矿粉中的四种水分对球团生产的影响

1 球团矿粉成球作用

铁矿粉的成球是球团生产的首要环节，它是在多种力的共同作用下完成的，包括宏观方面的机械力和微观方面的分子间作用力，机械力主要有物质的重力、摩擦力、支持力等，而分子间的作用力主要是水分、粘结剂与矿粉产生的毛细力、吸附力、化学反应力等，多种力的作用影响了矿粉成球性能。另外，原料种类、加量、物化性质、设备类型及操作参数等也是影响成球性能的重要原因。成球性能的好坏对后续作业的影响也是深远的，这种影响在干燥、预热、焙烧等都能表现出来，甚至影响作用在冶炼阶段得到叠加，因此，铁矿粉的成球在冶金行业钢铁生产中起到关键作用。

矿粉需要在一定的粘结力作用下才能相互粘结或滚动成球，这种粘结力主要靠矿粉中的水分来提供，水分不仅自身存在粘性，在与矿粉结合时也能促使矿粉中不饱和键的形成，从而增强粘结作用。但是水分也能起到相反的作用，大量水分的聚集能导致矿粉的溶解，从而降低粘结效果，所以了解不同水分的分类和作用对矿粉成球至关重要。

2 矿粉中水分的分类及其作用

2.1 吸附水特性

水分作为矿物中的重要组成部分，其理化性质对矿物的各项性能产生一定影响，尤其是对矿物的表面性质和矿物颗粒群之间的作用力等。当颗粒与水分子接触时颗粒的表面性质与水分子的特性是影响彼此之间作用效果的重要因素。颗粒是具有一定外形尺寸和形貌的固体物质，除了粒径和粒度分布外比表面积也是颗粒性质的重要表现指标，比表面积是颗粒表面积与质量的比值，一般颗粒粒度越小，比表面积越大。通常颗粒呈电中性，但是经过破碎后产生了大量的新表面，这些表面的产生都是来自于原颗粒的断裂面，而断裂面在断裂之前存在一定的分子力或化学键，新表面的产生意味着这些作用力消失，分子间作用力或化学键产生了断裂，形成了大量不饱和键，具有一定能量，即表面能。表面能的产生是由于表面分子处在不均衡力的作用下，因此，在其周围会产生一定的力场，对周围产生电场力和机械力的作用。

分子根据结构特点可分为非极性分子和极性分子，非极性分子内各原子以共价键结合，电荷分布均匀，正负电荷中心重合，通常分子空间结构为中心对称。极性分子是电荷分布不均匀，正负电荷中心不重合。在极性分子内会产生一定的偶极性，即正负电荷中心不一致时产生电荷分离的现象，当分子一端为正电荷区域时，另一端为负电荷区域，但整体正负电荷的电量相等，整个分子仍为电中性，当产生偶极性时分子会在静电力作用下产生静电吸附或排斥现象。非极性分子中也会出现偶极性，虽然在分子中正负电荷中心一致，但由于电子做无规则运动，会产生顺时正负电荷中心不一致现象，即产生顺时偶极矩。另外，在周围极性分子的影响下也会产生电子的定向运动，从而产生感应偶极性。

颗粒表面存在一定范围的力场，水分子具有一定的极性，当两者相互靠近并接触时会在静电力的作用下产生相互吸引，从而使得水分子定向排列并均匀平铺在颗粒表面，形成具有一定固体性质的水分子层，这部分水分子称为吸附水。吸附水不参与组成晶格，其含量也不固定，当温度达到100～110 ℃时，吸附水就全部逸出；在水分逸出时，并不引起矿物品格的破坏，吸附水一般呈液态，但也可以呈气态或固态存在。

吸附水在颗粒表面的排列见图1，颗粒表面力场的作用范围极小，一般在1?（10-8cm）以内，而水分子的直径较大，因此，表面力场一般仅作用于单层水分子，在静电力的作用下定向排列。第一层水分子的排列较为紧密，几乎全部覆盖颗粒表面，水分子完全失去运动特性，与固体物质极为类似，仅保留一定的弹性，又被称为固态水。该层密度较大，一般在1.2～2.4 g/cm3，一般颗粒粒度越小、表面能越大，吸附水的密度越大。当第一层水分子吸附到颗粒表面后会在静电力的作用下产生一定的偶极性，在远离颗粒表面的一端感应出正负电荷，由于这些水分子具有固体物质的性质，会产生固体颗粒表面力场的效果，因此，在静电力的作用下第二层水分子也会产生定向吸附。第二层的吸附与第一层不同，仅靠静电力产生吸附效果，而第一层有表面力场的作用，第二层水分子之间的作用力减小，彼此间距略有增加，固体性质下降，运动特性增强，密度略有下降。根据相同的作用，第三层、第四层等逐渐产生静电吸附，但是随着吸附层数的增加水分子定向排列现象逐渐减弱，逐渐恢复成为自由移动的水分子。

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