В слое сыпучего материала вода может находиться в различных состояниях, иногда сильно отличающихся по свойствам от обычной воды. По классификации, принятой в грунтоведении, вода в пористых телах и сыпучих материалах может находиться в следующих видах:

1. Парообразная вода.

2. Связанная вода:

1) прочно связанная или адсорбированная;

2) слабосвязанная.

3. Свободная вода:

1)капиллярная:

а) вода углов пор ( стыковая и канатная);

б) подвешенная;

в) собственно капиллярная;

2) гравитационная.

4. Кристаллизационная и химически связанная вода.

Парообразная вода заполняет пустоты между отдельными частицами и поры внутри самих зерен. Вода в этом состоянии обладает свойствами газа - передвигается из мест с большим давлением (большей упругостью пара) в места с меньшим давлением. В свою очередь различная упругость пара внутри слоя влажного материала может определяться неодинаковой температурой и разной величиной пор между частицами. Равновесное давление водяного пара больше в тех участках, где выше температура материала, поэтому пар будет перемещаться в места с меньшим давлением (с более низкой температурой). После охлаждения парциальное давление паров воды становится больше равновесной упругости - происходит термическая конденсация паров воды.

Прочно связанная (адсорбированная) вода на поверхности фазы может образовываться как при непосредственном соприкосновении с жидкой водой, так и при конденсации паров воды. По своим термодинамическим свойствам прочно связанная вода представляет по существу новую фазу. Адсор­бированная вода отличается от обычной некоторыми аномальными свойствами.

Слабосвязанная вода. Дипольное строение молекул воды способствует ориентировке их вокруг строго ориентированных молекул воды адсорбированного слоя. Влажность сыпучего материала от давления изменяется до определенного предела, после которого влажность остается постоянной величиной, соответствующей максимальной толщине слоя прочно связанной воды. Эта влажность соответствует категории максимальной молекулярной влагоемкости материала (ММВ).

Капиллярная вода по своим физическим свойствам относится к обычной свободной воде. Единственное отличие заключается в том, что вода в капиллярном состоянии обладает отрицательным давлением, благодаря чему и возникают стягивающие капиллярные силы.

Капиллярные силы, возникающие при смачивании водой мелких капилляров или поверхностей твердых фаз, расположенных достаточно близко друг к другу, являются результирующей сил поверхностного натяжения воды и молекулярных сил взаимодействия жидкой и твердой фаз.

Отрицательное давление внутри жидкости, помещенной в капилляр, возникает только в том случае, когда силам капиллярного всасывания, возникающим в мениске жидкости, оказывают противодействие другие силы, например силы тяжести столба в вертикальном капилляре или капиллярный мениск, ограничивающий другой конец столбика жидкости.

В зависимости от количества влаги в сыпучем материале возможно несколько разновидностей капиллярного состояния воды.

Вода, окружающая точки контакта зерен несообщающимися друг с другом кольцами, носит название капиллярно-стыковой воды. Эта вода не может двигаться в капельно-жидком состоянии, не может передавать гидростатическое давление. Такую воду иначе называют водой углов пор или капиллярно разобщенной водой.

С увеличением содержания воды в сыпучем материале возникает так называемое канатное состояние капиллярной влагоемкости (состояние защемленного воздуха). Вода в канатном состоянии может перемещаться как жидкая фаза, передавать гидростатическое давление. Схема распределения влаги в слое сыпучего материала в состоянии капиллярно разобщенной и канатной влагоемкости приведена на рис. 2.13.

При капиллярном насыщении материала наступает собственно капил­лярное состояние влагоемкости - состояние максимальной капиллярной влагоемкости (МКВ).

Величина максимальной молекулярной влагоемкости характеризует энергию взаимодействия твердых частичек с водой.

Гравитационная вода обладает всеми свойствами обычной воды. В слое сыпучего материала она заполняет наиболее крупные поры, где капиллярные

силы имеют незначительную величину, вследствие чего под действием силы тяжести стекает вниз.

Вода в твердом состоянии (в виде льда) в технологии агломерации и окомкования не встречается, поэтому ее свойства не рассматриваются.

Кристаллизационная вода в агломерационной шихте входит в состав следующих минералов: гидрооксидов железа п Fe203 • т Н20, гидратных форм полевых шпатов (NaCa)O • А1203 • п Si02 • т Н20 и т. д. Вода таких соединений удаляется при нагревании (в большинстве случаев до 300°С), при этом изменяется кристаллическая решетка минерала.

Химически связанная вода находится в минералах в виде ионов ОН' - тальк М&(ОН)2 * Si02, диаспор А1(ОН)0, каолин А12(ОН)4 • Si205, гидрат окиси кальция Са(ОН)2 и др. Удаление такой влаги из минералов происходит при 900- 1000°С. При этом одно химическое вещество превращается в другое - происходит химическая реакция.

В основу классификации форм связи капиллярно-пористых тел с поглощенной жидкостью принят принцип изменения величины энергии связи. В зависимости от величины и природы энергии связи следует различать четыре формы связи воды с дисперсными системами: 1) химически связанная; 2) капиллярно связанная; 3) адсорбционно связанная; 4) осмотически связанная (вода, находящаяся в разбавленных растворах).

Для условий окускования железорудных материалов наибольший интерес представляет адсорбционно и капиллярно связанная вода.