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煤泥水处理的关键环节是细粒粘土矿物的沉降,这些细颗粒矿物在煤泥水体系中会形成难以沉降的悬浮液,这给煤泥水的净化回收带来困难,同时也严重影响洗选作业各环节的正常运行。粘土矿物的表面电荷特性对矿物颗粒在悬浮液中流变行为有重要的影响,且对其沉降效果的影响非常显著。伊利石矿物是一种典型的TOT型粘土矿物,精确研究伊利石的表面电性,分析伊利石各向异性表面的电性对于研究矿物悬浮液流变性的影响,提高难沉降煤泥水的处理效率具有重要的理论意义和实际应用价值。首先,本文成功制备出了纳米级光滑的伊利石层面和端面,用原子力显微镜扫描伊利石矿物各向异性表面,直接观测了伊利石层面和端面的表面形貌。在不同pH值的10 mM氯化钾溶液中研究了伊利石的层面和端面与AFM针尖之间的作用力。利用DLVO理论建立液体环境下探针所受作用力与探针和样品的表面电荷之间关系的理论模型,从而确定了伊利石层面和端面在不同pH溶液下的表面电势。结果表明:当溶液pH值分别为3.0,5.0,6.0,8.0和10.0时,伊利石层面和端面的表面电势分别为-58/-7 mV,-64/-28 mV,-67/-42 mV,-71/-51 mV和-75/-57 mV。所测溶液pH值范围内,伊利石的层面和端面均带负电荷,且伊利石层面比端面带更多的负电荷。伊利石层面的表面电势受溶液pH值的影响不明显,这是由于伊利石层面的带电机理主要为类质同象取代。伊利石端面的表面电势受溶液pH值的影响较大,随着溶液pH的变化而变化,主要带电机理为端面表面铝氧或硅氧断键的质子化或去质子化反应。伊利石样品的Zeta电势值介于层面和端面的表面电势值之间,验证了伊利石表面电势是由层面和端面的电势值共同组成。当溶液pH值从3.0升高到10.0时,并未观察到伊利石层面的零电点（PZC）点,而由伊利石端面电势值的趋势可以推测出端面的PZC点应该小于pH3.0。其次,测量针尖与伊利石层面和端面在不同浓度钙/镁离子溶液中的作用力,得出层面和端面在相应浓度的钙/镁离子电解质溶液中的电势值,研究二价阳离子分别对伊利石层面和端面表面电性的影响规律,并得出以下结论:当溶液中的钙/镁离子浓度为0,0.1 mM,0.5 mM,1 mM和5 mM时,伊利石层面的表面电势值分别约为-71/-71 mV,-35/-37 mV,-30/-32 mV,-26/-28 mV和-20/-22 mV。钙离子和镁离子都可以降低伊利石层面的表面电势值,且两者的影响程度相似。主要是由于带负电的层面与带正电的阳离子之间的静电作用力随着金属阳离子浓度的增加而增强。当溶液中的钙/镁离子浓度为0,0.1 mM,0.5 mM,1 mM和5 mM时,伊利石端面的表面电势值分别约为-51/-51 mV,-41/-45 mV,-25/-35 mV,+19/-22 mV和+22/+13 mV。钙/镁离子对伊利石端面的表面电势值影响程度有明显差异。主要原因在于钙/镁离子可与端面硅氧和铝氧断键发生络合反应,形成不同的络合物。由于水合焓值的不同,钙离子比镁离子更容易接近伊利石端面表面,因此钙离子比镁离子对伊利石端面表面电势的影响更大。最后,根据DLVO理论,通过伊利石层面和端面的表面电势值计算出不同pH溶液下伊利石发生团聚时的相互作用能。测量了伊利石颗粒在对应pH悬浮液中的剪切屈服应力,并结合伊利石不同表面之间的相互作用能分析了伊利石颗粒在溶液中层面和层面,端面和端面以及层面和端面发生吸引导致团聚现象的原因。同时,计算了钙离子和镁离子溶液中伊利石不同表面之间的相互作用能,研究了钙离子和镁离子对伊利石的层面和层面,端面和端面以及层面和端面之间相互作用能的影响。结果如下:层面和层面之间相互作用能在pH为3.0～10.0的范围内均为排斥能,且排斥能较强。端面与端面和层面与端面之间的相互作用能在pH为5.0～10.0的范围内均为排斥能,且随着溶液pH值的减小而降低。当溶液的pH降低到3.0时,相互作用能均由排斥能转变为吸引能。伊利石悬浮液的剪切屈服应力在pH为3.0溶液中时最大。在pH为4.0时,剪切屈服应力会急剧下降。持续增加溶液的pH,剪切屈服应力逐渐减小。这种流变现象的主要原因在于:在pH为3.0溶液中,伊利石的端面和端面之间的排斥能会有略微降低,但层面和端面之间的相互作用能变为吸引能,这种吸引能会导致三维的“卡房结构”形成。当溶液pH值为5.0时,端面和端面间排斥能明显降低,层面和端面间的排斥能有轻微下降,悬浮液中的层面和端面的结构会略微变多,而会出现一些端面和端面的聚团。在pH大于6.0的溶液中,层面与层面,端面与端面以及层面和端面之间都为明显的排斥能,因此悬浮液的剪切屈服应力也较小。当钙离子和镁离子浓度从0～5 mM的范围内变化时,层面和层面之间相互作用能均为排斥能,当加入0.1 mM钙/镁离子后,排斥能有明显降低,随着钙/镁离子浓度继续增加,排斥能降低幅度并不明显。端面与端面之间的相互作用能在钙/镁离子浓度为0～0.5 mM时为排斥能,在钙离子浓度为1 mM时转变为吸引能,而镁离子转变为吸引能发生在浓度为5 mM时。层面与端面之间的相互作用能在钙离子浓度为1 mM时由排斥能变为吸引能;当镁离子浓度达到5 mM时,层面与端面之间的相互作用能变为吸引能。该论文有图61幅,表3个,参考文献175篇。