ST-柴油微乳液捕收劑強(qiáng)化煤泥浮選的機(jī)理研究

庹必陽，杜瑞康，顧點(diǎn)發(fā)，王建麗，聶光華，唐云

1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；

2.喀斯特地區(qū)優(yōu)勢礦產(chǎn)資源高效利用國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025；

3.盤州市翔宇松山資源回收有限公司，貴州 盤州 553537；

4.湖南工業(yè)大學(xué) 材料與先進(jìn)制造學(xué)院，湖南 株洲 412000

引 言

對(duì)于顆粒粒度小于0.5 mm 的煤泥來說，泡沫浮選是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法[1-3]。其分選原理是利用煤顆粒與其他礦物表面疏水性差異，疏水性好的煤顆粒隨氣泡浮出。在實(shí)際浮選中，為增強(qiáng)煤粒與矸石顆粒之間疏水性差異，通常要加入捕收劑[4]。捕收劑一般選擇非極性烴類油，如煤油、柴油，這些傳統(tǒng)油類捕收劑存在用量高、效率低的問題[5-6]。開發(fā)新型高效煤泥浮選捕收劑成為國內(nèi)外研究者關(guān)注的焦點(diǎn)[7]。

傳統(tǒng)油類捕收劑在礦漿中會(huì)分散成較大的油滴，不溶于水，煤顆粒通過與油滴的碰撞附著來提高自身疏水性。煤泥顆粒粒度較細(xì)，在礦漿中更容易沿著上升氣泡周圍的流體流線流動(dòng)，導(dǎo)致細(xì)煤粒難與氣泡發(fā)生碰撞吸附[8]。以上均是造成細(xì)粒煤浮選困難的原因。在油類捕收劑基礎(chǔ)上加入表面活性劑、助表面活性劑，可使油/水界面張力顯著降低，增強(qiáng)油滴在礦漿中的分散性，這種現(xiàn)象叫做乳化[9-11]。乳化后的油類捕收劑一般會(huì)形成均一的乳化液，其液滴直徑在400 nm 以上，但由于其熱力學(xué)不穩(wěn)定的性質(zhì)，乳化液一旦停止攪拌便會(huì)很快分層，難以長期保存使用[12]。選擇合適的表面活性劑、助表面活性劑以及合適的用量配比，可以與油形成一種穩(wěn)定性強(qiáng)、外觀透明的微乳液，微乳液液滴直徑相比乳化液更小，一般在5～100 nm 之間，更適合作煤泥浮選捕收劑[13-15]。

黃波[16]用Span80、Tween40、Octanol 配制的復(fù)合型表面活性劑與柴油、水混合，配制出微乳型捕收劑MEC，較柴油相比在相同的捕收劑用量下，浮選精煤產(chǎn)率更高、灰分更低。Zhao[17]研制出HIP 微乳型捕收劑，浮選高灰分煤泥可燃體回收率達(dá)到80%，精煤灰分為14%，且煤油實(shí)際用量節(jié)約了90%；并通過絮凝動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和EDLVO 理論計(jì)算說明了HIP 微乳液具有較高的凝聚能力。趙學(xué)敏[18]發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合表面活性劑的HLB 值在7、8、9 時(shí)可以與柴油、水混合制備出穩(wěn)定透明的微乳液。以上研究均在新型微乳液捕收劑的研制方面取得了進(jìn)展，通過表面活性劑乳化的方式提高了煤泥浮選的效率，但在微乳液對(duì)煤泥表面作用機(jī)理研究上均未做出深入的探討。因此本文選擇Span80和Tween80 兩種表面活性劑制備柴油微乳液，并對(duì)配制的微乳液均進(jìn)行性質(zhì)分析和浮選試驗(yàn)，研究微乳液對(duì)煤泥浮選效果改善的可行性；在此基礎(chǔ)上通過多種測試手段探討微乳液在煤泥表面的作用機(jī)理，為后續(xù)乳化柴油的研究提供理論支持，并為細(xì)粒煤泥浮選提供高效、經(jīng)濟(jì)的新型捕收劑。

