在煤泥水多相分散体系中，微细颗粒的存在对沉降和过滤特性起决定性作用，借助于化学手段使微细颗粒聚集成较大颗粒的凝块或絮团，是改善煤泥水沉降及固液分离效果的有效途径。在固液分离过程中可以通过凝聚和絮凝的方法来破坏分散体系的稳定性，从而加快车娘速度并提高过滤效率。

1 凝聚与絮凝的一般概念

凝聚作用是加入无机电解质通过电性中和作用来解除布朗运动，使微粒能够靠近接触而聚集在一起。絮凝作用是加入带有许多能吸附微粒的有效官能团的线状高分子化合物，它像一条长绳能将许多微粒吸附在一起形成一个絮团，从而加速了沉降。长碳链的高分子化合物在微粒之间起联系的桥梁作用，称“架桥”作用。

2 作用原理

2.1 凝聚理论

2.1.1 同相凝聚与异相凝聚

具有相同颗粒表面电位的颗粒之间的凝聚称为同相凝聚。由于表面电位相同，颗粒之间受静电斥力作用。同相凝聚过程由DLVO理论加以叙述。

表面电位不同的异类颗粒之间的凝聚称为异向凝聚。异相凝聚的静电作用分两种情况：

（1）相反电性（或一方不带电）的颗粒，总受到其静电引力作用。

（2）具有相同电性但大小不一的颗粒，相距较远时表现为静电斥力；而距离变小后又呈现静电吸引。在两类异相凝聚中，前者为自发过程，而后者则取决于荷电较小的颗粒电量。

在煤泥水体系中，由于煤和矿物质颗粒在正常pH条件下都荷负电，且电位相差不大，因此以同相凝聚为主。

2.1.2 DLVO理论

该理论认为一对颗粒之间的相互势能由两部分组成：双电层静电排斥能VR，分子作用能VA。

这两方面作用能具有加合性，相互作用总势能VT为：VT=VA随着颗粒之间距减少，总能量出现三个极值：

（1）第二能谷。颗粒间距较大 ，形成准稳态凝聚体，自发过程。

（2）能峰（势垒）。形成稳定凝聚体的能量障碍。

（3）第一能谷。颗粒充分靠近，形成稳态凝聚体，自发过程。

对于微细颗粒体系，无法施加外部能量克服势垒。只有通过降低势垒的方法使其凝聚。而势垒主要取决于颗粒静电能，只有通过添加某些离子，改变水中离子数量及构成，降低颗粒电动电位是促成颗粒凝聚的一条有效途径。这就是凝聚的作用原理，也是不同水质煤泥水为什么处于不同分散状态的原因所在。

2.2 絮凝原理

絮凝原理是和絮凝剂的结构相关联。

絮凝剂通常是有机高分子化合物，它有两部分构成：高分子骨架，活性基因。絮凝作用是由它们共同完成的。活性基团与颗粒表面通过各种键合作用，使得颗粒与絮凝剂结合。它决定了絮凝剂的键合类型以及键合的颗粒种类（即絮合的选择性）。高分子骨架起到一种架桥作用，把粘结颗粒的絮凝剂分子联系在一起，形成絮团。

分子大小与絮团结构及大小密切关系，因此，絮凝剂分子量对絮凝效果影响很大。

3 凝聚作用与絮凝作用的区别

虽然凝聚作用和絮凝作用都可以起到加速固液分离的目的，但作用机理不同。凝聚作用是：当在分散体系中加入无机电解质，通过电性中和，压缩双电层，降低了Σ点电位，减少微粒间的排斥能，从而达到凝聚的目的。絮凝作用则是：利用带有许多活性官能团的高分子线状化合物能在分子上吸附多个微粒的能力，通过架桥作用将许多微粒聚集在一起，形成一些较大体积的松散絮团，从而达到絮凝的目的。在固液分离过程中，由于两种作用不同，其效果亦有区别。现将这两种作用的区别叙述如下：

