2.2润湿性分析

3种煤样超细粉碎后的接触角变化见图1、2。可以看出，变质程度高的太西煤的接触角在100°左右波动，明显大于神木不粘煤和淮南气煤的接触角（在75°左右变化）。还可以看出，湿法超细粉碎后3种变质程度煤样的接触角的变化规律相似，在短时间的湿法超细粉碎后，接触角变大，疏水性增强，随着超细粉碎时间的延长，接触角减小。总体来看，神木煤与淮南煤在湿法超细粉碎后的接触角大于超细粉碎前的，说明对于低阶煤，在湿法超细粉碎后，煤颗粒表面的疏水性在一定程度上有所增强，润湿性减弱；太西煤在湿法粉磨30、45min后的接触角小于超细粉碎前的，由此可得，对于高阶煤，长时间进行湿法超细磨矿会劣化煤颗粒表面的疏水性。

图1超细粉碎后接触角的测量图（使用Delta-8表面张力仪测得）

图2超细粉碎后接触角的变化（使用Delta-8表面张力仪测得）

3超细煤粉界面物理、化学量的计算

3.1煤颗粒的表面张力

朱定一等通过设计一种在有限液-固界面上的润湿性表征体系，推导出在无限液-固界面系统中固相表面张力和液-固界面张力的计算方法，并且通过润湿角实验和计算，证实了在接触角较大时，该理论对固相表面张力的一致性。图3所示为液相在无限固体平面上的润湿表征系统。其中γsl、γlg、γsg分别表示固-液、液-气、固-气3个界面上的表面张力，O为气-液-固三相接触点，θ1为气-液界面的切线与固-液界面的夹角，即接触角。当达到平衡时，作用于润湿周边的3个表面张力在水平方向的分力必为0，此时的平衡状态方程，即Young方程为

图3无限液-固界面的表面张力分布

γsg=γsl+γlgcosθ1,0°≤θ1≤180°(1)

图4所示为有限液-固界面的润湿表征体系。其中θ2为平衡状态下液滴能保持的最大接触角，此时，以O点为中心，液滴在水平和垂直方向上的张力合力为0，因此在水平方向有

图4有限液-固界面的表面张力分布

γsl=-γlgcosθ2,90°≤θ2≤180°(2)

在垂直方向有

γsg=γlgsinθ2,90°<θ2≤180°(3)

将式(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，将式(5)代入式(4)中解析后得

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

将式(6)代入Young方程中有

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

式(6)、(7)即为在无限界面体系中液-固界面与固体表面的表面张力计算式。这种方法计算得到的表面张力是未加任何假设条件的理论解。由式(6)、(7)可得，通过实验测量接触角θ（如图3、4中的θ1、θ2）与液相的表面张力即可求得液-固界面与固体表面的表面张力。计算结果见图5，其中γlg=72.75 mJ/m²。由图可知，与太西煤相比，神木煤和淮南煤有较大的表面张力，随着变质程度的增加，煤颗粒的表面张力减小。超细粉碎后的γsg与接触角呈负相关，γsl与接触角呈正相关。3种煤样的表面张力、煤-水界面张力与接触角的关系见图6。随着水在煤表面的接触角的增加，煤颗粒的表面张力减小，煤-水界面张力增大，润湿性劣化。煤粉表面张力越小，煤粉-水界面的表面张力越大，在与气泡接近过程中，更易于排开表面的水分子，与气泡接触。

图5超细粉碎后煤颗粒表面张力与煤颗粒-水表面张力的变化

图6煤粉表面张力与接触角的关系

3.2煤颗粒-水体系的粘附功

液相从固相表面分离所需的单位面积功即为粘附功Wsl。根据Dupre方程

γsl=γsg+γlg-Wsl(8)

将式(6)、(7)代入式(8)，可得在无限界面液-固体系中的煤颗粒与水的粘附功表达式：

Wsl=γlg(1+cosθ1),0°≤θ1≤180°(9)

将接触角θ与γlg代入式(9)可得煤颗粒与水的粘附功，结果见图7。由图可知，随着超细粉碎时间的延长，煤-水体系的粘附功的变化趋势与接触角的变化趋势相反。3种煤样的接触角与粘附功的关系见图8。由图可知，随着接触角的增大，煤-水界面的粘附功减小，说明粘附功越小，煤颗粒的润湿性越差。粘附功也可作为衡量煤颗粒润湿性的指标。

图7超细粉碎后煤颗粒-水体系粘附功的变化

图8粘附功与接触角的关系

4结论

1)神木不粘煤与淮南气煤2种低阶煤在湿法超细粉碎后疏水性增强，随着超细粉碎时间的延长，疏水性先增强，然后有所减弱；太西无烟煤在长时间湿法超细粉碎后疏水性减弱，甚至弱于超细粉碎前的。

2)随着变质程度的增加，煤颗粒的表面张力减小；随着煤颗粒粒度的减小，不同变质程度煤样的表面张力与接触角呈负相关，煤-水界面张力与接触角呈正相关；接触角增大，煤颗粒表面张力减小，煤-水界面张力增大。

3)超细粉碎后，煤-水体系的粘附功的变化趋势与接触角的变化趋势相反。接触角越大，煤-水体系的粘附功越小，煤颗粒的润湿性越差；粘附功也可作为衡量润湿性的标准。