1 材料和方法

1.1 試樣、藥劑及儀器

1.1.1 煤泥性質(zhì)

煤泥來自貴州省盤州某煤泥選廠浮選入料煤泥，為滿足浮選要求，將煤泥磨細(xì)至0.5 mm 以下。表1 是煤樣在空氣干燥基下的工業(yè)分析和有機(jī)元素分析結(jié)果，M 為水分，A 為灰分，V 為揮發(fā)分，F(xiàn)C 為固定碳含量。結(jié)果表明該煤泥灰分較高，硫含量較低。

表1 煤泥的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Industrial analysis and elemental analysis of coal slime

根據(jù)GB/T 477-2008 煤炭篩分試驗(yàn)方法，篩分試驗(yàn)的各粒級(jí)的產(chǎn)率和灰分見圖1。煤樣中小于0.045 mm 和0.045～0.074 mm 粒級(jí)的產(chǎn)率分別為37.64%和35.45%，對(duì)應(yīng)灰分含量分別為59.78%、56.93%。煤樣屬于細(xì)粒煤泥，其平均粒徑為25 μm。

圖1 煤樣篩分試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Experimental results of small screening of coal samples

煤泥的XRD 圖譜如圖2 所示。煤泥主要礦物組成為石英、高嶺土等脈石礦物，這些脈石礦物的存在造成煤泥灰分較高，細(xì)泥的夾帶也會(huì)對(duì)浮選過程造成負(fù)面影響。

圖2 煤泥XRD 譜圖Fig.2 XRD spectrum of coal slime

為獲得超低灰純煤，在密度為1.3 g/cm3的氯化鋅重介質(zhì)中，通過浮沉法將煤泥中煤與脈石礦物分離，撈取浮物中的煤并用去離子水沖洗掉表面重液，經(jīng)壓濾烘干后獲得灰分為4.76%的超低灰純煤。

1.1.2 藥劑和儀器

捕收劑為0#柴油，起泡劑用松醇油，表面活性劑選擇Span80 和Tween80（購自國藥試劑網(wǎng)），助表面活性劑選擇正丁醇（購自國藥試劑網(wǎng)），均為實(shí)驗(yàn)室分析純。浮選機(jī)選擇RK/FD 型1.5 L 槽浮選機(jī)，測試設(shè)備主要有Delsa Nano C 型粒度分析儀、Dataphysics OCA20接觸角測量儀、BT-ZETA100 Zeta 電位分析儀、Thermo Scientific 6700 傅里葉變換紅外光譜儀等。

1.2 柴油微乳液的制備及液滴粒徑分析

1.2.1 微乳液的制備

復(fù)配體系的親水親油值（HLB）決定了體系的穩(wěn)定性[19]，HLB值的公式如下：

式中：HLBh為復(fù)配體系的HLB值，wi為各表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，HLBi為各表面活性劑的HLB值。Span80和Tween80 的HLB值分別為4.3 和15。據(jù)公式（1）分別取 Span80∶Tween80 質(zhì) 量 比 為 5.2∶1、 2.8∶1、1.8∶1、1.2∶1 注入50 mL 燒杯中，置于磁力攪拌器上攪拌10 min，配制出HLB 值為6、7、8、9 的Span80 與Tween80 二元復(fù)配表面活性劑（簡稱為ST 表面活性劑）。將配制好的ST 表面活性劑稱取定量到50 mL燒杯中，按照表面活性劑∶助表面活性劑質(zhì)量比為2∶1 加入正丁醇，按照柴油∶表面活性劑質(zhì)量比為8∶1、 6∶1、 4∶1、 2∶1、 1∶1、 1∶2、 1∶4、 1∶6、1∶8 加入燒杯中，置于磁力攪拌器上攪拌10 min，之后逐滴向混合液中加入蒸餾水，觀察現(xiàn)象。當(dāng)溶液由澄清透明變渾濁的時(shí)候停止加蒸餾水，并記錄滴加蒸餾水量為最大補(bǔ)水量。根據(jù)柴油、表面活性劑+助表面活性劑、水三相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來繪制微乳液三元相圖。

