非離子型復(fù)配捕收劑強化長焰煤浮選試驗研究

王 磊，李孟樂，2，常國慧，2，魏鑫鵬，2，桂夏輝

（1.中國礦業(yè)大學(xué)國家煤加工與潔凈化工程技術(shù)研究中心，江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引 言

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，在一次能源構(gòu)成中占主導(dǎo)地位。 我國煤炭資源相對豐富，目前已探明煤炭儲量一萬億噸，其中50%以上是煤化程度低的低階煤，包括褐煤、長焰煤、弱黏煤、不黏煤、部分氣煤，主要用作我國發(fā)電及工業(yè)爐窯燃料、氣化用煤等［1-3］。 在低階煤機械規(guī)?；_采、分選提質(zhì)過程中，通常會產(chǎn)生大量原、次生劣質(zhì)煤泥，具有粒度細(xì)、水分高、灰分高、黏性大等特點，處置十分困難，嚴(yán)重威脅著我國煤炭資源綜合利用水平及生態(tài)環(huán)境安全，給煤企帶來相當(dāng)大的經(jīng)濟、社會壓力。

微細(xì)粒煤泥最經(jīng)濟有效的提質(zhì)處置方式為浮選法，所用捕收劑多為烴類油類捕收劑如煤油、柴油等，約占煤泥浮選捕收劑總耗量的80%～90%。 但低階煤變質(zhì)程度低，顆粒表面含有大量親水含氧基團，易被水分子覆蓋而形成較厚的水化膜，導(dǎo)致常規(guī)烴類油捕收劑難以高效鋪展［4-6］。 因此，使用烴類油進行低階煤煤泥浮選提質(zhì)時，往往存在藥耗量過大、高灰細(xì)泥夾帶嚴(yán)重等現(xiàn)象，浮選效果較差［7-9］。工程實踐表明，捕收劑是制約低階煤煤泥浮選提質(zhì)、分級利用的核心技術(shù)瓶頸，開發(fā)適配于低階煤煤泥浮選的高效捕收劑是當(dāng)前低階煤煤泥綜合利用研究中亟待解決的技術(shù)難題［10-11］。

目前，國內(nèi)外學(xué)者們針對低階煤煤泥浮選展開了廣泛研究并取得一定進展。 研究發(fā)現(xiàn)，在浮選體系中添加雜極性分子結(jié)構(gòu)表面活性劑能夠經(jīng)濟、有效地促進常規(guī)烴類油在低階煤煤粒表面的鋪展，從而改善低階煤煤粒表面疏水性及煤泥浮選效果，具有較大的應(yīng)用潛力［12-14］。 例如，XIA 等［15］探索了陽離子型表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）在神東某煤礦低階煤浮選中的作用，DTAB能夠顯著提高煤粒表面疏水性，浮選效果增強。 張春泉等［16］探究非離子型表面活性劑聚乙二醇單辛基苯基醚（TX-100）對神東大柳塔煤礦原生低階煤泥（長焰煤）浮選行為影響時發(fā)現(xiàn)，隨TX-100 濃度提高，精煤可燃體回收率從54.42%增至89.43%。CEBECI［17］對比研究了不同類型復(fù)配捕收劑對土耳其褐煤浮選的綜合效果，試驗用捕收劑分別為煤油、煤油+乳化劑、煤油+乳化劑+表面活性劑（陽離子型、陰離子型、非離子型），結(jié)果顯示煤油復(fù)配乳化劑和非離子型表面活性劑作為捕收劑時，浮選綜合效果最好。 QU 等［18］也考察了榆家梁選煤廠低階次煙煤浮選中陽離子型十二烷基胺（DDA）、陰離子型十二烷基硫酸鈉（SDS）、非離子型2-乙基己醇的浮選效果，同樣發(fā)現(xiàn)復(fù)配非離子型表面活性劑捕收劑在可燃體回收率、精煤灰分等綜合指標(biāo)上更具優(yōu)勢。

