滤饼微观结构分析

5．2．4　滤饼微观结构分析

1．未经絮凝处理的滤饼微观结构

各粒级物料滤饼微观结构的扫描电镜照片如图5．4、图5．5所示，滤饼图像分析结果如表5．1、图5．6所示。

图5．4　0．5～0．125mm滤饼微观结构电镜图像

图5．5　－0．125mm滤饼微观结构电镜图像

表5．1　各粒级物料滤饼的图像分析结果

表5．1说明：滤饼孔隙率、孔隙平均面积及最大面积与其粒度组成密切相关。物料粒度组成越细，滤饼孔隙率越小，粗粒级物料比细粒级物料具有更大的孔隙面积及孔隙率。因为被过滤的细粒煤是几何外形复杂的多面体颗粒，某粒级细粒煤中，相对较小的细粒煤可以充填在相对较粗的煤粒组成的孔隙中，直径大约为粗颗粒直径6%左右的细粒煤甚至可以在相对较粗的煤粒组成的孔隙中产生钻隙作用。滤饼物料粒度级别越细，其分布越均匀，微细粒煤在相对较粗煤粒间的填充机会也越小，形成的滤饼孔隙率愈小。据式（5．28）、式（5．29），滤饼平均比阻与颗粒比表面积平方成正比，与滤饼孔隙率立方成反比，故粒度级别愈小的物料，滤饼平均比阻愈大，滤饼水分愈难以脱除，滤饼残留水分愈高。

图5．6说明：滤饼物料粒度级别显著影响其孔隙尺寸分布。随着物料粒度级别的降低，滤饼中小尺寸（＜3μm²）孔隙含量逐渐增加，大尺寸（＞12μm²）孔隙含量逐渐减少。与细粒级物料滤饼相比，粗粒级物料滤饼具有更高的大尺寸孔隙含量，因此，粗粒级物料滤饼比细粒级物料滤饼易过滤，且过滤速度快。

图5．6　各粒级物料滤饼孔隙尺寸分布图

正是因为各粒级物料滤饼的孔隙率、孔隙面积、孔隙尺寸分布等微观结构参数的不同，导致不同粒级物料的过滤性能存在差异，细粒含量高的滤饼水分难以脱除，滤饼最终水分偏高，在实践中也已被证实。

2．絮凝物料滤饼微观结构

经PQAAM接枝共聚物絮凝处理后的各粒级物料滤饼微观结构的扫描电镜照片如图5．7、图5．8、图5．9、图5．10所示，滤饼的图像分析结果如表5．2、图5．11、图5．12所示。

图5.7　0.5～0.125mm滤饼微观结构电镜图像

图5.8　－0．125mm滤饼微观结构电镜图像

（注：PQAAM用量为8ppm）

图5.9　0．5～0．125mm滤饼微观结构电镜图像

图5．10　－0．125mm滤饼微观结构电镜图像

（注：PQAAM用量为10ppm）

表5．2　各粒级絮凝物料滤饼的图像分析结果

注：PQAAM：CD＝21．87%，［η］＝495．57mL／g。

表5．2表明：滤饼经絮凝剂处理后，其过滤性能得到明显改善。与未经絮凝剂处理相比，各粒级物料滤饼的孔隙率、孔隙最大面积及平均面积均有不同程度的增大；随着物料粒度级别增加，滤饼的孔隙率、孔隙最大面积及平均面积增加幅度逐渐明显；PQAAM用量8ppm与10ppm相比，更有利于提高各粒级滤饼的孔隙率、孔隙平均面积和最大面积，形成过滤性能优良的滤饼。可见，添加絮凝剂使物料粒度组成改变，滤饼微观结构随之改变。

图5.11　0．5～0．125mm滤饼孔隙尺寸分布

图5.12　－0.125mm滤饼孔隙尺寸分布

由图5．11、图5．12可知，与未经絮凝剂处理相比，当PQAAM接枝共聚物用量为8ppm时，0．5～0．125mm级滤饼中，大尺寸（＞12μm²）孔隙含量提高了7．47%，而小尺寸（＜3μm²）孔隙含量降低了13．79%；－0．125mm级滤饼中，较大尺寸（＞9μm²）孔隙含量增加了5．56%，而小尺寸（＜3μm²）孔隙含量减少了7．44%。当PQAAM接枝共聚物用量为10ppm时，0．5～0．125mm级滤饼中，大尺寸（＞12μm²）孔隙量提高了3．09%，而小尺寸（＜3μm²）孔隙量降低了7．82%；－0．125mm级滤饼中，较大尺寸（＞9μm²）孔隙含量上升了1．23%，小尺寸（＜3μm²）孔隙含量下降了3．02%。说明：PQAAM接枝共聚物用量不同，滤饼孔隙尺寸分布不同，只有当其用量适当时，才能显著改善各粒级物料滤饼的孔隙尺寸分布。