1.2.2 液滴粒徑分析

取柴油和ST-柴油微乳液各0.2 mL 加入到40 mL蒸餾水中，用HK01-30BT 超聲機(jī)進(jìn)行超聲處理（超聲頻率為37 kHz），時(shí)間為15 min，用Delsa Nano C 型納米粒度分析儀測試其粒徑分布。

1.3 浮選實(shí)驗(yàn)

浮選采用單元浮選實(shí)驗(yàn)，浮選機(jī)選擇RK/FD 型1.5 L 槽浮選機(jī)。礦漿質(zhì)量濃度為80 g/L，松醇油（起泡劑）用量為280 g/t，分別以柴油和ST-柴油微乳液作為捕收劑，捕收劑用量分別為400、600、800、1 000、1 200 g/t，葉輪轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，充氣量為2.5 L/min。礦漿調(diào)制時(shí)間為120 s，捕收劑、起泡劑作用時(shí)間分別為120 s、30 s，刮泡時(shí)間為120 s，精煤和尾煤都經(jīng)過壓濾、70 ℃烘干后，測得產(chǎn)率和灰分，再由公式（2）計(jì)算出可燃體回收率。

式中： ε為可燃體回收率，%；Mc和MF分別為精煤和原煤質(zhì)量，g；Ac和AF為精煤和原煤的灰分，%。

1.4 接觸角測試

接觸角測試使用Dataphysics OCA20 接觸角測量儀。取超低灰純煤和煤泥作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將5 g 樣品與50 ml 水混合，分別配制3 組，磁力攪拌10 min，其中兩組分別加入1 000 g/t 的柴油和ST-柴油微乳液，再攪拌10 min，過濾后自然干燥。將每組樣品磨至100%通過100 目（0.15 mm），在25 MPa 壓力下壓成厚度約4 mm 的煤塊。每組樣品制備3 塊，將制備好的試塊放入干燥器中恒濕48 h，可以減少煤孔隙和表面粗糙度的影響。測試方法選擇固滴法，液體為去離子水，通過角度測量法獲得接觸角測量結(jié)果。每組樣品測試3 次，取平均值。測量結(jié)果如圖9、圖10 所示。

1.5 Zeta 電位分析

煤泥中含有大量高嶺土等黏土礦物，測量時(shí)細(xì)泥的包覆會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差，所以選用純煤來測定煤顆粒的Zeta 電位。將純煤樣品磨細(xì)至5 μm 以下，取0.04 g 加入到40 mL 去離子水中，超聲處理5 min，配制若干組，分別加入等量的不同捕收劑作用，用0.1 mol/L HCl 和0.1 mol/L NaOH 將pH 調(diào)至3、5、7、9、11。使用Zeta 電位分析儀（BT-ZET）分析其表面Zeta 電位。如圖11 為純煤的Zeta 電位分析結(jié)果。

1.6 紅外光譜分析（FT-IR）

不同物質(zhì)的化學(xué)鍵或官能團(tuán)不同，吸收紅外輻射產(chǎn)生的紅外吸收光譜也不同。采用傅立葉變換紅外光譜儀（Thermo Scientific Nicolet 6700）對(duì)煤泥進(jìn)行紅外光譜分析，其分析方法如下：分別稱量 200 mg 的溴化鈉和 2 mg 的煤泥，并使用酒精清洗過的瑪瑙研缽研磨兩者的混合物。將研磨好的樣品裝入模具中壓片，在 30 MPa 下保持 20 min，壓成透明的薄片。測試前打開紅外光，先采集背景，再測其余樣品，所有樣品均使用同一背景，而且一次性測完。測試結(jié)果如圖12所示。

