1、1 英文翻译原文 2 中文译文剪切诱导絮凝结构变化可以增强选煤厂尾矿脱水Philip Oforia, Anh V. Nguyenb, Bruce Firth a, Clint McNallya, Orhan Ozdemirb,1a 澳大利亚能源技术，pullenvale昆士兰，4069，澳大利亚 b 化学工程学院，昆士兰大学，布里斯班，布里斯本4072，澳大利亚摘要：处理工业废物泥浆含有胶体微粒物质，特别对含有高比例的粘土材料的煤炭和矿产加工厂尾矿的处理是目前的重大挑战。为了制定有效的处理方法，就需要更好地理解絮体结构，这种结构可以更好地促进水回收和高密度沉淀物在絮凝尾矿中的沉降和固结。在本文
2、中，絮凝结构在煤炭尾矿脱水和絮状物网络结构在附加沉积物固结致密过程中剪切诱导修改的影响已审查。四种实际尾矿和高分子量的阴离子聚合物絮凝剂以前就在使用。絮凝试验是在水动力重现条件下进行批处理。絮体结构由于大小、形状和空隙的不同，比较复杂。絮凝体的结构特点是通过使用光散射技术的分形分析和调查了絮凝体在沉降速率和沉积物固结脱水的特点来描述的。分形分析通过激光散射确定最佳搅拌速度和求生产分形维数大于2的絮体结构紧凑的絮凝剂用量。这是明确的，在絮凝条件下水动力对絮状物沉降速率有深远影响和对沉积物固结有一定程度影响。低混合速度会产生大量沉降速率高的絮凝体,而在絮凝中非常高的搅拌速度会引发不可逆转的絮状物退
3、化从而导致由于一些额外的沉积物固结使沉降速率大幅减少。对尾矿样品和絮凝剂研究，剪切将要沉淀的絮凝体的应用会导致显著的额外的沉积物固结。 这种办法将使絮凝用于优化快速解决剪切沉淀物以促进消除絮凝体之间和内部的液体来提高固结稳定性和沉积物密度的后续应用。 冠版权2011发表了爱思唯尔公司保留所有权利。 关键词：煤炭尾矿 剪切诱导絮凝 分形分析 脱水1.简介 有效的管理和处置废水中含有特定的作为罚款参考的胶体微粒与消除高比例的粘土矿在煤炭和矿物加工中生成是很重要的,而现在是相当大的挑战。当前存放废弃泥浆在尾矿坝的方法由于处理时间过长不符合环境可持续性的要求。更好的尾矿管理解决方案就是生产干燥机的最终
4、产品将会减少对环境影响和水的消耗同时提高水的回收率。增加尾矿浓度的方法,越来越多的采用在坚硬的岩石矿物加工行业，这对煤炭工业可能是一个有效的尾矿管理途径。使用化学添加剂，尤其是高分子量的聚电解质是一个有效絮凝和脱水的关键要素。絮体的结构对沉积物的稳定性和脱水产品的密度会产生强烈影响行。为了提高脱水系统的作用,那么理解絮状物聚合网络结构怎样影响沉积物的固结和脱水过程，并且如何控制结构的改变来结构可以强化这个过程是很重要的。 剪切诱导结构改变成絮状物网络结构有利于附加物合并可能是一个来提高脱水尾矿沉积物密度的可行方法。 先前的研究发现絮状物由于剪切的应用结构发生变化,因聚合物致密化增强了脱水效果。
5、Mpofu et al发现效果改善前将要沉淀的高岭土和聚氧化乙烯(PEO)而不是聚丙烯酰胺(PAM)絮凝。McFarlane et al发现发现适度通过混合将要沉淀的高岭石和蒙脱石可以提高沉积物密度。 絮凝的聚合的特点是复杂的结构有着不同大小、形状和空隙。最优脱水条件、絮凝聚合物尺寸和絮凝聚合物/床结构的关系是一个函数的参数，如混凝剂、絮凝剂的类型和浓度，胶体交互力和混合制度。大型的絮凝聚集通常沉淀非常快但结构非常松散，并形成絮凝体之间和内部都明显带有水分的不怎么致密的床层。小的聚集以较慢的速度沉淀,但形成紧凑的结构和沉积物床层。于是挑战变成了在不改变和修改设备条件下，创造同时拥有两种所需的特
