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3種不同變質(zhì)煤樣經(jīng)濕法超細(xì)粉碎后煤顆粒表面張力變化(一)
來(lái)源:中國(guó)粉體技術(shù) 瀏覽 494 次 發(fā)布時(shí)間:2026-01-28
摘要:
采用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀,研究3種不同變質(zhì)煤樣經(jīng)濕法超細(xì)粉碎后潤(rùn)濕性的變化,計(jì)算得到超細(xì)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(jié)果表明:神木不粘煤與淮南氣煤2種低階煤經(jīng)濕法超細(xì)粉碎后疏水性增強(qiáng),太西無(wú)煙煤在長(zhǎng)時(shí)間超細(xì)粉碎后疏水性減弱;超細(xì)粉碎后,煤顆粒表面張力、煤-水體系粘附功與接觸角呈負(fù)相關(guān)。
引言
受煤炭成因的影響,煤顆粒及其界面性質(zhì)十分復(fù)雜。在煤的超細(xì)粉碎過(guò)程中,隨著粒度的減小,煤顆粒的物理、化學(xué)性質(zhì),如顆粒表面形貌、孔隙度、有機(jī)官能團(tuán)結(jié)構(gòu)等都會(huì)發(fā)生特殊的變化,這些變化都將對(duì)煤顆粒的潤(rùn)濕性產(chǎn)生影響,從而對(duì)超凈煤分選過(guò)程產(chǎn)生影響。煤的潤(rùn)濕性指煤顆粒表面與水的作用強(qiáng)弱,是固體表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、液體的表面性質(zhì)與界面性質(zhì)以及固-液兩相分子間相互作用等微觀特性的宏觀表現(xiàn),對(duì)于同一液體,潤(rùn)濕性可以間接反映固體的表面性質(zhì)。對(duì)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(shí)際固體表面環(huán)境的復(fù)雜性,因此固體表面張力很難測(cè)量。大多數(shù)研究在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上間接計(jì)算得到固體表面張力,如Zisman法、狀態(tài)方程法、表面張力分量法等。目前比較新的計(jì)算固體表面張力的方法是通過(guò)建立一種新的潤(rùn)濕性的表征體系,推導(dǎo)出固相表面張力與接觸角、液-固界面張力的計(jì)算公式。
本文中選取3種不同變質(zhì)程度煤樣,探討超細(xì)粉碎對(duì)煤顆粒潤(rùn)濕性的影響,由測(cè)得的接觸角計(jì)算得到超細(xì)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(xì)煤粉的加工、應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)煤樣
選取神木不粘煤(簡(jiǎn)稱SM)、淮南氣煤(簡(jiǎn)稱HN)、太西無(wú)煙煤(簡(jiǎn)稱TX)3種煤樣進(jìn)行研究。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212-2008《煤的工業(yè)分析方法》和GB/T 476-2001《煤的元素分析方法》進(jìn)行煤樣的煤質(zhì)特征分析,3種煤樣的工業(yè)分析及其中C、H、O、N、S元素分析見(jiàn)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(wú)煙煤變質(zhì)程度較高,C元素含量相對(duì)較大。
| 樣品 | 工業(yè)分析 | 元素分析 | |||||||
| w(Mad)/% | w(Aad)/% | w(Vdaf)/% | w(FCdaf)/% | w(C)/% | w(H)/% | w(O)/% | w(N)/% | w(S)/% | |
| SM | 4.88 | 4.23 | 36.65 | 63.35 | 82.16 | 5.84 | 10.41 | 1.31 | 0.28 |
| HN | 1.86 | 8.91 | 37.07 | 62.93 | 84.75 | 6.07 | 6.89 | 1.79 | 0.51 |
| TX | 1.18 | 3.17 | 8.54 | 91.46 | 92.18 | 4.11 | 2.40 | 1.14 | 0.17 |
注:Mad為空氣干燥基水分,Aad為空氣干燥基灰分,Vdaf為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分,F(xiàn)Cdaf為固定碳。
1.2超細(xì)粉碎實(shí)驗(yàn)及粒度測(cè)試