復(fù)配非離子型表面活性劑捕收劑浮選效果易受表面活性劑類型影響。 郭麗敏等［19］對比研究了脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）、油酸二乙醇酰胺（ODEA）和壬基酚聚氧乙烯醚（NP10）三種非離子型表面活性劑與煤油復(fù)配作為捕收劑在高灰細(xì)粒難浮煤泥浮選中的效果，發(fā)現(xiàn)三種復(fù)配藥劑浮選效果均優(yōu)于煤油，其中復(fù)配ODEA 捕收劑浮選效果優(yōu)于AEO9、NP10。 吳廣玲等［20］在人工氧化煤泥浮選中同樣發(fā)現(xiàn)，煤油中加入失水山梨醇單油酸酯（Span80）和油酸二乙醇酰胺能夠強化氧化煤煤泥浮選，然而復(fù)配聚乙二醇雙油酸酯（PEG400DO）捕收劑卻無任何促進作用。 上述研究皆表明，不同非離子型表面活性劑復(fù)配捕收劑的應(yīng)用效果差異明顯，與表面活性劑結(jié)構(gòu)性質(zhì)密切關(guān)聯(lián)。

筆者選用了3 種不同類型非離子型表面活性劑，即酯類失水山梨醇單油酸酯、醚類聚氧乙烯單叔辛基苯基醚（OP-4）、酰胺類油酸二乙醇酰胺，與傳統(tǒng)捕收劑煤油混合，對低階煤煤泥進行分選強化試驗研究，旨在揭示酯類、醚類、酰胺類非離子型復(fù)配捕收劑對低階煤煤泥浮選的影響規(guī)律與強化機理，為開發(fā)出適配于低階煤煤泥高效分選的捕收劑提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗煤樣

試驗煤樣選自中國內(nèi)蒙古神東礦區(qū)布爾臺選煤廠末煤浮選系統(tǒng)入料。 對試驗煤樣進行脫水、烘干、混勻、縮分、制樣后裝袋備用。 試驗煤樣工業(yè)分析、元素分析見表1。 煤樣干基灰分為42.64%，屬高灰煤泥。 煤泥干燥無水無灰基揮發(fā)分含量為40.87%，屬于長焰煤。 試驗煤樣粒度分布、密度組成分別見表2、表3。 煤樣主導(dǎo)粒級為-0.045 mm，產(chǎn)率高達(dá)79.54%。 密度小于1.50 g／cm3的部分占總煤樣的26.89%，累計灰分為6.73%；中間密度級1.50 ～1.80 g／cm3產(chǎn)率為37.79%，對應(yīng)灰分為37.72%；＞1.80 g／cm3密度級的產(chǎn)率高達(dá)35.32%，灰分為75.68%，屬難浮難選煤泥。

表1 煤樣工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal samples%

表2 煤樣粒度分布Table 2 Coal sample size distributions

表3 煤樣密度組成Table 3 Coal sample density

使用原位反應(yīng)X 射線衍射儀（XRD）（D8 AD?VANCE，德國布魯克AXS）對煤樣進行物相分析，結(jié)果如圖1 所示。 煤樣中易導(dǎo)致精煤污染的主要物質(zhì)為二氧化硅（含量55%）和鈣長石（含量22%）等親水無機礦物質(zhì)。 使用傅里葉紅外光譜儀（FTIR）（VERTEX80V，德國Bruker）對煤樣進行表面性質(zhì)測定，結(jié)果如圖2 所示。 在637 cm-1處出現(xiàn)的峰可能是苯環(huán)上的取代氫振動峰；在1 114 cm-1處出現(xiàn)的振動峰較強，此處為C—O—C 鍵的振動吸收峰；在1 427 cm-1處的伸縮振動峰是C—H 基團振動峰；在1 620 cm-1處出現(xiàn)的是C ＝C 振動峰；在2 914 cm-1處左右出現(xiàn)的是脂肪類化合物C—H 鍵振動峰；在波數(shù)為3 426 cm-1左右出現(xiàn)明顯的伸縮振動峰，此處為羥基的振動峰。 分析結(jié)果說明，煤中含有較多的酚羥基、醇羥基、酸中羥基或水中羥基。