1.7 EDLVO 理論計(jì)算

采用擴(kuò)展的DLVO 理論來描述溶液中粒子間相互作用總能VT，規(guī)定VT為：

式中：VW為范德華相互作用能，VE為靜電相互作用能，VH為疏水相互作用能。

兩個(gè)球形顆粒之間的范德華相互作用能可表示為：

式中：H為球形顆粒之間的距離，m；R為顆粒半徑，m；由篩分試驗(yàn)得煤泥顆粒平均粒徑為25 μm。A132為存在第三種介質(zhì)時(shí)兩種材料之間的Hamaker 常數(shù)，可由式（5）計(jì)算：

式中：A11、A22、A33分別為煤顆粒、捕收劑、水在真空中的Hamaker 常數(shù)，煤、水、柴油在真空中的Hamaker常數(shù)分別為6.1×10-20J、3.7×10-20J、8.5×10-20J，微乳液的有機(jī)組分與柴油相似，其Hamaker 常數(shù)與柴油近似，為9.0×10-20J。

當(dāng)兩個(gè)球形顆粒在介質(zhì)中接近時(shí)，擴(kuò)散層中帶電離子的重疊產(chǎn)生了靜電相互作用能，計(jì)算方法為：

式中：εa為分散介質(zhì)絕對(duì)介電常數(shù)（6.95×10-10C2·J-1·m-1），H為兩個(gè)粒子表面距離，m；φ0為粒子表面電動(dòng)電位，mV；k為Debye 長度，取3×107m-1。

球形顆粒間的疏水作用能按照拉-捷經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：k1為不完全疏水化系數(shù)，0≤k1≤1；h0為衰減長度，m；兩者計(jì)算式為：

式中：θ為煤在水中的潤濕角。

煤顆粒在溶液中相互作用由相互作用總能VT決定，VT>0，顆粒相互排斥，處于分散狀態(tài)；VT<0，顆粒相互吸引，處于凝聚狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 柴油微乳液的配制分析

2.1.1 ST-柴油微乳液三元相圖分析

為配制出穩(wěn)定透明的微乳液，將親油的表面活性劑Span80 和親水的表面活性劑Tween80 混合，復(fù)配表面活性劑的HLB 值為6、7、8、9。該四種復(fù)配表面活性劑分別與一定比例的柴油、水和醇可以配制出穩(wěn)定性較高的柴油微乳液。該微乳液體系為三元體系：柴油、水、表面活性劑+醇?？梢愿鶕?jù)這三種物相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)繪制出三元相圖，微乳液三元相圖可以根據(jù)微乳區(qū)的大小直觀地評(píng)價(jià)微乳效果[20]。圖3、4、5 和6分別為HLB 值為6、7、8、9 的ST 表面活性劑所配制的微乳液的三元相圖，M 為微乳區(qū)。以100 為三元相圖的邊長，各微乳區(qū)的面積如表2 所示。

圖3 HLB=6 時(shí)ST-柴油微乳液三元相圖Fig.3 Ternary phase diagram of ST microemulsion at HLB=6

圖4 HLB=7 時(shí)ST-柴油微乳液三元相圖Fig.4 The ternary phase diagram of ST microemulsion at HLB=7

圖5 HLB=8 時(shí)ST-柴油微乳液三元相圖Fig.5 Ternary phase diagram of ST microemulsion at HLB=8

圖6 HLB 值=9 時(shí)ST-柴油微乳液三元相圖Fig.6 The ternary phase diagram of ST microemulsion at HLB = 9

表2 不同HLB 值的ST-柴油微乳液三元相圖微乳區(qū)面積Table 2 Microemulsion area of ST microemulsion ternary phase diagram with different HLB values

