摘要：

采用芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量表面张力仪，研究3种不同变质煤样经湿法超细粉碎后润湿性的变化，计算得到超细粉碎后煤颗粒表面张力、煤-水界面表面张力和煤-水体系粘附功的变化。结果表明：神木不粘煤与淮南气煤2种低阶煤经湿法超细粉碎后疏水性增强，太西无烟煤在长时间超细粉碎后疏水性减弱；超细粉碎后，煤颗粒表面张力、煤-水体系粘附功与接触角呈负相关。

引言

受煤炭成因的影响，煤颗粒及其界面性质十分复杂。在煤的超细粉碎过程中，随着粒度的减小，煤颗粒的物理、化学性质，如颗粒表面形貌、孔隙度、有机官能团结构等都会发生特殊的变化，这些变化都将对煤颗粒的润湿性产生影响，从而对超净煤分选过程产生影响。煤的润湿性指煤颗粒表面与水的作用强弱，是固体表面结构与性质、液体的表面性质与界面性质以及固-液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现，对于同一液体，润湿性可以间接反映固体的表面性质。对于固体的表面张力，由于其表面具有微观凹凸不平、孔隙等几何不均一性及实际固体表面环境的复杂性，因此固体表面张力很难测量。大多数研究在实验的基础上间接计算得到固体表面张力，如Zisman法、状态方程法、表面张力分量法等。目前比较新的计算固体表面张力的方法是通过建立一种新的润湿性的表征体系，推导出固相表面张力与接触角、液-固界面张力的计算公式。

本文中选取3种不同变质程度煤样，探讨超细粉碎对煤颗粒润湿性的影响，由测得的接触角计算得到超细粉碎后煤颗粒表面张力与煤颗粒-水界面粘附功的变化，为超细煤粉的加工、应用提供理论依据。

1实验

1.1实验煤样

选取神木不粘煤（简称SM）、淮南气煤（简称HN）、太西无烟煤（简称TX）3种煤样进行研究。参照国家标准GB/T212-2008《煤的工业分析方法》和GB/T 476-2001《煤的元素分析方法》进行煤样的煤质特征分析，3种煤样的工业分析及其中C、H、O、N、S元素分析见表1。由表可知，神木不粘煤为低阶煤，水分和O元素含量较大，太西无烟煤变质程度较高，C元素含量相对较大。

注：Mad为空气干燥基水分，Aad为空气干燥基灰分，Vdaf为干燥无灰基挥发分，FCdaf为固定碳。

1.2超细粉碎实验及粒度测试

超细粉碎实验在湖南省沙清河通用机械设备有限公司生产的小型搅拌磨上进行。搅拌磨为湿法超细粉碎，磨矿浓度为30%（矿浆中煤的质量分数），改变湿法超细粉碎时间，即可得到不同粒度组成的超细粉碎煤样。湿法超细粉碎后的煤样在真空干燥箱中干燥，装入密封袋中封装。

超细粉碎前、后的粒度组成由Mastersizer型X激光粒度仪（英国马尔文仪器有限公司）测定得出。

1.3接触角测量

超细粉碎前、后煤样的接触角采用芬兰Kibron公司生产的Delta-8全自动高通量表面张力仪进行测量。该仪器采用先进的板法测量原理，配备高精度微天平系统和自动温度控制单元，能够精确测量固体表面的接触角。取一定量的煤样，以1.5×105N的压力压片，压制成的实验片放入盛有氯化钠饱和水溶液的干燥器，恒湿48h，减少煤样毛细孔与表面粗糙度的影响。然后将实验片置于仪器测量平台上，使用仪器自带的高精度微量注射系统在实验片上滴加去离子水，形成半球状液滴，仪器自动采集液滴图像并通过专用软件分析计算接触角，每个样品重复测量3次，取平均值作为最终结果。

2结果与分析

2.1超细粉碎后的粒度分析

3种不同变质程度的煤样超细粉碎前、后的粒度特征参数见表2。其中样品名称为煤种简称-超细粉碎分钟数，原样直接命名为煤种简称-Y，d10、d50、d90分别是累积体积分数为10%、50%、90%时所对应的颗粒粒径，d[4,3]为体积平均粒径，d[3,2]为表面积平均粒径。由表2可知，随着粒度的减小，颗粒的比表面积逐渐增大。