶格固定作用，使黏土单元晶层紧密键合，阻止水分子进入晶层之间，从而防止颗粒膨胀和分散。这种方法对于已经分散成单元晶层的黏土尤其有效，因为它有助于恢复黏土的紧密结合状态，而不需要额外的压力。 本研究中，作者以CaCl₂·2H₂O作为抑制剂，对比分析了抑制和非抑制条件下煤矸石-水体系的沉降性能。实验结果显示，抑制体系的澄清界面下降速度快且能较快达到稳定状态，表明其沉降性能得到了显著改善。而非抑制体系的澄清界面下降缓慢，沉降性能较差。流变学特性分析揭示，抑制条件下体系表现出牛顿流体特性，黏土单元晶层保持紧密的面-面结合，形成独立的颗粒悬浮在体系中。相比之下，非抑制体系则表现为塑性流体，其在剪切速率100 s⁻¹时的黏度高达47.9 mPa·s，远高于抑制体系的14.5 mPa·s。这表明在非抑制状态下，黏土单元晶层通过边-面、面-面等多种方式形成整体的“网架”结构，导致体系黏度增大，沉降性能降低。 关键词：膨胀型黏土；煤矸石；沉降性能；泥化抑制 这项研究强调了泥化抑制在改善含膨胀型黏土煤矸石-水体系沉降性能中的重要作用，为煤炭行业的煤泥水处理提供了新的技术思路。通过合理选择和应用泥化抑制剂，可以更有效地解决煤泥水的澄清问题，提高煤炭资源的利用效率，同时也为环境保护和选煤厂的稳定运行提供了科学依据。