2.3药剂作用前后煤样表面性质对比

选取不加药滤饼和3种表面活性剂最佳药剂量下的滤饼进行XPS测试。表4为4个样品表面元素的XPS宽扫分析的结果。从XPS宽扫结果可以看出，与3种药剂作用后，煤样表面的C元素含量有所减少，O元素含量有所增加。并且，SDS作用后煤样表面S元素含量显著增加，DTAB作用后N元素含量显著增加，出现这一变化的原因在于SDS的亲水端中含有S元素，DTAB的亲水端中含有N元素，由于煤样表面较多的疏水性位点被表面活性剂的非极性端吸附，极性端指向外端。XPS宽扫结果与接触角的测量结果相吻合，即煤表面与表面活性剂作用后，亲水性增强，接触角减小。

表4药剂作用前后煤表面元素含量XPS宽扫结果

图4和表5为XPS的C元素窄扫的分峰拟合结果和各官能团含量。结果表明：煤样与DTAB作用后，其表面的C—H/C—C含量从58.30%降至54.19%，原因在于表面活性剂的非极性端更多地吸附于煤样疏水表面，而极性端指向外侧造成亲水基团取代了C—H/C—C暴露在煤样表面，元素宽扫结果也证实了DTAB作用后N元素含量升高。煤样表面C—O、Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量的变化主要是由于C—H含量减少导致C—O、Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量发生相对变化。煤样与SDS作用后，C—H/C—C含量略有增加，C—O和Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量的变化相对显著。这可能是由于SDS的极性端与煤样表面Cwidth=16,height=4,dpi=110O发生较多吸附，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含量的变化主要是由于含C化学键总量的减少造成C—O含量相对升高。Brij35作用后煤样的碳元素窄扫结果则表明，煤样表面C—H/C—C含量从58.30%上升至63.02%，而C—O含量从32.19%下降至26.01%，Cwidth=16,height=4,dpi=110O含量从9.51%增至10.97%。原因在于Brij35的极性端亲水基团(CH2CH2O)本身含有较多的C—H，其C—H/C—O含量比值为4，而原煤中二者比值仅为1.81，因此，Brij35的非极性端与煤表面的疏水位点发生吸附后，其极性端指向外侧，造成相对较多的C—H暴露在外面，导致C—H/C—C含量增加。而C—O含量的降低则可能是由于Brij35的极性端较多的与C—O发生作用，Brij35的非极性端暴露在外面，相对增加了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窄扫结果

2.4药剂对煤浆表面张力的影响

在浮选精煤过滤阶段，滤饼中存在较强的毛细作用，水分难以排出。降低液相的表面张力可从根本上降低毛细力，使大量的毛细水从煤粒的间隙中排出。试验对不加药及3种药剂最佳用量时滤液的表面张力进行测定，结果见表6。从表6可以看出，在不加药时滤液的表面张力最高，为73.75 mN/m，比水的表面张力72.75 mN/m略高，其原因可能是浮选精煤表面残留的浮选药剂进入了滤液。在添加了表面活性剂后，3个滤液样品的表面张力均有不同程度的下降。其中，添加Brij35的滤液表面张力较高，为57.00 mN/m，添加了SDS的滤液表面张力略低于Brij35，为53.13 mN/m，而添加了DTAB的滤液表面张力最低，仅为36.94 mN/m。表面张力的降低可显著促进煤颗粒间毛细水的脱除。

图4药剂作用前后碳元素XPS窄扫对比

表6滤液表面张力测试结果

2.5表面活性剂改善浮选精煤脱水的机理

图5表面活性剂改善浮选精煤脱水机理

表面活性剂在煤表面的吸附可由图5a解释，亲水基团主要与煤表面矿物质或煤亲水性表面发生吸附，疏水基团主要与煤表面疏水位点发生吸附。由于本次研究煤样为炼焦煤精煤，其表面以疏水为主，这导致大部分表面活性剂的疏水基团与煤表面疏水区域发生吸附，使得表面活性剂亲水基团暴露在外，因此煤表面亲水性增加。煤表面亲水性增加虽然会使煤表面水化膜变厚，吸附水能力增加，但该作用与表面活性剂促进毛细水的脱出效应相比较小(图5b)。因此，表面活性剂的存在虽使煤表面亲水性上升，但使水的表面张力大幅降低，从而使煤粒间隙中的毛细水更容易在压力的作用下排出，因此表面活性剂在此研究中降低了精煤滤饼中的水分。

3结论

1)3种表面活性剂对浮选精煤滤饼水分的影响规律均为随着药剂用量的增加先降低而后有所增加。在最佳药剂用量时，DTAB助滤效果最佳，其次为SDS和Brij35。3种表面活性剂对滤饼成饼时间的影响均不大，DTAB可略微减少成饼时间。

2)煤样表面与3种表面活性剂作用后接触角均有所降低。最佳药剂用量时，SDS对煤样表面接触角的影响最显著，降低了23°，DTAB和Brij35使接触角降低10°。表面活性剂降低了煤样表面C元素含量，增加了O元素含量。表面活性剂的非极性端与煤样表面的疏水位点发生较多吸附，使表面活性剂的极性端指向外侧，降低了煤样表面的疏水性。

3)表面活性剂可显著降低液体表面张力，最佳药剂用量时，添加Brij35、SDS和DTAB，滤液表面张力分别为57.00、53.13、36.94 mN/m。表面张力的降低，使填充在煤间隙的毛细水受到的阻力降低，促进毛细水从滤饼中排出。表面张力降低对脱水的有利影响远高于煤样表面疏水性的降低带来的不利影响。试验结果表明采用阳离子型捕收剂对选煤厂浮选精煤脱水效果较好，可据此研究新型脱水药剂改善浮选精煤的脱水。