摘要：

采用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀，研究3種不同變質(zhì)煤樣經(jīng)濕法超細(xì)粉碎后潤(rùn)濕性的變化，計(jì)算得到超細(xì)粉碎后煤顆粒表面張力、煤-水界面表面張力和煤-水體系粘附功的變化。結(jié)果表明：神木不粘煤與淮南氣煤2種低階煤經(jīng)濕法超細(xì)粉碎后疏水性增強(qiáng)，太西無(wú)煙煤在長(zhǎng)時(shí)間超細(xì)粉碎后疏水性減弱；超細(xì)粉碎后，煤顆粒表面張力、煤-水體系粘附功與接觸角呈負(fù)相關(guān)。

引言

受煤炭成因的影響，煤顆粒及其界面性質(zhì)十分復(fù)雜。在煤的超細(xì)粉碎過(guò)程中，隨著粒度的減小，煤顆粒的物理、化學(xué)性質(zhì)，如顆粒表面形貌、孔隙度、有機(jī)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)等都會(huì)發(fā)生特殊的變化，這些變化都將對(duì)煤顆粒的潤(rùn)濕性產(chǎn)生影響，從而對(duì)超凈煤分選過(guò)程產(chǎn)生影響。煤的潤(rùn)濕性指煤顆粒表面與水的作用強(qiáng)弱，是固體表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、液體的表面性質(zhì)與界面性質(zhì)以及固-液兩相分子間相互作用等微觀特性的宏觀表現(xiàn)，對(duì)于同一液體，潤(rùn)濕性可以間接反映固體的表面性質(zhì)。對(duì)于固體的表面張力，由于其表面具有微觀凹凸不平、孔隙等幾何不均一性及實(shí)際固體表面環(huán)境的復(fù)雜性，因此固體表面張力很難測(cè)量。大多數(shù)研究在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上間接計(jì)算得到固體表面張力，如Zisman法、狀態(tài)方程法、表面張力分量法等。目前比較新的計(jì)算固體表面張力的方法是通過(guò)建立一種新的潤(rùn)濕性的表征體系，推導(dǎo)出固相表面張力與接觸角、液-固界面張力的計(jì)算公式。

本文中選取3種不同變質(zhì)程度煤樣，探討超細(xì)粉碎對(duì)煤顆粒潤(rùn)濕性的影響，由測(cè)得的接觸角計(jì)算得到超細(xì)粉碎后煤顆粒表面張力與煤顆粒-水界面粘附功的變化，為超細(xì)煤粉的加工、應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)煤樣

選取神木不粘煤（簡(jiǎn)稱SM）、淮南氣煤（簡(jiǎn)稱HN）、太西無(wú)煙煤（簡(jiǎn)稱TX）3種煤樣進(jìn)行研究。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212-2008《煤的工業(yè)分析方法》和GB/T 476-2001《煤的元素分析方法》進(jìn)行煤樣的煤質(zhì)特征分析，3種煤樣的工業(yè)分析及其中C、H、O、N、S元素分析見(jiàn)表1。由表可知，神木不粘煤為低階煤，水分和O元素含量較大，太西無(wú)煙煤變質(zhì)程度較高，C元素含量相對(duì)較大。

注：Mad為空氣干燥基水分，Aad為空氣干燥基灰分，Vdaf為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分，F(xiàn)Cdaf為固定碳。

1.2超細(xì)粉碎實(shí)驗(yàn)及粒度測(cè)試

超細(xì)粉碎實(shí)驗(yàn)在湖南省沙清河通用機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的小型攪拌磨上進(jìn)行。攪拌磨為濕法超細(xì)粉碎，磨礦濃度為30%（礦漿中煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），改變濕法超細(xì)粉碎時(shí)間，即可得到不同粒度組成的超細(xì)粉碎煤樣。濕法超細(xì)粉碎后的煤樣在真空干燥箱中干燥，裝入密封袋中封裝。

超細(xì)粉碎前、后的粒度組成由Mastersizer型X激光粒度儀（英國(guó)馬爾文儀器有限公司）測(cè)定得出。

1.3接觸角測(cè)量

超細(xì)粉碎前、后煤樣的接觸角采用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀進(jìn)行測(cè)量。該儀器采用先進(jìn)的板法測(cè)量原理，配備高精度微天平系統(tǒng)和自動(dòng)溫度控制單元，能夠精確測(cè)量固體表面的接觸角。取一定量的煤樣，以1.5×105N的壓力壓片，壓制成的實(shí)驗(yàn)片放入盛有氯化鈉飽和水溶液的干燥器，恒濕48h，減少煤樣毛細(xì)孔與表面粗糙度的影響。然后將實(shí)驗(yàn)片置于儀器測(cè)量平臺(tái)上，使用儀器自帶的高精度微量注射系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)片上滴加去離子水，形成半球狀液滴，儀器自動(dòng)采集液滴圖像并通過(guò)專用軟件分析計(jì)算接觸角，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為最終結(jié)果。

2結(jié)果與分析

2.1超細(xì)粉碎后的粒度分析

3種不同變質(zhì)程度的煤樣超細(xì)粉碎前、后的粒度特征參數(shù)見(jiàn)表2。其中樣品名稱為煤種簡(jiǎn)稱-超細(xì)粉碎分鐘數(shù)，原樣直接命名為煤種簡(jiǎn)稱-Y，d10、d50、d90分別是累積體積分?jǐn)?shù)為10%、50%、90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑，d[4,3]為體積平均粒徑，d[3,2]為表面積平均粒徑。由表2可知，隨著粒度的減小，顆粒的比表面積逐漸增大。