超細(xì)粉碎實(shí)驗(yàn)在湖南省沙清河通用機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的小型攪拌磨上進(jìn)行。攪拌磨為濕法超細(xì)粉碎,磨礦濃度為30%(礦漿中煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)),改變濕法超細(xì)粉碎時(shí)間,即可得到不同粒度組成的超細(xì)粉碎煤樣。濕法超細(xì)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(xì)粉碎前、后的粒度組成由Mastersizer型X激光粒度儀(英國(guó)馬爾文儀器有限公司)測(cè)定得出。
1.3接觸角測(cè)量
超細(xì)粉碎前、后煤樣的接觸角采用芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動(dòng)高通量表面張力儀進(jìn)行測(cè)量。該儀器采用先進(jìn)的板法測(cè)量原理,配備高精度微天平系統(tǒng)和自動(dòng)溫度控制單元,能夠精確測(cè)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(shí)驗(yàn)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(xì)孔與表面粗糙度的影響。然后將實(shí)驗(yàn)片置于儀器測(cè)量平臺(tái)上,使用儀器自帶的高精度微量注射系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)片上滴加去離子水,形成半球狀液滴,儀器自動(dòng)采集液滴圖像并通過(guò)專用軟件分析計(jì)算接觸角,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次,取平均值作為最終結(jié)果。
2結(jié)果與分析
2.1超細(xì)粉碎后的粒度分析
3種不同變質(zhì)程度的煤樣超細(xì)粉碎前、后的粒度特征參數(shù)見(jiàn)表2。其中樣品名稱為煤種簡(jiǎn)稱-超細(xì)粉碎分鐘數(shù),原樣直接命名為煤種簡(jiǎn)稱-Y,d10、d50、d90分別是累積體積分?jǐn)?shù)為10%、50%、90%時(shí)所對(duì)應(yīng)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。
| 樣品 | 粉碎時(shí)間/min | d10/μm | d50/μm | d90/μm | d[4,3]/μm | d[3,2]/μm | 比表面積/(m2·g-1) |
| SM-Y | 0 | 10.31 | 97.50 | 335.10 | 141.35 | 24.65 | 0.243 4 |
| SM-15 | 15 | 3.89 | 11.60 | 28.35 | 15.08 | 8.15 | 0.738 0 |
| SM-30 | 30 | 2.49 | 8.68 | 21.58 | 10.77 | 5.14 | 1.168 4 |
| SM-45 | 45 | 2.67 | 6.72 | 14.90 | 7.95 | 5.08 | 1.3370 |
| SM-60 | 60 | 1.71 | 5.28 | 11.71 | 6.13 | 3.46 | 1.734 1 |
| HN-Y | 0 | 9.20 | 68.36 | 194.34 | 87.52 | 23.10 | 0.259 7 |
| HN-5 | 5 | 4.29 | 14.66 | 82.90 | 32.74 | 9.79 | 0.6126 |
| HN-15 | 15 | 2.86 | 6.83 | 16.10 | 8.47 | 5.53 | 1.084 4 |
| HN-30 | 30 | 2.44 | 5.19 | 12.02 | 6.42 | 4.46 | 1.345 3 |
| HN-45 | 45 | 2.06 | 4.06 | 9.68 | 5.14 | 3.62 | 1.6568 |
| TX-Y | 0 | 12.52 | 68.36 | 172.95 | 83.33 | 28.70 | 0.2091 |
| TX-5 | 5 | 6.59 | 24.50 | 115.58 | 44.73 | 15.00 | 0.400 0 |
| TX-15 | 15 | 4.78 | 12.11 | 30.15 | 16.42 | 9.30 | 0.645 0 |
| TX-30 | 30 | 3.50 | 7.29 | 14.05 | 8.30 | 6.18 | 0.9703 |
| TX-45 | 45 | 3.45 | 6.64 | 12.02 | 7.29 | 5.82 | 1.030 3 |





