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基于表面張力測試儀研究表面活性劑促進浮選精煤脫水的機理（三）
來源：煤炭科學(xué)技術(shù) 瀏覽 696 次 發(fā)布時間:2025-03-24
2.3藥劑作用前后煤樣表面性質(zhì)對比
選取不加藥濾餅和3種表面活性劑最佳藥劑量下的濾餅進行XPS測試。表4為4個樣品表面元素的XPS寬掃分析的結(jié)果。從XPS寬掃結(jié)果可以看出，與3種藥劑作用后，煤樣表面的C元素含量有所減少，O元素含量有所增加。并且，SDS作用后煤樣表面S元素含量顯著增加，DTAB作用后N元素含量顯著增加，出現(xiàn)這一變化的原因在于SDS的親水端中含有S元素，DTAB的親水端中含有N元素，由于煤樣表面較多的疏水性位點被表面活性劑的非極性端吸附，極性端指向外端。XPS寬掃結(jié)果與接觸角的測量結(jié)果相吻合，即煤表面與表面活性劑作用后，親水性增強，接觸角減小。
表4藥劑作用前后煤表面元素含量XPS寬掃結(jié)果
圖4和表5為XPS的C元素窄掃的分峰擬合結(jié)果和各官能團含量。結(jié)果表明：煤樣與DTAB作用后，其表面的C—H/C—C含量從58.30%降至54.19%，原因在于表面活性劑的非極性端更多地吸附于煤樣疏水表面，而極性端指向外側(cè)造成親水基團取代了C—H/C—C暴露在煤樣表面，元素寬掃結(jié)果也證實了DTAB作用后N元素含量升高。煤樣表面C—O、Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量的變化主要是由于C—H含量減少導(dǎo)致C—O、Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量發(fā)生相對變化。煤樣與SDS作用后，C—H/C—C含量略有增加，C—O和Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量的變化相對顯著。這可能是由于SDS的極性端與煤樣表面Cwidth=16,height=4,dpi=110O發(fā)生較多吸附，使一部分Cwidth=16,height=4,dpi=110O被SDS中的C—C/C—H代替，造成C—C/C—H含量增加，而C—O含量的變化主要是由于含C化學(xué)鍵總量的減少造成C—O含量相對升高。Brij35作用后煤樣的碳元素窄掃結(jié)果則表明，煤樣表面C—H/C—C含量從58.30%上升至63.02%，而C—O含量從32.19%下降至26.01%，Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量從9.51%增至10.97%。原因在于Brij35的極性端親水基團(CH2CH2O)本身含有較多的C—H，其C—H/C—O含量比值為4，而原煤中二者比值僅為1.81，因此，Brij35的非極性端與煤表面的疏水位點發(fā)生吸附后，其極性端指向外側(cè)，造成相對較多的C—H暴露在外面，導(dǎo)致C—H/C—C含量增加。而C—O含量的降低則可能是由于Brij35的極性端較多的與C—O發(fā)生作用，Brij35的非極性端暴露在外面，相對增加了Cwidth=16,height=4,dpi=110O和C—C/C—H含量，降低了C—O含量。
表5碳元素XPS窄掃結(jié)果
2.4藥劑對煤漿表面張力的影響
在浮選精煤過濾階段，濾餅中存在較強的毛細作用，水分難以排出。降低液相的表面張力可從根本上降低毛細力，使大量的毛細水從煤粒的間隙中排出。試驗對不加藥及3種藥劑最佳用量時濾液的表面張力進行測定，結(jié)果見表6。從表6可以看出，在不加藥時濾液的表面張力最高，為73.75 mN/m，比水的表面張力72.75 mN/m略高，其原因可能是浮選精煤表面殘留的浮選藥劑進入了濾液。在添加了表面活性劑后，3個濾液樣品的表面張力均有不同程度的下降。其中，添加Brij35的濾液表面張力較高，為57.00 mN/m，添加了SDS的濾液表面張力略低于Brij35，為53.13 mN/m，而添加了DTAB的濾液表面張力最低，僅為36.94 mN/m。表面張力的降低可顯著促進煤顆粒間毛細水的脫除。
圖4藥劑作用前后碳元素XPS窄掃對比
表6濾液表面張力測試結(jié)果
2.5表面活性劑改善浮選精煤脫水的機理
圖5表面活性劑改善浮選精煤脫水機理
表面活性劑在煤表面的吸附可由圖5a解釋，親水基團主要與煤表面礦物質(zhì)或煤親水性表面發(fā)生吸附，疏水基團主要與煤表面疏水位點發(fā)生吸附。由于本次研究煤樣為煉焦煤精煤，其表面以疏水為主，這導(dǎo)致大部分表面活性劑的疏水基團與煤表面疏水區(qū)域發(fā)生吸附，使得表面活性劑親水基團暴露在外，因此煤表面親水性增加。煤表面親水性增加雖然會使煤表面水化膜變厚，吸附水能力增加，但該作用與表面活性劑促進毛細水的脫出效應(yīng)相比較小(圖5b)。因此，表面活性劑的存在雖使煤表面親水性上升，但使水的表面張力大幅降低，從而使煤粒間隙中的毛細水更容易在壓力的作用下排出，因此表面活性劑在此研究中降低了精煤濾餅中的水分。
3結(jié)論
1)3種表面活性劑對浮選精煤濾餅水分的影響規(guī)律均為隨著藥劑用量的增加先降低而后有所增加。在最佳藥劑用量時，DTAB助濾效果最佳，其次為SDS和Brij35。3種表面活性劑對濾餅成餅時間的影響均不大，DTAB可略微減少成餅時間。
2)煤樣表面與3種表面活性劑作用后接觸角均有所降低。最佳藥劑用量時，SDS對煤樣表面接觸角的影響最顯著，降低了23°，DTAB和Brij35使接觸角降低10°。表面活性劑降低了煤樣表面C元素含量，增加了O元素含量。表面活性劑的非極性端與煤樣表面的疏水位點發(fā)生較多吸附，使表面活性劑的極性端指向外側(cè)，降低了煤樣表面的疏水性。
3)表面活性劑可顯著降低液體表面張力，最佳藥劑用量時，添加Brij35、SDS和DTAB，濾液表面張力分別為57.00、53.13、36.94 mN/m。表面張力的降低，使填充在煤間隙的毛細水受到的阻力降低，促進毛細水從濾餅中排出。表面張力降低對脫水的有利影響遠高于煤樣表面疏水性的降低帶來的不利影響。試驗結(jié)果表明采用陽離子型捕收劑對選煤廠浮選精煤脫水效果較好，可據(jù)此研究新型脫水藥劑改善浮選精煤的脫水。