物料中的水分,包括成礦過程中的水分,開採水分、分選加工用水和運輸、儲存過程中加入的水分。以不同的形態賦存於物料之中。通過有四種形態,即化合水分、結合水分、毛細管水分和自由水分。
(1)重力水。重力水也稱自由水,存在於各種大孔隙中,其運動受重力場控制。重力水是最容易被脫除的水。
(2)毛細管水分。鬆散物料的顆粒與顆粒之間有許多孔隙,孔隙較小時可發生毛細管現象,水分子保留在這些孔隙和孔隙度有關,孔隙度越大可能保留的水分越多。
如圖5-1-1所示,當孔隙度為圓柱形、半徑為r時,由於毛細管吸力作用所能保留的水柱高度h可用力平衡條件算出
2πrσcosθ=πr2hρ
式中:h為水柱高度,m;r為毛細管半徑,m;σ為水的表面張力,N/m;θ為物料的平衡接觸角;ρ為水的密度,?/m2;g為重力加速度,m/s2。
由式(5-1-3)可見,物料毛細管中水柱的高度,除與水的性質有關外,還與物料性質和毛細管的直徑有關。毛細管直徑越小,水柱高度越大;此外,親水性的物料接觸角較小,其毛細管中水中高度增大,因而其毛細管水分的含量增加。毛細管水分根據所採用的脫水方法和毛細管直徑的大小,只可脫除一部分而不能全部脫除。
(3)結合水分。在固體物料和液相水接觸時,在兩相的接觸面上,由於其物理化學性質與固體內部不同,位於固體或液體表面的分子具有表面自由能,將吸引相鄰相中的分子,在固體表面形成水化膜。結合水分又可細分為強結合水和弱結合水。
① 強結合水。強結合水又稱吸附結合水,指緊靠顆粒表面與表面直接水化的水分子和稍遠離顆粒表面由於偶極分子相互作用而定向排列的水分子。前者由於靜電力和氫鍵力的作用,水分子可牢固地吸附於顆粒表面,此種水具有高粘度和抗剪切強度,很少受溫度的影響;後者與顆粒表面結合較弱,但仍有較高的黏度和抗剪切強度。
② 弱結合水。弱結合水質與顆粒表面結合較弱的這部分結合水,在溫度、壓力出現變化時偶極分子之間的連接破壞,使水分子離開顆粒表面而在距其稍微遠部位形成的一層水。它具有氫鍵連接的特點,但水分無定向排列現象。
通常,進入雙電層緊密層的水分為強結合水,在雙電層擴散層上的水分子弱結合水。結合水與固體結合緊密,不能用機械方法脫除,而應用乾燥法只能去除一部分,當物料與濕度大的空氣接觸時那部分水分又會被吸收回來。
化合水分。化合水分時水分和物質按固定的質量比率直接化合而成為新物質的一個組成部分。它們之間結合牢固,只有在加熱到物質晶體被破壞的溫度才能使化合水分釋放出來。