稳定性分析仪在高岭石沉降中的应用

摘 要：利用多重散射光稳定性分析仪研究不同浓度高岭石悬浮液的沉降特性，测定了TSI稳定性指数；并与分光光度计的测试相对照。结果表明：稳定性分析仪的测试结果与分光光度计基本吻合，稳定性指数TSI可以作为高岭石悬浮液沉降特性的表征。

关键词：稳定性分析仪；稳定性指数TSI； 高岭石沉降特性

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.195

1 引言

近年来，随着采煤机械化水平的不断提高，大量的夹矸混入原煤中，在煤炭洗选过程中产生大量细泥含量高的、难处理的煤泥水，若处理不当不仅会损失一定量的煤炭还会对矿区的环境造成污染[1]。煤泥水是一种多相、多分散的复杂体系，悬浮物颗粒大小、zeta电位、水质硬度、矿物泥化性质等都会对煤泥水的沉降特性产生影响[2]。高岭石是煤泥水中的主要粘土矿物颗粒之一，由于晶格上的金属离子通过类质同晶现象，被低价的金属离子取代，如Si4+被Al3+取代，Al3+被Mg2+取代等导致高岭石晶体正电荷不足，从而带负电荷。另外晶格缺陷也可导致其带负电[3，4]。以高岭石为代表的粘土矿物颗粒因其极易泥化分散成微细颗粒，并且表面荷负电，是造成煤泥水难以沉降的主要原因。本文采用稳定性分析仪来分析高岭石悬浮液的沉降特性，以稳定性指数TSI作为表征，将测试结果与分光光度计的测试结果相对照，探究新测试方法的可行性。

2 试验

2.1 试验材料及仪器

试验材料是来自淮北矿区的煤系高岭石，主要仪器有：IKA RET加热型磁力搅拌器；TURBISCAN LAB多重散射光稳定性分析仪； UV-1800紫外/可见分光光度计。

2.2 试验方法

用处理好的高岭石和去离子水配不同浓度悬浮液，浓度依次为1.0g/L、1.5g/L、2.0g/L和2.5g/L，用磁力搅拌器在1000r/min的转速下搅拌三分钟，使高岭石颗粒充分分散。用传统方法分光光度计测定静置0h、1h、2h、3h、4h、5h和6h后上清液的透光率。新的测试方法：用移液管取上述各浓度的高岭石悬浮液20mL注入TURBISCAN LAB多重散射光稳定性分析仪的测量池中，在25℃的条件下，进行光强及整体稳定性指数TSI的测定。每小时进行一次测试，共进行6小时。

3 结果与分析

3.1 分光光度计对高岭石沉降的表征

图1是通过分光光度计测试的不同高岭石浓度下悬浮液静置不同时间后的澄清层透光率，可以看到在不同高岭石浓度下透光率都是随着静置时间的增长而增大的，说明在这段时间里上层的颗粒不断地进入下层，沉降过程一直在进行，各浓度静置6小时的透光率均小于80%，说明沉降进行的比较缓慢，澄清层仍有大量的高岭石颗粒。从不同的浓度来看，浓度越低澄清层透光率越高，说明浓度较低的悬浮液体系更加不稳定，更易发生沉降。

3.2 稳定性分析仪对高岭石沉降的表征

图2是浓度为2.5/L的高岭石悬浮液6小时的扫描图谱，将初始的光强作为参比。底层的被散射光强变化值大且随测试时间明显增大，说明测试期间底层出现沉淀；中间层随着测试时间的增大，背散射光强度变化值是减小的，说明中间有部分颗粒发生聚并。顶层的透射光强度变化值显著增强，并且出现透射光强度变化值的高度随测试时间变化越来越小，说明在顶层出现澄清，并且澄清层的高度随时间增高。通过该仪器的测试可以完整的反映高岭石颗粒的沉降过程。

为了定量表征沉降特性，引入了一个动力学稳定性指数TSI，稳定性指数TSI是如下定义的：在选定的高度，比较每一次扫描测量对前一次扫描测量的光强度的变化，并将结果累计至样品总高度而获得一个结果。TSI越大说明光强度的变化越大，说明体系的稳定性越差。图3中，随高岭石浓度增大悬浮液的TSI指数逐渐变小，说明浓度越高，高岭石悬浮液体系越稳定，颗粒越不易沉降。结果与分光光度计的测试恰好吻合的，说明通过TSI可以表征高岭石悬浮液的沉降特性，TSI数值越大说明体系稳定性变得越差，颗粒越易沉降。

4 结论

（1）在测试的浓度范围内，高岭石的沉降效果随高岭石浓度的增大而变差，即浓度越高，高岭石悬浮液越稳定。（2）稳定性分析仪的测试结果与分光光度计的测试是吻合的，故可通过稳定性指数TSI来表征高岭石悬浮液的沉降特性。

参考文献：

[1]杰，闵凡飞，朱金波，刘令云.高泥化煤泥水絮凝沉降试验研究[J].煤炭科学技术，1010，38（09）：4.

[2]冯莉，刘炯天，张明青，宋玲玲.煤泥水沉降特性的影响因素分析[J].中国矿业大学学报，2010，39（05）：5.

[3]魏克武.高岭石晶体结构和表面性质[J].非金属矿，1992（01）：6.

[4]李海普，胡岳华，王淀佐，徐兢.阳离子表面活性剂与高岭石的相互作用机理[J].中南大学学报，2004，35（02）：6.