親水性好的表面活性劑與親油性好的表面活性劑復(fù)配使用時(shí)容易產(chǎn)生協(xié)同增效作用，分散效果更好，復(fù)配后的表面活性劑仍可用 HLB 值來表示其親水、親油能力。由圖3、4、5、6 和表2 可得，ST 表面活性劑HLB 值為8 時(shí)，微乳區(qū)面積最大為1 013，此時(shí)微乳效果最好。HLB 值為6 時(shí)，微乳區(qū)面積最小為635，此時(shí)微乳效果最差。因此選擇HLB 值為8 的ST 表面活性劑制備微乳液。

2.1.2 ST-柴油微乳液液滴粒徑分析

微乳液的粒徑是評(píng)價(jià)其浮選捕收性能的重要參數(shù)，對(duì)浮選的效果有著至關(guān)重要的影響。在煤泥浮選時(shí)，煤顆粒需要在礦漿中與捕收劑充分接觸，提高自身表面疏水性。柴油液滴粒徑較大，分散在礦漿中時(shí)不易與細(xì)小的煤顆粒接觸。微乳液通過表面活性劑對(duì)柴油的改性，使較大液滴分散成較小的液滴，與煤顆粒接觸更加充分，能更好改善煤顆粒表面疏水性，改善浮選效果[21]。柴油和ST-柴油微乳液的粒徑分析如圖7 和表3 所示。

圖7 液滴粒徑分布Fig.7 Drop size distribution

表3 液滴平均粒徑Table 3 Average droplet size

由圖7 和表3 可知，柴油液滴粒徑最大，為1 648.4 nm，說明柴油在礦漿中分散性較差。ST-柴油微乳液的粒徑較小，為94.2 nm， ST-柴油微乳液液滴直徑分布峰更窄，說明其粒度分布更均勻。液滴粒徑越小在礦漿中的比表面積越大，大的比表面積使ST-柴油微乳液在礦漿中更好地分散，與煤顆粒接觸更加充分，能更好地改善煤泥浮選。

2.2 浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

選擇柴油和ST-柴油微乳液作為捕收劑，捕收劑用量分別為400、600、800、1 000、1 200 g/t，煤泥浮選實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。圖8 顯示可燃體回收率隨著柴油或ST-柴油用量的增加而逐漸增加，但在同等用量條件下，采用ST-柴油可燃體回收率都顯著高于采用柴油時(shí)的可燃體回收率。當(dāng)柴油與ST-柴油微乳液用量都為1 200 g/t 時(shí)，可燃體回收率分別為58.90%、68.13%。結(jié)果表明，柴油經(jīng)表面活性劑乳化后，可燃體回收率顯著提高。ST-柴油微乳液的粒徑小，可以更好地?cái)U(kuò)散到礦漿中，提高了捕收性能[22]。微乳液會(huì)顯著提高浮選精煤的灰分，說明柴油微乳液會(huì)導(dǎo)致高灰分物質(zhì)在泡沫中的富集，煤泥中的雜質(zhì)礦物也會(huì)隨著這些泡沫被收集到精礦槽中。微乳液作捕收劑時(shí)，回收率提高的同時(shí)，也降低了一定的選擇性。隨著小粒徑的微乳液在礦漿中的分散，與更細(xì)的黏土礦物接觸的概率也增大，從而導(dǎo)致這些雜質(zhì)礦物也隨氣泡被刮出，使精煤產(chǎn)品灰分升高。

圖8 不同捕收劑浮選煤泥時(shí)可燃體回收率與灰分隨捕收劑用量變化Fig.8 Changes of combustible recovery and ash content with collector dosage in flotation of coal slime with different collectors

