2.2潤(rùn)濕性分析

3種煤樣超細(xì)粉碎后的接觸角變化見(jiàn)圖1、2。可以看出，變質(zhì)程度高的太西煤的接觸角在100°左右波動(dòng)，明顯大于神木不粘煤和淮南氣煤的接觸角（在75°左右變化）。還可以看出，濕法超細(xì)粉碎后3種變質(zhì)程度煤樣的接觸角的變化規(guī)律相似，在短時(shí)間的濕法超細(xì)粉碎后，接觸角變大，疏水性增強(qiáng)，隨著超細(xì)粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，接觸角減小。總體來(lái)看，神木煤與淮南煤在濕法超細(xì)粉碎后的接觸角大于超細(xì)粉碎前的，說(shuō)明對(duì)于低階煤，在濕法超細(xì)粉碎后，煤顆粒表面的疏水性在一定程度上有所增強(qiáng)，潤(rùn)濕性減弱；太西煤在濕法粉磨30、45min后的接觸角小于超細(xì)粉碎前的，由此可得，對(duì)于高階煤，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行濕法超細(xì)磨礦會(huì)劣化煤顆粒表面的疏水性。

圖1超細(xì)粉碎后接觸角的測(cè)量圖（使用Delta-8表面張力儀測(cè)得）

圖2超細(xì)粉碎后接觸角的變化（使用Delta-8表面張力儀測(cè)得）

3超細(xì)煤粉界面物理、化學(xué)量的計(jì)算

3.1煤顆粒的表面張力

朱定一等通過(guò)設(shè)計(jì)一種在有限液-固界面上的潤(rùn)濕性表征體系，推導(dǎo)出在無(wú)限液-固界面系統(tǒng)中固相表面張力和液-固界面張力的計(jì)算方法，并且通過(guò)潤(rùn)濕角實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，證實(shí)了在接觸角較大時(shí)，該理論對(duì)固相表面張力的一致性。圖3所示為液相在無(wú)限固體平面上的潤(rùn)濕表征系統(tǒng)。其中γsl、γlg、γsg分別表示固-液、液-氣、固-氣3個(gè)界面上的表面張力，O為氣-液-固三相接觸點(diǎn)，θ1為氣-液界面的切線與固-液界面的夾角，即接觸角。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，作用于潤(rùn)濕周邊的3個(gè)表面張力在水平方向的分力必為0，此時(shí)的平衡狀態(tài)方程，即Young方程為

圖3無(wú)限液-固界面的表面張力分布

γsg=γsl+γlgcosθ1,0°≤θ1≤180°(1)

圖4所示為有限液-固界面的潤(rùn)濕表征體系。其中θ2為平衡狀態(tài)下液滴能保持的最大接觸角，此時(shí)，以O(shè)點(diǎn)為中心，液滴在水平和垂直方向上的張力合力為0，因此在水平方向有

圖4有限液-固界面的表面張力分布

γsl=-γlgcosθ2,90°≤θ2≤180°(2)

在垂直方向有

γsg=γlgsinθ2,90°<θ2≤180°(3)

將式(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，將式(5)代入式(4)中解析后得

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

將式(6)代入Young方程中有

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

式(6)、(7)即為在無(wú)限界面體系中液-固界面與固體表面的表面張力計(jì)算式。這種方法計(jì)算得到的表面張力是未加任何假設(shè)條件的理論解。由式(6)、(7)可得，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量接觸角θ（如圖3、4中的θ1、θ2）與液相的表面張力即可求得液-固界面與固體表面的表面張力。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5，其中γlg=72.75 mJ/m2。由圖可知，與太西煤相比，神木煤和淮南煤有較大的表面張力，隨著變質(zhì)程度的增加，煤顆粒的表面張力減小。超細(xì)粉碎后的γsg與接觸角呈負(fù)相關(guān)，γsl與接觸角呈正相關(guān)。3種煤樣的表面張力、煤-水界面張力與接觸角的關(guān)系見(jiàn)圖6。隨著水在煤表面的接觸角的增加，煤顆粒的表面張力減小，煤-水界面張力增大，潤(rùn)濕性劣化。煤粉表面張力越小，煤粉-水界面的表面張力越大，在與氣泡接近過(guò)程中，更易于排開(kāi)表面的水分子，與氣泡接觸。

圖5超細(xì)粉碎后煤顆粒表面張力與煤顆粒-水表面張力的變化

圖6煤粉表面張力與接觸角的關(guān)系

3.2煤顆粒-水體系的粘附功

液相從固相表面分離所需的單位面積功即為粘附功Wsl。根據(jù)Dupre方程

γsl=γsg+γlg-Wsl(8)

將式(6)、(7)代入式(8)，可得在無(wú)限界面液-固體系中的煤顆粒與水的粘附功表達(dá)式：

Wsl=γlg(1+cosθ1),0°≤θ1≤180°(9)

將接觸角θ與γlg代入式(9)可得煤顆粒與水的粘附功，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖可知，隨著超細(xì)粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，煤-水體系的粘附功的變化趨勢(shì)與接觸角的變化趨勢(shì)相反。3種煤樣的接觸角與粘附功的關(guān)系見(jiàn)圖8。由圖可知，隨著接觸角的增大，煤-水界面的粘附功減小，說(shuō)明粘附功越小，煤顆粒的潤(rùn)濕性越差。粘附功也可作為衡量煤顆粒潤(rùn)濕性的指標(biāo)。

圖7超細(xì)粉碎后煤顆粒-水體系粘附功的變化

圖8粘附功與接觸角的關(guān)系

4結(jié)論

1)神木不粘煤與淮南氣煤2種低階煤在濕法超細(xì)粉碎后疏水性增強(qiáng)，隨著超細(xì)粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，疏水性先增強(qiáng)，然后有所減弱；太西無(wú)煙煤在長(zhǎng)時(shí)間濕法超細(xì)粉碎后疏水性減弱，甚至弱于超細(xì)粉碎前的。

2)隨著變質(zhì)程度的增加，煤顆粒的表面張力減小；隨著煤顆粒粒度的減小，不同變質(zhì)程度煤樣的表面張力與接觸角呈負(fù)相關(guān)，煤-水界面張力與接觸角呈正相關(guān)；接觸角增大，煤顆粒表面張力減小，煤-水界面張力增大。

3)超細(xì)粉碎后，煤-水體系的粘附功的變化趨勢(shì)與接觸角的變化趨勢(shì)相反。接觸角越大，煤-水體系的粘附功越小，煤顆粒的潤(rùn)濕性越差；粘附功也可作為衡量潤(rùn)濕性的標(biāo)準(zhǔn)。