6、性,即大尺寸和结构紧凑的絮凝结的聚合。两种方法可用来优化絮状物大小和结构。第一就是通过应用化学脱水代替修改化学交互力量，这种力是在絮状物生产所需的紧凑的絮状物结构来增加沉积物固结的过程中液力搅拌下产生的。这种方法通常需要在大型的、笨重的总体结构与快速沉降率但不致密和更紧凑的沉降率较低但形成较好的沉积物的床层絮体之间权衡。第二种方法是在絮凝中适当的混合形成大型、快速沉降但松散的絮状物在絮凝和应用剪切到沉淀絮体去除絮体之间和内部的液体来提高脱水。这两种方法都是经过实验研究的。尽管聚电解质絮凝的研究是很广泛的,例如Dentel et al. 和Scott et al.,却相对较少的集中研究絮状物结构
7、在絮凝中的形成和由于混合引起的聚合体结构改变。其原因一直到最近都被认为是由于缺乏合适正确的方法描述粒子聚集的复杂结构。分形分析技术已被用来在胶体系统使用光散射描述絮状物结构，这为聚集结构提供了证据。 这项工作的目的是考察絮凝尾矿的结构和剪切诱导在絮体中结构性变化对改善脱水效果方面的应用。这将有利于深刻理解理解絮凝聚合物的大小、类型和浓度为函数关系的絮凝聚合物/床的结构和搅拌的影响之间的关系。掌握的知识将帮助使用化学添加剂有效地控制沉降和整合过程以达到所需的脱水效果。最终的目标是使用这些知识来显著减少目前生产的煤炭的废弃泥浆的数量是煤炭加工成为更加环保。2.实验2.1材料和特性来自于澳大利亚的四
8、个煤矿的选煤厂尾矿含有在水中悬浮的胶态微粒物质已经应用于该研究中,其中两个矿山位于在猎人谷和新南威尔士，另两个在博文盆地和澳大利亚昆士兰州。样本取自添加了絮凝剂使残余絮凝混合物最少的浓缩机的原料流,并被指定为样本A,B,C,D。样本尾矿A是固体颗粒浓度为27.7%的尾矿，固体颗粒浓度为19.3%为样本B,固体颗粒浓度为23.3%用于样本C而固体颗粒浓度为18.8%为尾矿样本D。尾矿的样本是以大小分布特征、化学分析、矿物成分、粒子表面zeta电势和相关的过程水的化学成分来表征的。尾矿样本颗粒粒度分布的测定是根据使用激光粒度分析仪(Mastersizer E2000、莫尔文仪器有限公司、伍斯特沙司
9、、英国)的光散射分析的光学方法和筛分分析。通过筛分得到的颗粒中的少量又用来在815作灰分分析。尾矿以使用飞利浦PW 2400分光计(每个灰分样本与偏硼酸锂被熔融成一个光谱仪盘)测x射线荧光(光谱仪)的光谱法分析。每个尾矿样本粉末通过使用带有铜K辐射菲利普斯X pert衍射仪进行X -射线衍射分分析,然后查阅ICDD粉末衍射文件就可以确定矿物。每个样本结晶矿物相的定量分析使用了CSIRO基于里特维德XRD分析技术写的SIROQUANTTM商业解释软件。粒子表面电位是使用莫尔文Zetasizer纳米zs仪器(莫尔文仪器有限公司、伍斯特沙司)进行测量的。重量百分比为0.5的悬浮液是从主尾矿悬浮液中采