2.3 接觸角測試分析

接觸角決定了物質(zhì)表面疏水性程度，接觸角越大的顆粒疏水性越好，可浮性也越好，顆粒可浮性定義式為：

式中：F-顆?？筛⌒?；θ-接觸角。

分別對(duì)柴油、微乳液處理過的純煤和煤泥進(jìn)行了接觸角測試，測量時(shí)截取液滴落下瞬間圖像，用角度測量法測得表觀接觸角。測試結(jié)果如圖9、圖10 所示。經(jīng)柴油、ST-柴油微乳液作用后，純煤的接觸角從74.6°分別增大至84.6°和101.9°；煤泥的接觸角從26.0°分別增大至31.7°和43.8°。經(jīng)捕收劑作用后的煤顆粒疏水性提高，與親水性的脈石礦物更容易分離，浮選效果得到改善；微乳液作用效果較柴油更加明顯，經(jīng)微乳液作用后的煤顆粒接觸角提高更多，疏水性更好。ST-柴油微乳液中的Span80、Tween80 含有不飽和烴基，親水性比飽和烴基要好，可以更好地與煤表面極性基團(tuán)作用，從而提高煤表面疏水性[23]。

圖9 純煤接觸角測試結(jié)果（a）純煤、（b）純煤+柴油、（c）純煤+ST-柴油微乳液Fig.9 Contact angle test results of pure coal (a) pure coal, (b) pure coal + diesel oil, (c) pure coal + ST microemulsion

圖10 煤泥接觸角測試結(jié)果（a）煤泥、（b）煤泥+柴油、（c）煤泥+ST-柴油微乳液Fig.10 Contact angle test results of slime (a) slime, (b) slime + diesel oil, (c) slime + ST microemulsion

2.4 Zeta 電位測試分析

圖11 為純煤的Zeta 電位分析。由圖11 可知，純煤在礦漿中表面電位隨著pH 值增大而降低，負(fù)電荷數(shù)量增加。pH 為3.76 時(shí)，純煤表面Zeta 電位為0，達(dá)到等電點(diǎn)。經(jīng)柴油和ST-柴油微乳液處理后，Zeta 電位升高，等電點(diǎn)的pH 值分別為4.26 和4.93。在pH 大于5 時(shí)，經(jīng)柴油和ST-柴油微乳液處理后純煤的Zeta電位絕對(duì)值降低，pH 為7 時(shí)Zeta 電位分別為-13.22 mV和-11.22 mV。由于顆粒帶同種電荷，表面Zeta 電位絕對(duì)值越小，顆粒間靜電排斥力越小，因此純煤經(jīng)ST-柴油微乳液作用后煤顆粒間靜電排斥力減小，有利于煤顆粒間凝聚，同時(shí)降低了煤顆粒與氣泡間的凝聚阻力，從而促進(jìn)了煤顆粒與氣泡的黏附，提高了可浮性。

圖11 純煤Zeta 電位分析結(jié)果Fig.11 Zeta potential analysis of pure coal

2.5 紅外光譜分析（FT-IR）

捕收劑作用后的煤泥紅外圖譜中各峰值的變化情況反映了其官能團(tuán)和基團(tuán)的變化情況。圖12 為不同捕收劑作用后煤泥紅外光譜圖。

圖12 煤泥表面紅外光譜圖Fig.12 Infrared spectra of slime surface

在波數(shù)為3 000～4 000 cm-1范圍內(nèi)，1 593 cm-1處形成的振動(dòng)峰是由C=C 或氫鍵締合的羰基（C=O）伸縮振動(dòng)引起的，三種樣品中均存在該峰，經(jīng)ST-柴油微乳液作用后該峰的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，Span80 和Tween80中含有極性基團(tuán)C=O 和C-O，微乳液吸附到煤泥表面時(shí)，該峰強(qiáng)度增大。1 350、1 112 和1 035 cm-1處的振動(dòng)峰是由酚、醇、醚、酯類物質(zhì)中的C-O 伸縮振動(dòng)引起的，在波數(shù)為1 000～3 000 cm-1范圍內(nèi)，1 350 cm-1處該峰經(jīng)藥劑作用前后無明顯變化，經(jīng)捕收劑作用后1 112 cm-1處的振動(dòng)峰消失，微乳液作用后1 035 cm-1處的振動(dòng)峰強(qiáng)度明顯減弱，非極性基團(tuán)吸附到煤泥表面，與親水的C-O 基團(tuán)發(fā)生了吸附作用，導(dǎo)致該處峰強(qiáng)度減弱。