圖1 煤樣XRD 圖譜Fig.1 XRD Spectrums of coal sample

圖2 試驗煤樣的FTIR 圖譜Fig.2 FTIR spectrums of coal sample

1.2 浮選藥劑

浮選試驗所用起泡劑為雜醇，捕收劑為煤油、煤油與非離子型表面活性劑復(fù)配捕收劑。 復(fù)配捕收劑需自行配制，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，混合物經(jīng)超聲處理充分分散、均勻混合。

該濃度的選定源自于前期試驗發(fā)現(xiàn)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% ～15%浮選規(guī)律一致。3 種不同官能團結(jié)構(gòu)的非離子型表面活性劑為酯類Span80、醚類OP-4、酰胺類ODEA，見表4。

表4 試驗藥劑Table 4 Reagents used in experiments

1.3 試驗及分析方法

1.3.1 浮選試驗

選用1 L XFD 單槽浮選機進行浮選試驗，礦漿質(zhì)量濃度為80 g／L，葉輪轉(zhuǎn)速為2 000 r／min，刮板轉(zhuǎn)速為15 r／min，充氣量為0.15 m3／min。 進行每次單元浮選試驗時，取適量自來水與80 g 煤樣放置于浮選槽，然后補齊液位混合攪拌3 min，隨后加入捕收劑攪拌1 min，加入雜醇繼續(xù)攪拌20 s。 試驗備漿完畢后開始充氣刮泡，時長共3 min。 試驗結(jié)束后，將精煤和尾煤樣品過濾、烘干、制樣，檢測灰分和計算浮選精煤產(chǎn)率γ與可燃體回收率ε。 試驗中，起泡劑用量為1 000 g／t，復(fù)配捕收劑用量為500、1 000、1 500、2 000 g／t。

式中，m1為浮選精煤質(zhì)量，g；m2為浮選尾煤質(zhì)量，g；γ為浮選精煤產(chǎn)率，%；Ac為浮選精煤灰分，%；γf為浮選原煤產(chǎn)率，%；Af為入浮原煤灰分，%。

1.3.2 捕收劑微觀形態(tài)及粒度分析

采用實時顆粒在線觀測系統(tǒng)（PVM-V19，美國梅特勒- 托利多） 和聚焦光束反射測量儀（FBRM）（G400，瑞士梅特勒-托利多）檢測水中分散油滴的微觀形態(tài)、數(shù)目及粒徑信息。 取去離子水600 mL 放置于1 L 的燒杯中，向溶液體系中加入體積分?jǐn)?shù)為0.5%的試驗捕收劑，在轉(zhuǎn)速1 000 r／min下開始攪拌，然后采集液滴圖像頻率20 次／min，收集液滴數(shù)目、弦長信息10 s／次。

1.3.3 接觸角測定

采用DSA100 接觸角測量儀測定經(jīng)捕收劑處理后的煤樣接觸角。 將煤樣按照浮選試驗過程進行調(diào)漿，加入2 000 g／t 捕收劑，攪拌1 min 后用盤式真空過濾機過濾，然后在自然光條件下干燥。 利用ZHY401／601 型壓片機將干燥的改性后煤樣覆在硼酸表面在40 MPa 條件下被壓成薄片，進行接觸角測定。

1.3.4 X 射線光電子能譜分析

采用X 射線光電子能譜儀（XPS）（ESCALAB 250Xi，美國THERMO FISHER）分析經(jīng)捕收劑處理后的煤樣表面元素及官能團變化。 單色化AlKα 為輻射源，光斑尺寸500 μm，分析室和制備室壓力分別為5.0×1012Pa 和7.0×1012Pa，測量時掃描電能為50 eV，分辨率為1 eV；窄掃電能為20 eV，分辨率為0.05 eV，對藥劑處理后的煤樣碳元素進行窄掃。

