2.3藥劑作用前后煤樣表面性質(zhì)對比

選取不加藥濾餅和3種表面活性劑最佳藥劑量下的濾餅進(jìn)行XPS測試。表4為4個樣品表面元素的XPS寬掃分析的結(jié)果。從XPS寬掃結(jié)果可以看出，與3種藥劑作用后，煤樣表面的C元素含量有所減少，O元素含量有所增加。并且，SDS作用后煤樣表面S元素含量顯著增加，DTAB作用后N元素含量顯著增加，出現(xiàn)這一變化的原因在于SDS的親水端中含有S元素，DTAB的親水端中含有N元素，由于煤樣表面較多的疏水性位點被表面活性劑的非極性端吸附，極性端指向外端。XPS寬掃結(jié)果與接觸角的測量結(jié)果相吻合，即煤表面與表面活性劑作用后，親水性增強，接觸角減小。

表4藥劑作用前后煤表面元素含量XPS寬掃結(jié)果

圖4和表5為XPS的C元素窄掃的分峰擬合結(jié)果和各官能團(tuán)含量。結(jié)果表明：煤樣與DTAB作用后，其表面的C—H/C—C含量從58.30%降至54.19%，原因在于表面活性劑的非極性端更多地吸附于煤樣疏水表面，而極性端指向外側(cè)造成親水基團(tuán)取代了C—H/C—C暴露在煤樣表面，元素寬掃結(jié)果也證實了DTAB作用后N元素含量升高。煤樣表面C—O、Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量的變化主要是由于C—H含量減少導(dǎo)致C—O、Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量發(fā)生相對變化。煤樣與SDS作用后，C—H/C—C含量略有增加，C—O和Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量的變化相對顯著。這可能是由于SDS的極性端與煤樣表面Cwidth=16,height=4,dpi=110O發(fā)生較多吸附，使一部分Cwidth=16,height=4,dpi=110O被SDS中的C—C/C—H代替，造成C—C/C—H含量增加，而C—O含量的變化主要是由于含C化學(xué)鍵總量的減少造成C—O含量相對升高。Brij35作用后煤樣的碳元素窄掃結(jié)果則表明，煤樣表面C—H/C—C含量從58.30%上升至63.02%，而C—O含量從32.19%下降至26.01%，Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量從9.51%增至10.97%。原因在于Brij35的極性端親水基團(tuán)(CH2CH2O)本身含有較多的C—H，其C—H/C—O含量比值為4，而原煤中二者比值僅為1.81，因此，Brij35的非極性端與煤表面的疏水位點發(fā)生吸附后，其極性端指向外側(cè)，造成相對較多的C—H暴露在外面，導(dǎo)致C—H/C—C含量增加。而C—O含量的降低則可能是由于Brij35的極性端較多的與C—O發(fā)生作用，Brij35的非極性端暴露在外面，相對增加了Cwidth=16,height=4,dpi=110O和C—C/C—H含量，降低了C—O含量。

表5碳元素XPS窄掃結(jié)果

2.4藥劑對煤漿表面張力的影響

在浮選精煤過濾階段，濾餅中存在較強的毛細(xì)作用，水分難以排出。降低液相的表面張力可從根本上降低毛細(xì)力，使大量的毛細(xì)水從煤粒的間隙中排出。試驗對不加藥及3種藥劑最佳用量時濾液的表面張力進(jìn)行測定，結(jié)果見表6。從表6可以看出，在不加藥時濾液的表面張力最高，為73.75 mN/m，比水的表面張力72.75 mN/m略高，其原因可能是浮選精煤表面殘留的浮選藥劑進(jìn)入了濾液。在添加了表面活性劑后，3個濾液樣品的表面張力均有不同程度的下降。其中，添加Brij35的濾液表面張力較高，為57.00 mN/m，添加了SDS的濾液表面張力略低于Brij35，為53.13 mN/m，而添加了DTAB的濾液表面張力最低，僅為36.94 mN/m。表面張力的降低可顯著促進(jìn)煤顆粒間毛細(xì)水的脫除。

圖4藥劑作用前后碳元素XPS窄掃對比

表6濾液表面張力測試結(jié)果

2.5表面活性劑改善浮選精煤脫水的機理

圖5表面活性劑改善浮選精煤脫水機理

表面活性劑在煤表面的吸附可由圖5a解釋，親水基團(tuán)主要與煤表面礦物質(zhì)或煤親水性表面發(fā)生吸附，疏水基團(tuán)主要與煤表面疏水位點發(fā)生吸附。由于本次研究煤樣為煉焦煤精煤，其表面以疏水為主，這導(dǎo)致大部分表面活性劑的疏水基團(tuán)與煤表面疏水區(qū)域發(fā)生吸附，使得表面活性劑親水基團(tuán)暴露在外，因此煤表面親水性增加。煤表面親水性增加雖然會使煤表面水化膜變厚，吸附水能力增加，但該作用與表面活性劑促進(jìn)毛細(xì)水的脫出效應(yīng)相比較小(圖5b)。因此，表面活性劑的存在雖使煤表面親水性上升，但使水的表面張力大幅降低，從而使煤粒間隙中的毛細(xì)水更容易在壓力的作用下排出，因此表面活性劑在此研究中降低了精煤濾餅中的水分。

3結(jié)論

1)3種表面活性劑對浮選精煤濾餅水分的影響規(guī)律均為隨著藥劑用量的增加先降低而后有所增加。在最佳藥劑用量時，DTAB助濾效果最佳，其次為SDS和Brij35。3種表面活性劑對濾餅成餅時間的影響均不大，DTAB可略微減少成餅時間。

2)煤樣表面與3種表面活性劑作用后接觸角均有所降低。最佳藥劑用量時，SDS對煤樣表面接觸角的影響最顯著，降低了23°，DTAB和Brij35使接觸角降低10°。表面活性劑降低了煤樣表面C元素含量，增加了O元素含量。表面活性劑的非極性端與煤樣表面的疏水位點發(fā)生較多吸附，使表面活性劑的極性端指向外側(cè)，降低了煤樣表面的疏水性。

3)表面活性劑可顯著降低液體表面張力，最佳藥劑用量時，添加Brij35、SDS和DTAB，濾液表面張力分別為57.00、53.13、36.94 mN/m。表面張力的降低，使填充在煤間隙的毛細(xì)水受到的阻力降低，促進(jìn)毛細(xì)水從濾餅中排出。表面張力降低對脫水的有利影響遠(yuǎn)高于煤樣表面疏水性的降低帶來的不利影響。試驗結(jié)果表明采用陽離子型捕收劑對選煤廠浮選精煤脫水效果較好，可據(jù)此研究新型脫水藥劑改善浮選精煤的脫水。