3.1 絮团大小不同

絮凝作用生成的絮团比凝聚作用生成的絮团大，这是由于高分子絮凝剂本身具有凝聚剂所没有的独特性能----吸附架桥作用，它可以使许多微粒互相结合，具有较大块絮团的功能。

3.2 沉降速度

絮凝速度较凝聚速度快，根据斯托克斯定律可知，悬浮微粒的沉降速度与其粒径成正比，有机高聚物通过其吸附架桥作用能将许多微粒连在一起，形成一个较大的絮团，因大絮团自由沉降作用与大颗粒相似，所以沉降速度快。凝聚作用是依靠微粒的碰撞粘附在一起的，所以聚集速度慢，形成的絮团细小，因而沉降速度缓慢。

3.3 絮团强度不同

凝聚作用是压缩双电层排斥能降低，然后又范德华吸引力起吸附作用，使微粒靠得很近；而凝聚作用是长碳链高分子线状化合物起纽带的架桥作用，将微粒连结在一起，形成比较松散的絮团。

3.4 滤饼含水率

使用高分子絮凝剂生成的絮团松散，微粒间空隙很多，水分可以直接浸入到絮团内部，因而絮凝物或滤饼含水率高。使用凝聚剂时，凝聚物坚硬结实，原因是絮团内部没有空隙，水分不能进入，凝聚物或滤饼含水率低。

4 凝聚剂与絮凝剂的分类

4.1 无机凝聚剂

无机凝聚剂种类很多，下面就三种常用药剂加以介绍。

4.1.1 铝盐和铁盐凝聚剂

铝盐和铁盐在水中存在形态不同，产生凝聚的机理也不同。

（1）电中和凝聚。在离子含量较低情况下，铝离子和铁离子主要以低聚合度高正电荷多核络离子形态存在，对水中颗粒起电中和作用。

（2）架桥絮凝。当离子含量达到一定浓度时，铝离子和铁离子主要以聚合度低电荷的无机高分子及凝胶状化合物的形式存在，它们在颗粒间起粘接架桥作用，使之絮凝。

（3）吸附卷扫。当离子含量较大时，铝离子和铁离子以微小的氢氧化物凝聚形态存在，吸附和粘结水中胶体杂质，卷带它们一起从水中分离出去。

4.1.2 无机高分子聚合物

聚合氯化铝是一种将铝盐预先控制在适宜条件下而制成的带有适量电荷和较大聚合度的无机高分子电解质。它本质上与其它铝盐相同，只是以较优形态投入水中以立即发挥作用。

4.1.3 低价金属的盐类

这类离子在水中多以离子形式存在，主要通过压缩双电层降低表面电位达到凝聚的目的。

在以上三类凝聚剂中，由于无机离子凝聚剂用量少，效果好，目前应用广泛。

4.2 絮凝剂

絮凝剂分为天然高分子化合物和人工合成有机高分子化合物。

天然高分子絮凝剂有淀粉类、纤维素的衍生物、腐植酸钠、藻类及盐、蛋白质等。它们为水溶性聚合物，其化学结构、分子量、活性基各不相同。人工合成高分子絮凝剂分以下三种类型：

（1）阴离子型，如聚丙烯酸盐，聚磷酸乙烯酯等。

（2）阳离子型，如聚乙烯亚铵等。

（3）非离子型，如聚乙烯醇，聚氧化烯等。

按煤厂目前广泛采用水解聚丙烯酰胺类絮凝剂。

5 药剂的应用

凝聚剂的应用主要两方面：与絮凝剂配合，用于较高浓度煤泥水处理；单独应用处理低浓度污水以获得澄清水。此外，部分凝聚剂在分选过程中起到分散剂和pH调整作用。絮凝剂用于分选和固液分离。用选择性强的絮凝剂进行选择性絮凝，是分选微细粒煤和矿物的有效方法。在固液分离时，可作为沉降絮凝剂加速颗粒沉降（如浓缩机，沉降式离心机）。也可作为助滤剂（如带式挤压机、过滤机），以改善物料的可过滤性。除了煤泥水处理外，凝聚和絮凝技术在处理各种工业污水和冶金方面也有重要应用。