1.3.5 分子動力學(xué)模擬

采用Material studio 8.0 軟件包（Accelrys，美國）的Forcite 模塊對煤-藥劑-水系統(tǒng)進行分子動力學(xué)模擬（MD），揭示藥劑在煤／水界面的鋪展結(jié)構(gòu)，考察各類表面活性劑與煤顆粒間相互作用。 根據(jù)煤樣元素分析結(jié)果，對煤分子在Wender 模型［21］基礎(chǔ)上加以修飾，使其負(fù)載有羧基、羰基、羥基、醚鍵等含氧官能團；將50 個煤分子裝入一個4 nm×4 nm×4 nm（長×寬×高）盒子中，構(gòu)建低階煤表面模型。 采用Forcite 模塊退火算法在溫度800 ～298 K 內(nèi)對煤分子內(nèi)實現(xiàn)表面模型在NVT 系綜的結(jié)構(gòu)馳豫，進行了5 次退火循環(huán)，最終實驗溫度為298 K，出于計算時間考慮，對低階煤表面模型下半部分進行約束。利用build layer 工具將藥劑分子、水分子和煤分子模型進行組合。 為消除周期性結(jié)構(gòu)對模型的影響，沿Z軸方向添加厚6 nm 的真空層，3 種體系大小均為4 nm×4 nm×10 nm（長×寬×高），最后對體系進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 所有計算均在COMPASSⅡ力場下進行。MD 模擬在NVT 系綜下進行，水分子選用單點電荷（SPCE）模型，采用Partical-Mesh Ewald（PME）方法計算長程靜電相互作用，非鍵相互作用的截斷半徑選擇1.25 nm，采用Berendsen 熱浴法控制溫度，在298 K 下進行500 ps 的平衡分子動力學(xué)模擬，其中模擬步長為1 fs，間隔1 ps 記錄一次軌跡信息。圖3 為低階煤分子、Span80、OP-4、ODEA 分子結(jié)構(gòu)及其體系模型結(jié)構(gòu)。

圖3 分子動力學(xué)模擬初始結(jié)構(gòu)Fig.3 Initial structure for molecular dynamics simulation

2 結(jié)果與討論

2.1 浮選試驗結(jié)果

圖4 為不同捕收劑用量下神東低階煤的浮選試驗結(jié)果。 隨著捕收劑用量增加，精煤產(chǎn)率逐步增大，可燃體回收率明顯提高，精煤灰分整體呈現(xiàn)出降低的趨勢。 由圖4a 可以看出，煤油作為捕收劑時，精煤產(chǎn)率從13.62%增加到20.28%；煤油+ODEA 作為捕收劑時，精煤產(chǎn)率從15.93%增加到24.16%；煤油+OP-4 作為捕收劑時，精煤產(chǎn)率從15.27%增加到25.98%；煤油+Span80 作為捕收劑時，精煤產(chǎn)率增幅最大，從26.06%增加到52.96%。 在相同藥耗量下，復(fù)配捕收劑浮選精煤產(chǎn)率均高于煤油。 與煤油相比，煤油復(fù)配3 種非離子型表面活性劑均不同程度地提升了藥劑的捕收性能，其中復(fù)配酯類Span80 捕收性能最優(yōu)。

圖4b 為不同捕收劑作用下精煤可燃體回收率的變化趨勢。 隨著捕收劑用量增加，精煤可燃體回收率逐漸提高。 在相同藥耗量下，復(fù)配捕收劑浮選精煤可燃體回收率均高于煤油。 其中，煤油+Span80 明顯優(yōu)于其他3 種藥劑，浮選最大可燃體回收率比煤油、煤油+ODEA、煤油+OP-4 分別提高了49.39%、47.44%、43.70%，而復(fù)配醚類OP-4捕收劑浮選精煤可燃體回收率略高于復(fù)配酰胺類ODEA 捕收劑。 這與吳廣玲［20］在人工氧化煤煤泥浮選試驗中的結(jié)果一致，復(fù)配Span80 捕收劑對浮選可燃體回收率提升效果上要優(yōu)于復(fù)配ODEA 捕收劑。

