矿粉中的四种水分对球团生产的影响(2)

图1 矿物表面水分子的分布

虽然颗粒表面力场和静电力的作用范围极小，但是其作用力非常大，吸附在颗粒表面第一层的水分子要想完全除去需要106 J 以上是能量，但是随着颗粒与水分子之间距离的增加作用力急剧下降（见图2），当两者间距达到十几个水分子直径大小时两者之间几乎不产生力的作用，因此，当两颗粒间距离极小时其彼此吸附作用会较大。要使得两颗粒在自然状态下相互接近必须降低其粒度，通常当两颗粒直径在1 mm左右时即使两者间距极小也难以产生成球效果，而当颗粒粒度降至1 μm时，彼此接近后会产生一定的吸附力，进而形成结构紧密的集合体。

2.2 薄膜水特性

图2 不同水分子间的作用力

吸附水层的厚度随着矿物成分或亲水性有所不同，同时也随着料层中相对水蒸汽压力的增加而增大，当相对水蒸汽压达到100%时的吸附水含量达到最大值，称为最大吸附水，吸附水膜的厚度在（30～400）×10-8mm，一般相当于10～140 个水分子的厚度。当固体颗粒表面达到最大吸附水层后，还有未平衡掉的力，如颗粒表面的引力、吸附水内层的分子引力等，这些力与吸附水之间的作用力相比较小，同样能使水分子发生定向排列，但是排列方向性较差，结构较为松弛，这些水称为薄膜水。在薄膜水内层与吸附水交界处，其分界线不明显，相互之间的作用力也能达到吸附水的层次，但是薄膜水的平均密度较小，仅在1.25 g/cm3左右，另外，薄膜水存在固液两方面的性质，这是由于具有一定的定向排列性，固体性质较为明显，但是在一定压力下具有弹性，形变性较强，具有一定的液体性能。

薄膜水重要的特点之一是具有迁移性，即在一个矿物表面自发转移到另一矿物表面。在自然分散的矿物颗粒表面，薄膜水的厚度有较大差异（见图3），甲乙两矿物颗粒的大小相等，性质相同，但是甲颗粒薄膜水厚度较厚，当两颗粒相互靠近使得薄膜水相互接触时，其交点A处的薄膜水受力不均匀，由于离乙颗粒较近，受到乙的范德华力较大，使得A点水分向乙颗粒迁移。随着迁移的进行，两颗粒薄膜水重合的区域变大，从而促使两颗粒的薄膜水趋于相等。薄膜水在两颗粒之间的迁移极为缓慢，这是由于薄膜水兼具固体和液体的性质，比普通水具有更大的粘滞性。每个颗粒都有引力作用范围，对进入该范围的水分子起到吸引的作用，从而产生薄膜水，当两颗粒相互靠近使得ac（见图3）距离小于它们的引力范围ab和cd之和时，会产生一定的引力重合区域，即debf，该区域内的水分同时受到两颗粒的引力，水分的粘滞性更大，两颗粒的结合力增加，因此，在造球过程中矿物颗粒之间距离越小，其引力重合面积越大，水分的粘滞性增大，颗粒结合越为紧密，生球强度越好。

薄膜水根据受力大小和位置可分为强结合水和弱结合水，强结合水位于薄膜水内侧，与吸附水接触一层或多层水膜。强结合水排列相对紧密，分子不能自发运动，在较强外力作用下能产生一定的位置转换和形变，其导电性较弱，冰点在零度以下。弱结合水为薄膜水的外层，厚度是强结合水的3～10倍，平均层间距是强结合水的2～5倍，具有较弱的流动性，水分子定向排列较差。

图3 薄膜水在颗粒之间的迁移

通常将吸附水和强结合水之和称为最大分子结合水，见表1。当矿物颗粒达到最大分子结合水后其吸附能力降低，但是颗粒表现为一定的塑性性能，在一定的外力作用下会产生颗粒之间的粘结，从而使得颗粒逐渐长大，此时会表现为较强的成球效果。而弱结合水在这一过程中有的被较强的外力干扰从而与颗粒分离，有的则进入颗粒之间的间隙，成为球团的重要组成成分。

表1 球团中主要成分的水分含量最大毛细结合水/%9.3 15.3 17.7 11.2 16.3 17.7 37.6 36.9 91.5 66.6 350.0矿物名称磁铁矿赤铁矿褐铁矿膨润土消石灰石灰石粒度/cm 0～1 0～0.15 0～0.074 0～1 0～0.15 0～0.074 0～1 0～0.15 0～0.2 0～0.25 0～0.25最大分子结合水/%4.9 9.6 15.3 5.3 7.3 7.4 21.3 21.4 45.1 30.1 15.5

2.3 毛细水特性

在薄膜水外侧，水分子不受颗粒的引力作用，但是在固液、气液或三相交界面上会受到表面力的作用，这些水分称为毛细水，见图4。毛细水比吸附水和薄膜水多，一般当两颗粒之间的距离在0～1 mm 时会大量存在，而当两颗粒距离较大时会使表面力降低，转化成自由移动的水分。

图4 颗粒之间的毛细水

文章来源：《烧结球团》 网址: http://www.sjqtzz.cn/qikandaodu/2021/0730/559.html