煤的脫水干燥在濕法分選的選煤廠和輸煤管道等工藝流程中占有重要的地位,在輸煤管道系統中更是關鍵環節。美國黑邁薩管線中,煤泥脫水干燥的成本要占總成本的51%.
煤泥脫水干燥的重要性不僅表現在設備投資中所占的比重,同時還影響到貯運、使用、污染控制和出口商檢指標等。因此,煤泥脫水干燥問題日趨突出。
煤是一種復雜的有機化合物,通過顯微鏡的觀察可以看到:組成煤的最小顆粒直徑約為0,002 ^-0,003微米,高約0,0012-r0,0015微米,稱之為“晶粒”。由“晶粒”組成的較大粒子的大小約為0,01-v0,02微米,稱為“膠粒”。“晶粒”與“膠粒”間構成許多微細孔隙,密布在煤的內部和表面,形成無數的毛細孔,毛細管直徑越小,煤中水分越大。
植物纖維經成煤作用后形成的晶粒和膠粒中的水分是以化合狀態出現的,稱為“結晶水”,由毛細現象吸附于煤體內部的水分是游離狀態,即所謂的“內在水分”。煤的內在水分隨成煤期及炭化作用的長短在很大范圍內變化,從無煙煤的1}2%到褐煤的50%左右。毛細現象吸附的水分存在于煤體內部,機械作用不能將其脫去,在風干狀態下也不能失去內在水分。
除結晶水和內在水分外,煤的表層尚存在著外在水分,這是一種固體靠分子間力作用把周圍介質內的分子、原子或離子吸收到自己表面的“吸附現象”。
煤的成分極為復雜,存在著不同的煤巖組分和礦物雜質,因而煤的表面具有極性與非極性的不均勻性。存在極性時,煤的表面出現外電場(可正,商負)。非極性時,煤的表面沒有電場,但氧化能使煤的非極性表面迅速變為極性。
水分子是一種非線性結構,也具有極性。由于負電性大的氧原子周圍比2個氫原子周圍的電子云更密集,因而水分子是永久的偶極子,具有很大的偶極矩。煤水界面上的吸附就是由煤、水這兩種特性形成的,它是煤表面水分不易脫除的主要原因之一。
物理吸附的結果,在煤的表面形成了水分子的吸附和擴散層,吸附層為一薄膜,緊靠煤表面,厚度接近于一個分子,與煤的表面牢固聯系,與煤一齊移動。擴散層位于吸附層上,能與吸附層相對滑動。因此,在煤、水相對移動時,滑動面發生在距煤表面約一個分子的距離d處。這時,由于液、固兩相移動,滑動層與余下液體間出現一個電位,即所謂的“電動電位”。這種由于物理吸附造成在煤表面形成水分子的吸附層和擴散層的現象,在化學中稱為“擴散雙電層”,
由于吸附層與煤表面的牢固聯系。用機械方式將其脫出是不可能的,煤顆粒越小,這部分水分所占比例越大,而擴散層水分是可以脫出的,但要克服電場力的作用。降低滑動面上的電動電位可使曲線變陡,從而減少擴散層厚度,使水易于脫出。
煤泥顆粒越小,比表面積越大,吸附勢能越大。此外,當顆粒極細時,顆粒間也存在毛細現象,把水吸附在內,因此細粒煤泥的水分很難脫出。而松散煤泥團對脫水干燥是有利的。