圖4 捕收劑類型與濃度對煤泥浮選指標(biāo)的影響Fig.4 Effects of collector type and dosage on coal slime flotation tests

圖4c 顯示了不同捕收劑條件對精煤灰分的影響。 隨著捕收劑用量增加，精煤灰分均降低。 其中，煤油作為捕收劑時，精煤灰分降幅最為明顯，而使用復(fù)配捕收劑浮選時，精煤灰分降幅較小。 在相同藥劑用量下，煤油+ODEA、煤油+OP-4 體系下浮選精煤灰分接近。 當(dāng)用量在500 g／t 時，煤油+ODEA、煤油+OP-4 浮選精煤灰分低于單煤油浮選精煤灰分，當(dāng)用量在1 000 g／t 時，3 種藥劑浮選精煤灰分相當(dāng)，但當(dāng)用量在1 500、2 000 g／t 時，兩種復(fù)配藥劑浮選精煤灰分明顯高于煤油浮選精煤灰分。 在整個藥劑用量考察范圍內(nèi)，煤油+Span80 捕收劑浮選精煤灰分一直處在低位，最低灰分為15.28%。 浮選試驗結(jié)果說明，加入非離子型表面活性劑均可不同程度地提高精煤產(chǎn)率和可燃體回收率，但是浮選選擇性受表面活性劑類型影響較大，酯類表面活性劑Span80較醚類OP-4、酰胺類ODEA 能更好地強化長焰煤煤泥浮選。

2.2 藥劑分散性

不同藥劑分散性與浮選指標(biāo)差異性密切相關(guān)，捕收劑的分散性越好，其在礦漿中分散的微小液滴越多，藥劑與顆粒的碰撞概率越大，浮選效果越好［22］。 圖5 為不同捕收劑的粒徑分布圖。 在相同穩(wěn)態(tài)條件下，復(fù)配捕收劑液滴弦長均小于煤油，且大多集中在50～150 μm，但煤油還存在弦長較大的液滴。 圖6 為不同捕收劑液滴的光學(xué)顯微圖像。 相同視野下的捕收劑液滴數(shù)目同樣存在較大差異，復(fù)配捕收劑液滴數(shù)目均多于煤油，煤油+Span80 尤為明顯。 結(jié)合圖5、圖6 可以看出，復(fù)配Span80 捕收劑在水中的分散性良好，復(fù)配OP-4 捕收劑次之，復(fù)配ODEA 捕收劑稍差，煤油最差，與各類型藥劑對浮選可燃體回收率的影響規(guī)律一致。

圖5 水相中捕收劑弦長及其數(shù)目占比Fig.5 String length of collector and its number proportion in aqueous phase

圖6 捕收劑液滴的光學(xué)顯微圖像Fig.6 Optical microscope images of collector droplets

2.3 接觸角變化

接觸角大小是對煤表面潤濕性差異的直觀體現(xiàn)，接觸角越大，煤的潤濕性越差， 疏水性越強［23-24］。 圖7 顯示了藥劑作用過后的煤樣接觸角變化。 經(jīng)捕收劑作用后，煤樣接觸角均有不同程度增加。 與原煤接觸角（26.2°）相比，經(jīng)煤油、煤油+ODEA、煤油+OP-4、煤油+Span80 作用后的煤樣接觸角分別增加了3.2°、6.1°、8.0°和26.4°。 經(jīng)煤油作用后的煤樣接觸角增幅最小，煤油+ODEA 和煤油+OP-4 增幅程度相當(dāng)，而煤油+Span80 作用后的煤樣接觸角大幅增加，疏水性明顯增強。

圖7 經(jīng)不同捕收劑處理后的煤樣接觸角Fig.7 Contact angle of the coal sample treated by different collectors