主要原因是PQAAM接枝共聚物通过电性中和与“桥联”双重作用，使细粒煤絮凝成团，改变物料粒度组成，粗粒级物料含量增加，滤饼微观结构随之改变，其孔隙率、孔隙面积增大，大尺寸孔隙含量增加。说明适量的PQAAM接枝共聚物对细粒煤能充分发挥絮凝与助滤作用，改善滤饼过滤性能，降低滤饼水分。

3．经不同絮凝剂处理的滤饼微观结构

为了研究絮凝剂对滤饼微观结构的影响，在细粒煤过滤实验中分别添加两种PQAAM接枝共聚物及其与阴离子型聚丙烯酰胺HPAM联合使用。经不同絮凝剂处理后的各粒级物料滤饼微观结构扫描电镜照片，如图5．13、图5．14、图5．7、图5．8、图5．15、图5．16所示，滤饼图像分析结果如表5．3、图5．17、图5．18所示。

图5．13　0．5～0．125mm滤饼微观结构电镜图像

图5.14　－0.125mm滤饼微观结构电镜图像

（注：PQAAM1用量为8ppm）

图5．15　0.5～0.125mm滤饼微观结构电镜图像

图5．16　－0.125mm滤饼微观结构电镜图像

（注：PQAAM与HPAM联合使用，用量为8ppm（1∶1））

表5．3　不同絮凝剂处理的各粒级物料滤饼的图像分析结果

注：PQAAM1：CD＝16．24%，［η］＝511．23mL／g；PQAAM：CD＝21．87%，［η］＝495．57mL／g；HPAM：相对分子质量500万，水解度30%。用量为8ppm，其中PQAAM：HPAM＝1∶1。

表5．3表明：絮凝剂用量相同时，不同絮凝剂作用条件下，形成的滤饼微观结构存在差异。PQAAM与PQAAM1接枝共聚物作用下相比，各粒级物料滤饼具有较高的孔隙率、较大的孔隙平均面积及最大面积。PQAAM与HPAM按照先后加入顺序等量联合使用时，各粒级物料滤饼具有更高的孔隙率、更大的孔隙平均面积与最大面积。主要因为PQAAM1与PQAAM接枝共聚物相比，二者特性粘度相近，PQAAM的阳离子度较高，降低细粒煤表面电负性的能力较强，煤泥易于絮凝成团，絮团直径增大，形成的滤饼较疏松，具有较大的孔隙率与孔隙面积。PQAAM与HPAM联合使用时，先通过PQAAM中的季铵盐阳离子降低煤粒表面电位的电负性，削弱煤粒间的静电排斥作用能，促使微细粒煤相互碰撞、凝聚；再通过HPAM大分子中酰胺基的桥联作用，使细粒煤絮凝成团，且由于HPAM相对分子质量较大，分子链较长，有利于形成直径较大的絮团。随着滤饼物料粒度增大，导致滤饼孔隙率随之增加，滤饼孔隙平均面积及最大面积增加。因此，当用量适当时，PQAAM接枝共聚物与HPAM联合使用较PQAAM单独使用，对细粒煤产生更好的助滤作用，有利于降低滤饼水分。

图5．17、图5．18表明：在不同絮凝剂作用下，各粒级物料滤饼孔隙尺寸分布发生明显的变化。

图5．17　0．5～0．125mm滤饼孔隙尺寸分布

图5．18　－0．125mm滤饼孔隙尺寸分布

（1）PQAAM与PQAAM1接枝共聚物相比：0．5～0．125mm级滤饼中，大尺寸（＞12μm²）孔隙量增加3．12%，小尺寸（＜3μm²）孔隙量减小4．21%；－0．125mm级滤饼中，大尺寸（＞12μm²）孔隙量上升1．11%，小尺寸（＜3μm²）孔隙量下降3．56%。说明相同用量下，阳离子度较高的PQAAM接枝共聚物更有利于滤饼结构中大尺寸孔隙量增加、小尺寸孔隙量减小，使滤饼结构疏松。因此，阳离子度较高的PQAAM对细粒煤产生的助滤脱水作用较强，形成的滤饼水分较低。

（2）PQAAM与HPAM联合使用（1∶1）与PQAAM单独使用相比，0．5～0．125mm级滤饼中，较大尺寸（＞9μm²）孔隙量增加10．16%，小尺寸（＜3μm²）孔隙量减小6．25%；－0．125mm级滤饼中，较大尺寸（＞9μm²）孔隙量提高6．87%，小尺寸（＜3μm²）孔隙量降低4．68%。可见，PQAAM与HPAM联合使用使各粒级物料滤饼中较大尺寸、小尺寸孔隙量分别显著上升、下降，有利于改善滤饼微观结构，降低滤饼水分。

总之：经絮凝剂处理后，滤饼孔隙率、孔隙面积、孔隙尺寸分布等参数比未经絮凝剂处理时均有所改善。絮凝剂对细粒煤的助滤作用就在于改善滤饼微观结构，即增大滤饼孔隙率和孔隙面积、提高大尺寸孔隙的相对含量、降低小尺寸孔隙的相对含量。