水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的影响机理
闵凡飞
束庆东
陈军
刘春福
凌云嘉
安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽淮南 232001
摘要：为探索水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的微观影响机理,以煤泥中主要矿物高岭石和石英为研究对象,依据煤泥水溶液环境构建了[Na(H2O)5]+及[Ca(H2O)8]2+两种煤泥水中常见的水合阳离子构型,并采用密度泛函理论对这 2种水合阳离子在高岭石(001)面、(00(-1))面和α-石英(001)面的单一吸附及与水分子间的竞争吸附进行了模拟计算.模拟结果表明,单一水合阳离子在3种表面的吸附能均比水分子的吸附能低出 50%以上,其在矿物表面的吸附稳定性顺序为:α-石英(001)面>高岭石(001)面>高岭石(00(-1))面;在竞争吸附作用下,竞争稳定构型的吸附能比单一水合阳离子在高岭石、石英表面上的吸附能低出 34%～57%,其中 2种吸附条件下[Ca(H2O)8]2+构型均比[Na(H2O)5]+构型更稳定.水合阳离子在 3种表面上单一吸附时,与表面形成强氢键作用,比水分子与高岭石、石英表面间的氢键作用更强,2种水合阳离子在矿物表面的氢键强弱顺序均为:高岭石(001)面>α-石英(001)面>高岭石(00(-1))面;在竞争吸附作用下,[Na(H2O)5]+与矿物表面间的氢键作用增强,[Ca(H2O)8]2+与矿物表面间的氢键作用减小;由于氢键作用不能完全对应吸附能的变化,经分析可知,吸附构型中存在静电作用,水合阳离子单一吸附构型中的静电作用比水分子吸附时更强,而在竞争吸附作用下,水合阳离子与矿物表面间静电作用增强,同时[Ca(H2O)8]2+比[Na(H2O)5]+与对应矿物表面间的静电作用更强.由于水合阳离子在高岭石、石英表面的强吸附作用,导致煤泥颗粒脱水更加困难,同时可能增加颗粒间的水化斥力,从而导致颗粒在煤泥水中分散更稳定.
关键词：煤泥颗粒表面水化水合阳离子高岭石石英密度泛函理论
分类号：TD94(选矿)X752(矿业、冶金工业污染、废物处理与综合利用)
资助基金：国家自然科学基金(52274251)国家自然科学基金(52174233)中国博士后科学基金特别资助项目(2022T150001)
论文发表日期：2024-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 1111-1122 )
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