市場出售的微量水分測定儀,不管是什么品牌,基本能檢測到的都是物料里的"自由水",而產(chǎn)生這一結(jié)果的真正原因是:物料與水分的結(jié)合狀態(tài)的不同。
在含水的物料中,水分與固體物料的性質(zhì)及其相互作用的關(guān)系,對脫水過程有著重大的影響。關(guān)于水分與物料的結(jié)合狀態(tài)有著不同的分類方法,一般可以分為以下幾種:
1、化合水分(即結(jié)晶水):
這種水分是與物質(zhì)按一定重量的比值直接化合的水分。例如CuSO4 5H2O中的水分子,它是物質(zhì)的一個組成部分,這種水與物質(zhì)牢固地結(jié)合在一起,只有加熱到一定的溫度時,使物質(zhì)的結(jié)晶體破壞,才能使這種結(jié)晶水釋放出來。在干燥過程中,這種水分是不能靠蒸發(fā)除去的,所以在干燥過程的計算中不考慮化合水分。
2、吸收水分(即分子水分):
由于吸附作用的結(jié)果,在固體物料周圍空間中的水蒸氣分子會被吸附到它的表面上,結(jié)果在固體的表面形成一層薄膜水分,其厚度為一個或數(shù)個分子,通常用肉眼是看不見的。此外,水分子還會鉆入(擴散)到固體內(nèi)部,又稱為吸收。所以物料經(jīng)吸附作用與吸收作用而結(jié)合的水分統(tǒng)稱為吸取水分。吸取水分和物料的結(jié)合也是比較牢固的,一般機械脫水方法不能除去,干燥方法也只能除去一部分。如果再放置在濕度較大的空氣中,又會重新吸附周圍的水分子,直至濕度平衡為止。
3、毛細(xì)管水分:
由于松散物料之間存在著許多孔隙,有時固體顆粒內(nèi)部亦存在著空穴或裂隙,這許許多多的孔隙如同很多的毛細(xì)管一樣,水分在毛細(xì)管吸力的作用下能保持在孔隙之中。
毛細(xì)管吸力作用所能保持的水柱高度h,可由下式表示: h =2σcosθ/rρg
式中h—— 水柱高度;
θ——水與物料間的接觸角;
σ——水的表面張力;
r—— 毛細(xì)管的直徑;
ρ——水的密度。
由上式可知:
(1)物料間的孔隙愈小,(即r小),要除去其間的水分愈難。這就是為什么細(xì)粒物料的脫水很困難的原因,有時只能用干燥(汽化)方法脫除。
(2)親水物料與水接觸角沁,即cosθ大,脫水也困難。
例如:物料中含有親水性大的粘土、礦泥時,則會明顯降低脫水的效果。反之,如果設(shè)法增加物料的疏水性,可使脫水容易。
試驗證明:在煤中加入適量的油類,由于增加了煤的疏水性,使煤的脫水效果有所提高。
物料的含水量與粒度的大小有很大關(guān)系。細(xì)粒物料較粗粒物料含水大,一方面因為表面水分的含量與表面積大小有關(guān),物料粒度愈細(xì),其表面積愈大,吸附的水分愈多,所以表面水分含量愈高。另一方面是細(xì)粒物料有大量的細(xì)小的毛細(xì)孔隙,毛細(xì)管作用顯著,因此較細(xì)物料含有較多的水分。
4、重力水分
物料除了含有分子水分和毛細(xì)水分之外(化合水分不作脫水考慮),還可能含有大量的水,這些不和物料之間沒有什么相互作用力,在重力作用下就可以脫除,這部分水稱之為重力水分。毛細(xì)水和重力水統(tǒng)稱為自由水,因為它們和固體物料之間沒有牢固的結(jié)合力,比較容易脫除。