2.4 XPS 分析

圖8 為捕收劑作用煤樣前后表面XPS 的C1s分峰擬合圖，表5 為藥劑作用在低階煤表面后C1s分峰擬合計算出的各基團含量。 284.60 eV、285.60 eV、286.60 eV 分別代表C—C／C—H、C—O 和C ＝O 基團，其中C—C／C—H 基團是疏水基團，而C—O、C ＝O 是親水基團，煤樣表面的基團變化也能夠反映出捕收藥劑的作用效果［25］。 經(jīng)不同捕收劑作用后，C—C／C—H 基團量均增加，C—O、C ＝O 總含量均下降，說明低階煤表面經(jīng)藥劑改性后疏水性得到增強。 相同藥劑量條件下，煤表面C—C／C—H含量增幅順序為：煤油+Span80＞煤油+ODEA＞煤油+OP-4＞煤油。 煤油+Span80 作用效果最為突出，C—C／C—H 疏水基團含量為63.56%，相比原煤增加了5.51%，同時C—O 和C ＝O 親水基團分別減少了2.56%和2.95%。 煤油+OP-4 和煤油+ODEA兩種捕收劑使C ＝O 親水基團含量有所減少，程度不如煤油，但在減少C—O 基團含量上遠(yuǎn)大于煤油。結(jié)合兩種含氧基團總量的變化趨勢，煤油+OP-4 和煤油+ODEA 捕收劑效果相當(dāng)，但優(yōu)于煤油。

圖8 捕收劑與煤樣作用后C1s 分峰擬合圖Fig.8 The C1s fitting spectra of coal surface after the adsorption of the tested collectors

表5 捕收劑與煤樣作用后表面各基團含量Table 5 Contents of functional groups on coal surface after adsorption of tested collectors

2.5 煤／水界面吸附模型

2.5.1 界面分子密度分布和界面形態(tài)

在低階煤浮選過程中，藥劑和水分子在低階煤表面的分布情況可說明藥劑的作用機理。 圖9 為平衡時界面上3 種非離子型表面活性劑與水分子在豎直方向2～8 nm 間的相對密度分布。 相對密度分布曲線上峰值代表分子、基團或原子的集中位置。 可以看出，Span80、ODEA 藥劑體系下煤表面的藥劑與水分子分布和OP -4 體系具有明顯差異。 在Span80、ODEA 體系下，藥劑分子密度峰出現(xiàn)在3.5 nm處，而水分子則在5.5 nm 處出現(xiàn)密度峰。 此差別出現(xiàn)的原因或在于藥劑分子占據(jù)水分子在煤顆粒表面的吸附位點，在藥劑疏水碳鏈的排斥作用下，水分子偏離煤表面［26］。 Span80 模擬體系下的水分子和藥劑分子密度峰值較高，表明水分子和Span 分子的密度峰分離程度更優(yōu)，Span80 與煤表面作用效果更佳，這或與Span80 羥基數(shù)量要多于ODEA 相關(guān)。 在OP-4 體系下，藥劑分子密度峰也出現(xiàn)在3.5 nm 處，峰值較小，但水分子相對密度分布集中于4～6，沒有明顯峰值，這或是因為OP-4 存在大量醚基，更易與水分子氫鍵結(jié)合［27］，從而減少了與煤表面結(jié)合的有效吸附。 因此，相較OP-4，Span80 和ODEA更易在煤表面吸附聚集，其中Span80 聚集程度最優(yōu)。 圖10 展示了OP-4、ODEA、Span80 在煤／水界面的吸附構(gòu)型，界面形態(tài)結(jié)構(gòu)也同樣說明了3 種藥劑在煤／水界面的作用規(guī)律。

圖9 OP-4、ODEA、Span80 和水分子在煤／水界面的密度分布Fig.9 The density distributions of OP-4，ODEA，Span80 and water molecules at the coal／water interface

圖10 OP-4，ODEA，Span80 在煤／水界面的吸附構(gòu)型Fig.10 Adsorption structure model of OP-4，ODEA，and Span80 on coal surface in water