捕收劑作用后煤泥的紅外光譜均未產(chǎn)生新峰，說明藥劑在煤泥表面的吸附作用為物理吸附，煤泥含氧官能團(tuán)較多，表面親水性較強(qiáng)，不利于浮選。捕收劑與含氧官能團(tuán)發(fā)生物理吸附，提高了煤泥表面的疏水性，微乳液作用效果優(yōu)于柴油，更有利于煤泥的浮選。

2.6 EDLVO 理論計(jì)算分析

根據(jù)公式（3）、（4）、（6）、（7）計(jì)算出柴油、ST-柴油微乳液作用過的純煤顆粒間的相互作用能VW、VE、VH、VT，結(jié)果如圖13 所示。藥劑作用前后煤粒間的范德華相互作用能VW始終為負(fù)值，煤粒之間存在吸引能，范德華作用能的數(shù)量級(jí)較小，所以在研究煤顆粒間相互作用能時(shí)可以忽略不計(jì)。煤顆粒間靜電相互作用能VE為正值，煤顆粒間存在相互排斥的靜電作用能，經(jīng)柴油和ST-柴油微乳液作用后，靜電作用能減小。煤顆粒與捕收劑接觸使煤粒表面的水化作用減弱，導(dǎo)致其表面帶電荷量減少。煤顆粒間疏水作用能VH為負(fù)值，顆粒間存在相互吸引的疏水作用能，經(jīng)ST-柴油微乳液作用后煤顆粒間疏水作用能顯著增大，有利于煤顆粒間凝聚。煤顆粒間相互作用距離由大減小時(shí)，VT出現(xiàn)一個(gè)峰值（能壘），隨后下降到負(fù)值。純煤的能壘為7.1×10-18J，經(jīng)柴油作用后能壘降低到3.9×10-18J，而經(jīng)ST-柴油微乳液作用后能壘降低到2.1×10-18J。煤顆粒經(jīng)ST-柴油微乳液作用后產(chǎn)生凝聚時(shí)需要克服的排斥力最小，最容易發(fā)生凝聚，有利于浮選的進(jìn)行。

圖13 煤顆粒間相互作用勢能曲線Fig.13 Potential energy curve of interaction between coal particles

3 結(jié)論

本文研究了Span80、Tween80 兩種表面活性劑復(fù)配對(duì)柴油的改性效果，并研究了ST-柴油微乳液作為捕收劑對(duì)煤泥浮選的改善效果，用測試分析手段驗(yàn)證了其作用機(jī)理。主要結(jié)論如下：

（1）ST 復(fù)合型表面活性劑的HLB 值為8 時(shí)，微乳液三元相圖的面積最大為1 013，微乳效果最好。柴油平均粒徑為1 648.4 nm，粒徑最大。ST-柴油微乳液的平均粒徑為94.2 nm，粒徑最小且粒徑分布最均勻。

（2）ST-柴油微乳液作捕收劑時(shí)，在礦漿中分散效果最好，捕收效果優(yōu)于柴油，捕收劑用量為1 200 g/t 時(shí)，煤泥浮選的可燃體回收率為68.13%。柴油和ST-柴油微乳液均可提高煤顆粒表面疏水性，柴油作用后煤顆粒接觸角提高10°，ST-柴油微乳液作用后提高27.3°。

（3）礦漿中加入柴油和ST-柴油微乳液后，煤顆粒表面Zeta 電位絕對(duì)值減小，表面電荷量減少，有利于顆粒凝聚；表面活性劑的親水基團(tuán)會(huì)與煤泥表面含氧官能團(tuán)發(fā)生物理吸附，提高表面疏水性。煤顆粒經(jīng)ST-柴油微乳液作用后能壘較低，產(chǎn)生凝聚時(shí)需要克服的排斥力較小，有利于煤顆粒間凝聚。