Форма и поверхность зерен определяются минералогическим и химическим составом, а также в большей степени измельчением комкуемых материалов. Форма и поверхность зерен оказывают влияние на их комкуемость.

Комкуемые материалы представлены частицами разной формы: многогранники, сферы, пластинки, разветвленные дендриты. Для прочности сырых окатышей решающей является суммарная поверхность контактов частиц в комкуемой смеси, которая будет самой большой в случае многогранников. Особенно нежелательна форма разветвленных дендритов (пиритные огарки): при окомковании между этими зернами образуются только точечные контакты и возникают капилляры больших диаметров.

Частицы угля и кокса имеют форму пластин, что является одной из причин их плохой комкуемости.

Поверхность частиц комкуемых материалов характеризуется шеро­ховатостью. Зерна с шероховатой и пористой поверхностью лучше смачиваются и способны «взаимозаклиниваться», что вызывает увеличение оптимального количества воды за счет увеличения расстояний между поверхностями. В результате этого уменьшается сила взаимодействия поверхностей. Вода в первую очередь заполняет шероховатости на поверхности (рис. 2.1), вследствие чего прямое взаимодействие поверхностей заменяется взаимодействием адсорбированных тонких пленок воды.

Отличие между поверхностями комкуемых материалов необходимо искать и в характере элементарных частиц. Полярная поверхность возбуждает вокруг себя электрическое поле без внешнего вмешательства. Эту поверхность образуют ионы, полярные молекулы или группы, которые в основном обладают такими же свойствами, как ионы, молекулы или группы, попавшие в сферу их влияния, и могут адсорбироваться на поверхности частиц.

Ионы полярной поверхности имеют значительную силу притяжения на относительно больших расстояниях (в 1,5-2 раза превышающих постоянную решетку). Это означает, что группировка молекул или ионов может возникнуть и на расстояниях, больших радиуса ионов.

Расположение положительных и отрицательных ионов на поверхности твердой фазы может быть гомогенным (рис. 2.2, а) или гетерогенным (рис. 2.2, б).

Тонкоизмельченные концентраты, используемые для производства окатышей, содержат зерна с разным зарядом поверхностного слоя. В поверхностном слое оксидов железа преобладает положительный заряд, тогда как поверхности глинистых составляющих концентратов и бентонитов (Si02, А120з) заряжены отрицательно.

Магнетит (Рез04) имеет сложное кристаллическое строение с решеткой типа шпинели.

Поверхностный потенциал магнетита в дистиллированной воде достигает около 1 мВ. Поскольку электрический заряд поверхности магнетита является небольшим, вокруг его зерен образуется тонкая гидросфера. Плотность адсорбированной пленки воды почти вдвое больше плотности окружающей воды.

Структуру гематита составляют группы Fe2C>3, расположенные в вершинах двух ромбоэдров, образующих общую элементарную решетку. Некомпенсированные ионы кислорода редко присутствуют на поверхностях зерен гематита, и возможность образования водородной связи с катионами жидкой фазы незначительна. Заряд поверхности гематита положителен.

Сидерит (FeC03) кристаллизуется в тригональной сингонии. Кислород в решетке сидерита находится в форме иона С032' некомпенсированные атомы кислорода на поверхности ромбоэдров встречаются редко. В дистиллированной воде сидерит имеет положительный потенциал 6,5 мВ.

Лимонит (2Fe203 • ЗН20), являющийся водным оксидом, содержит коллоидные частицы, которые на своей поверхности имеют значительное количество некомпенсированных электроотрицательных атомов кислорода, участвующих в образовании водородной связи.

Рудные минералы - продукты выветривания, содержат значительное количество коллоидных гидрооксидов железа. Количество адсорбированной ими воды со временем постепенно уменьшается и после ее полного удаления образуются безводные ангидриты, потерявшие коллоидные свойства. В лимоните много адсорбированной воды и поэтому он содержит большое количество коллоидных гидрооксидов. Характерным свойством минеральных коллоидов железа является их способность регидратировать, т. е. способность воспринимать удаленную воду. Гидраты оксидов железа имеют положительный заряд.

Поверхность кварца богата кислородными центрами. Ввиду его высокого полярного характера на поверхности возникает интенсивное силовое поле, которое в водной среде приводит к адсорбции молекул воды. Кварц в дистиллированной воде имеет отрицательный поверхностный потенциал-35 мВ.

Значение электрокинетического потенциала поверхности влияет на величину сил адгезии. Минимальному электрокинетическому потенциалу соответствуют максимальные силы адгезии.