2.5.2 界面水分子運移特性

3 種藥劑體系下的水分子聚集特性可通過均方位移（MSD）及其擴散系數(shù)（D）來反映。 由于煤表面存在大量極性基團，體系中水分子運動相對受限，一些極性基團使水分子受到范德華相互作用和氫鍵的影響，水分子被緊緊吸附在煤表面。 水分子擴散系數(shù)越低，表明水分子受限程度越高。 擴散系數(shù)通過式（3）［28］計算：

式中，N為擴散分子總數(shù)；ri（t）和ri（0）分別為質(zhì)點在t時刻和0 時刻的位置向量；下標(biāo)i為第i個擴散分子；KMSD為MSD 的斜率。

圖11 為不同藥劑模擬體系中水分子均方位移圖。 可以看出，Span80 藥劑體系下水分子擴散系數(shù)最大，ODEA 體系其次，OP-4 體系水分子擴散系數(shù)最小。 這表明，相較ODEA 與OP-4，Span80 分子的親水基團更傾向于取代水分子與煤表面親水位點作用，同時通過其疏水碳鏈對水分子的排斥作用抑制水分子在煤表面的吸附。 在此基礎(chǔ)上，當(dāng)浮選體系存在烴類油等捕收劑時，在非極性分子間的引力作用下，表面活性劑疏水碳鏈會與烴類油碳鏈相互鏈接，從而顯著提高了低階煤的可浮性。

圖11 不同藥劑模擬體系中水分子均方位移Fig.11 Mean square displacement diagram of each agent in the simulation system

綜合捕收劑微觀形態(tài)及粒度分析、接觸角分析、煤表面XPS 分析、分子動力學(xué)分析可以看出，三類非離子型表面活性劑對煤樣表面疏水性均有改善作用，一方面體現(xiàn)在藥劑分子極性基團對顆粒表面親水位點的覆蓋進行疏水強化，另一方面體現(xiàn)在藥劑乳化分散烴類油的能力，形成大量細(xì)小液滴與表面疏水位點及疏水改性的親水位點進行有效作用。 在上述兩層面的綜合作用下，OP-4 與ODEA 作用效果相當(dāng)，而Span80 表面活性劑遠(yuǎn)優(yōu)于OP-4 與ODEA。 圖12 概括顯示了各類型捕收劑對低階煤顆粒表面的疏水改性作用。

圖12 不同類型捕收劑疏水改性低階煤顆粒表面示意Fig.12 Schematic of different collectors adsorbed onto the surface of low-rank coal

3 結(jié) 論

1）非離子型復(fù)配捕收劑表現(xiàn)出較好捕收性和選擇性，可不同程度改善長焰煤浮選綜合效果，強化程度因非離子型表面活性劑類型而異。 其中，復(fù)配酯類Span80 捕收劑浮選效果最佳，復(fù)配醚類OP-4捕收劑、復(fù)配酰胺類ODEA 捕收劑浮選效果相當(dāng)，煤油浮選效果最差。

2）3 類非離子型表面活性劑極性基團通過氫鍵鍵合有效覆蓋煤粒表面極性位點，且分子疏水端向水相延伸，增加了煤顆粒表面疏水性，Span80 煤粒親水位點結(jié)合程度更高，鋪展性更強，ODEA 作用效果其次，OP-4 的覆蓋能力最弱。

3）3 類非離子型表面活性劑均可降低煤油液滴尺寸，相較OP-4 與ODEA 復(fù)配捕收劑，復(fù)配酯類Span80 藥劑體系藥劑液滴粒級小、數(shù)量多，增加了其與煤粒疏水位點的接觸時長與面積，更有利于浮選強化。

4）3 類非離子型表面活性劑的疏水強化作用是其親水位點疏水改性與乳化烴類油共同作用的結(jié)果，試驗結(jié)果表明酯類表面活性劑Span80 與烴類油復(fù)配對長焰煤的疏水強化能力最強。