煤炭学报

作者：闵凡飞, 束庆东, 陈军, 刘春福, 凌云嘉,

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,

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)82+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\overline 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\overline 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)82+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\overline 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)82+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)82+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。

来源：2024年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2024年第2期