摘要：

采用芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量表面張力儀，研究3種不同變質煤樣經濕法超細粉碎后潤濕性的變化，計算得到超細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。結果表明：神木不粘煤與淮南氣煤2種低階煤經濕法超細粉碎后疏水性增強，太西無煙煤在長時間超細粉碎后疏水性減弱；超細粉碎后，煤顆粒表面張力、煤-水體系粘附功與接觸角呈負相關。

引言

受煤炭成因的影響，煤顆粒及其界面性質十分復雜。在煤的超細粉碎過程中，隨著粒度的減小，煤顆粒的物理、化學性質，如顆粒表面形貌、孔隙度、有機官能團結構等都會發生特殊的變化，這些變化都將對煤顆粒的潤濕性產生影響，從而對超凈煤分選過程產生影響。煤的潤濕性指煤顆粒表面與水的作用強弱，是固體表面結構與性質、液體的表面性質與界面性質以及固-液兩相分子間相互作用等微觀特性的宏觀表現，對于同一液體，潤濕性可以間接反映固體的表面性質。對于固體的表面張力，由于其表面具有微觀凹凸不平、孔隙等幾何不均一性及實際固體表面環境的復雜性，因此固體表面張力很難測量。大多數研究在實驗的基礎上間接計算得到固體表面張力，如Zisman法、狀態方程法、表面張力分量法等。目前比較新的計算固體表面張力的方法是通過建立一種新的潤濕性的表征體系，推導出固相表面張力與接觸角、液-固界面張力的計算公式。

本文中選取3種不同變質程度煤樣，探討超細粉碎對煤顆粒潤濕性的影響，由測得的接觸角計算得到超細粉碎后煤顆粒表面張力與煤顆粒-水界面粘附功的變化，為超細煤粉的加工、應用提供理論依據。

1實驗

1.1實驗煤樣

選取神木不粘煤（簡稱SM）、淮南氣煤（簡稱HN）、太西無煙煤（簡稱TX）3種煤樣進行研究。參照國家標準GB/T212-2008《煤的工業分析方法》和GB/T 476-2001《煤的元素分析方法》進行煤樣的煤質特征分析，3種煤樣的工業分析及其中C、H、O、N、S元素分析見表1。由表可知，神木不粘煤為低階煤，水分和O元素含量較大，太西無煙煤變質程度較高，C元素含量相對較大。

注：Mad為空氣干燥基水分，Aad為空氣干燥基灰分，Vdaf為干燥無灰基揮發分，FCdaf為固定碳。

1.2超細粉碎實驗及粒度測試

超細粉碎實驗在湖南省沙清河通用機械設備有限公司生產的小型攪拌磨上進行。攪拌磨為濕法超細粉碎，磨礦濃度為30%（礦漿中煤的質量分數），改變濕法超細粉碎時間，即可得到不同粒度組成的超細粉碎煤樣。濕法超細粉碎后的煤樣在真空干燥箱中干燥，裝入密封袋中封裝。

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

1.3接觸角測量

超細粉碎前、后煤樣的接觸角采用芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量表面張力儀進行測量。該儀器采用先進的板法測量原理，配備高精度微天平系統和自動溫度控制單元，能夠精確測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，壓制成的實驗片放入盛有氯化鈉飽和水溶液的干燥器，恒濕48h，減少煤樣毛細孔與表面粗糙度的影響。然后將實驗片置于儀器測量平臺上，使用儀器自帶的高精度微量注射系統在實驗片上滴加去離子水，形成半球狀液滴，儀器自動采集液滴圖像并通過專用軟件分析計算接觸角，每個樣品重復測量3次，取平均值作為最終結果。

2結果與分析

2.1超細粉碎后的粒度分析

3種不同變質程度的煤樣超細粉碎前、后的粒度特征參數見表2。其中樣品名稱為煤種簡稱-超細粉碎分鐘數，原樣直接命名為煤種簡稱-Y，d10、d50、d90分別是累積體積分數為10%、50%、90%時所對應的顆粒粒徑，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。