2.2潤濕性分析

3種煤樣超細粉碎后的接觸角變化見圖1、2。可以看出，變質程度高的太西煤的接觸角在100°左右波動，明顯大于神木不粘煤和淮南氣煤的接觸角（在75°左右變化）。還可以看出，濕法超細粉碎后3種變質程度煤樣的接觸角的變化規律相似，在短時間的濕法超細粉碎后，接觸角變大，疏水性增強，隨著超細粉碎時間的延長，接觸角減小。總體來看，神木煤與淮南煤在濕法超細粉碎后的接觸角大于超細粉碎前的，說明對于低階煤，在濕法超細粉碎后，煤顆粒表面的疏水性在一定程度上有所增強，潤濕性減弱；太西煤在濕法粉磨30、45min后的接觸角小于超細粉碎前的，由此可得，對于高階煤，長時間進行濕法超細磨礦會劣化煤顆粒表面的疏水性。

圖1超細粉碎后接觸角的測量圖（使用Delta-8表面張力儀測得）

圖2超細粉碎后接觸角的變化（使用Delta-8表面張力儀測得）

3超細煤粉界面物理、化學量的計算

3.1煤顆粒的表面張力

朱定一等通過設計一種在有限液-固界面上的潤濕性表征體系，推導出在無限液-固界面系統中固相表面張力和液-固界面張力的計算方法，并且通過潤濕角實驗和計算，證實了在接觸角較大時，該理論對固相表面張力的一致性。圖3所示為液相在無限固體平面上的潤濕表征系統。其中γsl、γlg、γsg分別表示固-液、液-氣、固-氣3個界面上的表面張力，O為氣-液-固三相接觸點，θ1為氣-液界面的切線與固-液界面的夾角，即接觸角。當達到平衡時，作用于潤濕周邊的3個表面張力在水平方向的分力必為0，此時的平衡狀態方程，即Young方程為

圖3無限液-固界面的表面張力分布

γsg=γsl+γlgcosθ1,0°≤θ1≤180°(1)

圖4所示為有限液-固界面的潤濕表征體系。其中θ2為平衡狀態下液滴能保持的最大接觸角，此時，以O點為中心，液滴在水平和垂直方向上的張力合力為0，因此在水平方向有

圖4有限液-固界面的表面張力分布

γsl=-γlgcosθ2,90°≤θ2≤180°(2)

在垂直方向有

γsg=γlgsinθ2,90°<θ2≤180°(3)

將式(3)代入Young方程中有

γsl=γlg(sinθ2-cosθ1),90°≤θ2≤180°,0°≤θ1≤180°(4)

由于sinθ2=√(1-cos2θ2),cosθ2=-γsl/γlg，因此，將式(5)代入式(4)中解析后得

γsl=(γlg/2)(√(1+sin2θ1)-cosθ1),0°≤θ1≤180°(6)

將式(6)代入Young方程中有

γsg=(γlg/2)(√(1+sin2θ1)+cosθ1),0°<θ1≤180°(7)

式(6)、(7)即為在無限界面體系中液-固界面與固體表面的表面張力計算式。這種方法計算得到的表面張力是未加任何假設條件的理論解。由式(6)、(7)可得，通過實驗測量接觸角θ（如圖3、4中的θ1、θ2）與液相的表面張力即可求得液-固界面與固體表面的表面張力。計算結果見圖5，其中γlg=72.75 mJ/m2。由圖可知，與太西煤相比，神木煤和淮南煤有較大的表面張力，隨著變質程度的增加，煤顆粒的表面張力減小。超細粉碎后的γsg與接觸角呈負相關，γsl與接觸角呈正相關。3種煤樣的表面張力、煤-水界面張力與接觸角的關系見圖6。隨著水在煤表面的接觸角的增加，煤顆粒的表面張力減小，煤-水界面張力增大，潤濕性劣化。煤粉表面張力越小，煤粉-水界面的表面張力越大，在與氣泡接近過程中，更易于排開表面的水分子，與氣泡接觸。

圖5超細粉碎后煤顆粒表面張力與煤顆粒-水表面張力的變化

圖6煤粉表面張力與接觸角的關系

3.2煤顆粒-水體系的粘附功

液相從固相表面分離所需的單位面積功即為粘附功Wsl。根據Dupre方程

γsl=γsg+γlg-Wsl(8)

將式(6)、(7)代入式(8)，可得在無限界面液-固體系中的煤顆粒與水的粘附功表達式：

Wsl=γlg(1+cosθ1),0°≤θ1≤180°(9)

將接觸角θ與γlg代入式(9)可得煤顆粒與水的粘附功，結果見圖7。由圖可知，隨著超細粉碎時間的延長，煤-水體系的粘附功的變化趨勢與接觸角的變化趨勢相反。3種煤樣的接觸角與粘附功的關系見圖8。由圖可知，隨著接觸角的增大，煤-水界面的粘附功減小，說明粘附功越小，煤顆粒的潤濕性越差。粘附功也可作為衡量煤顆粒潤濕性的指標。

圖7超細粉碎后煤顆粒-水體系粘附功的變化

圖8粘附功與接觸角的關系

4結論

1)神木不粘煤與淮南氣煤2種低階煤在濕法超細粉碎后疏水性增強，隨著超細粉碎時間的延長，疏水性先增強，然后有所減弱；太西無煙煤在長時間濕法超細粉碎后疏水性減弱，甚至弱于超細粉碎前的。

2)隨著變質程度的增加，煤顆粒的表面張力減小；隨著煤顆粒粒度的減小，不同變質程度煤樣的表面張力與接觸角呈負相關，煤-水界面張力與接觸角呈正相關；接觸角增大，煤顆粒表面張力減小，煤-水界面張力增大。

3)超細粉碎后，煤-水體系的粘附功的變化趨勢與接觸角的變化趨勢相反。接觸角越大，煤-水體系的粘附功越小，煤顆粒的潤濕性越差；粘附功也可作為衡量潤濕性的標準。