(三)水在矿粉中的形态及作用
干燥的矿粉颗粒一般都具有亲水性。在颗粒表面分子力和电场的作用下,水分子被吸附于其表面,由于水分子具有偶极性,所以它的排列有一定秩序,见图5吸附水层的厚度极小,一般只有几个水分子的厚度。它与颗粒的亲水性和周围介质中水蒸汽的分压有关,虽然电分子力的作用半径很小,但作用力极大,例如吸附在固体颗粒表面的第一层水分子,其作用力相当于10000大气压(98066.5×104帕)。因此被吸附的多层水分子,牢固地附着在颗粒表面,吸附水的性质已与一般水不同,例如它不能自由流动,密度大于1.0,冰点远低于0℃等。当相对湿度达到100%时,吸附水量达到最大值,称为最大吸附水。一般颗粒只含吸附水时,仍然为散砂状,不能结合成团,除非粒度极细(1微米左右)的物料。
颗粒表面达到最大吸附水后,还有未被平衡的分子引力,于是在吸附水外,又形成了一层薄膜水,薄膜水与颗粒表面的结合力比吸附水弱,其内层靠近吸附水的一层受颗粒的作用力较强,称之强结合水。强结合水虽然不及吸附水与颗粒结合之紧密,但是也相当牢固,例如在大干重力加速度70000倍的离心力作用下也不能将它排除。它可以从一个颗粒的表面,向另一个的表面迁移,见图6,不受重力的影响。强结合水的冰点也在0℃以下。
矿石颗粒所持有的吸附水与强结合水之和叫做最大分子水。最大分子水可以使粉料成型,但仍不具有塑性。
薄膜水的外层叫做弱结合水。它更接近于自由水,矿粉具有弱结合水后,可以在外力作用下发生塑性变形。
吸附水和薄膜水可视为矿粉颗粒的外壳,在外力作用下,它随颗粒一同移动,并使颗粒彼此结合起来。因此矿粉开始滚动成球,并且具有一定的强度。[next]
当矿粉被水润湿超过薄膜水时,在颗粒之间出现了毛细水,开始出现的叫做触点态毛细水,见图7(a),它使颗粒连系起来。继续增加水,以及毛细水表面张力或外力作用,使颗粒靠拢,于是在它们之间形成了蜂窝状毛细水,见图7(b)。
这时毛细水在颗粒之间开始连接起来,可以迁移。进一步润湿,则出现了饱和毛细水,见图7(c),这时达到了最大毛细水含量。
精矿粉成球,毛细水起主导作用,最适宜的含水量介于触点态和蜂窝状毛细水之间。如果把矿粉颗粒设为两个直径相同的球体,毛细水在它们之间的连接力可以用下列公式表示(图8)
式中 a———水表面张力系数;
r———球体半径;
θ———毛细水对应角。
精矿粉成球速度决定于毛细水的迁移速度。亲水性强的物料,可使毛细水迁移速度加快。