10、样的。颗粒大小进一步降至5微米是来满足Nano-ZS进行使用杵和臼湿磨的要求。由于Zata电位是用pH值来衡量的,用一个来自总体悬浮液具有代表性的20毫升的悬浮液样本，被混匀大约5分钟是使其在添加所需数量的酸(盐酸)或碱(氢氧化钠)达到平衡点，即可以测量电位。这个实验在室温下进行。在这个过程中水中阳离子浓度根据原子吸收光谱(AAS)确定，阴离子浓度根据电感耦合等离子体质谱法确定。 一个可以部分水解的高分子量被用作阴离子聚电解质。选中的絮凝剂被指定为F1。2.2絮凝聚合物的分形P. Ofori et al. /化学工程学报172(2011)914 - 923 图1通过分形分析确定絮凝骨料的结构和
11、分形维数D的试验装置的示意图 絮凝聚合物的大小和结构使用光散射技术来测量的分形(自相似性)分析来进行统计和从一个聚合物的例子比如一个入射角的函数来分析激光光散射的强度。分形测量是使用莫尔文Mastersizer年代仪器(莫尔文仪器有限公司,伍斯特郡,英国)实施的。实验装置按照图示显示在图1。实验过程如下。首先,适量的絮凝剂被添加到100毫升的尾矿悬浮液中，然后在400转/分的转速下搅拌2分钟（值得注意的是：尾矿悬浮液在加入絮凝剂之前要在2000r/min的叶轮下搅拌混合）。然后悬浮液沉淀30分钟。最后，烧杯底部少量絮凝剂用吸管收集（为了避免破坏絮体）加到IL的去离子水中。用悬挂的叶轮在400r
12、/m或800r/min均匀的搅拌絮凝悬浮液（为了使絮体在测量时保持悬浮状态），然后倒入莫尔文仪器的测量腔中。在测量时，絮凝的聚合物大小是决定激光散射的光(一个波长= 527纳米)这种光直接对应到聚合物不同的入射角度(从0.015到40.5)。这种光的强度I可以用角度来测量。一个关于测量入射角强度的例子显示在图2中，入射角转换成散射波向量Q如下： (1)图2：用尾矿样本B、600 g / t絮凝剂F1和400 rpm搅拌速度得到的测量散射激光光强I,与散射波矢量Q的双对数坐标图 其中n=1.33液体介质的折射率。散射光辐射强度是散射角的函数，它提供了有关是长度函数的聚合物结构的信息。例如，在限制
13、为大角度的条件下,散射光强度与散射波矢量成对数比例关系，聚合物的带有分形维数的衰减指数D和I关系为,而D能从图2上对数与I的斜率上得到。在大角度斜率（即：）得到的分形维数D=1.93。2.3尾矿絮凝和脱水试验 絮凝和沉降试验使用的子样本是带有生产水的四个选煤厂中获得的实际尾矿。这些尾矿首先在选择性絮凝剂浓度范围从0到600g/t的固体浓度中进行絮凝。尾矿样本准的备是通过添加适量的他们各自高离子强度的工艺水到矿浆，并且混合30秒，紧接着在5%的原液中加入絮凝剂，进一步混合一分半钟。尾矿絮凝剂混合物在玻璃烧杯中制备,然后转移到500毫升刻度的气瓶。尾矿悬浮液是在选定的可变搅拌条件下絮凝以研究搅拌条
14、件的影响，絮凝剂用量对聚合物沉降速率和沉定物固结行为取决于去掉上层清液后的沉淀物浓度。150 rpm和300 rpm的搅拌强度以及一个非常高的10 000 rpm的搅拌强度是用来确保显著改善沉积物固结可以通过剪切诱导结构性改变为絮体成功。 沉降试验是在室温下进行的。 开始测量样本之前通过反相混合的量筒中絮凝矿浆两次以确保絮体/粒子很分散。 在沉降实验时，沉降的上层清液与沉积物之间的正面是被实验系统中捕捉数字影像仪在常规时间间隔中捕获,通常是30s。提取沉降前位置作为时间函数用到了图像分析方法。这些信息被用来每个实验生成沉淀图型文件为,而从图中线条初始段的斜率得到初始沉降速度。通常，这个图形包括初始沉降速度区域、沉降速度逐渐减小的过度区域和沉淀区。3 结果分析3.1 选煤厂尾矿样本属性 由光散射和筛分得到的四个
