通过超细研磨以及SHMP/SDS协同调理技术，实现对难浮炼焦煤浮选性能的提升的界面改性机制

《Fuel》：Interfacial modification mechanisms for enhanced flotation of hard-to-float coking coal via ultrafine grinding and SHMP/SDS synergistic conditioning

通过超细磨矿结合SHMP和SDS协同作用，显著降低煤 ash含量至11.77%，机理研究表明磨矿暴露新碳表面提升亲脂性，SHMP分散细泥层，SDS乳化煤油提高接触效率，实现高效浮选。

　　在煤炭工业中，焦煤因其复杂的杂质矿物存在状态而面临浮选技术的挑战。本研究旨在通过超细粉碎技术提高煤样中的矿物解离程度，并选择钠基六偏磷酸（SHMP）和十二烷基硫酸钠（SDS）作为调节剂，以改善浮选效率。随着粉碎时间的延长，精煤的灰分含量逐渐降低，在50分钟时达到13.28%。然而，扫描电镜（SEM）分析表明，如果粉碎时间过长（≥40分钟），煤表面会形成黏土矿物涂层。加入SHMP（2000克/吨）和SDS（70克/吨）后，精煤的灰分含量进一步降至11.77%，比传统直接浮选（21.5%）降低了10个百分点，比单独超细粉碎（13.31%）降低了1.51个百分点，同时煤油用量减少了25%。进一步的机理研究表明，超细粉碎可以暴露煤的新鲜碳质表面，使接触角从54.6°增加到67.7°，从而增强煤的疏水性。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理屏蔽”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高捕收剂与煤表面的接触效率。这两种试剂协同作用，为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。本研究提出了一种新的界面调节策略，用于解决难浮选焦煤的浮选难题。

煤炭是全球最丰富的化石燃料之一，对全球经济、能源安全和工业发展具有深远影响。作为重要的工业原料，焦煤需要严格控制其灰分含量（通常为9.0%-12.0%），以便进行后续的炼焦过程。低灰分焦煤（灰分含量<12%）可以减少炼焦过程中产生的炉渣，从而降低高炉的能耗。高灰分煤副产品可以被重新利用：例如，煤燃烧废弃物（CCW）可以增强水泥在处理高塑性黏土中的效果，而处理后的煤底灰（CBA）可以替代水泥。然而，在原煤分选过程中，20%-30%的中间产物（灰分含量超过30%）被生成，每年产生约2000万吨的细粒高灰分焦煤（FWCC）。大多数FWCC被直接用作发电厂燃料，导致稀缺资源的浪费。近年来，杜等人通过电渗干尾矿坝模型试验（使用导电网格）验证了该技术可以有效处理煤炭加工产生的细泥和尾矿，为后续处理焦煤浮选过程中产生的废弃物提供了实际方向。

焦煤中的高灰分含量主要由黏土矿物（如高岭石）引起，同时还有少量的方解石、黄铁矿和石英。高岭石通过静电吸引力（由于表面电负性）和范德华力与煤表面发生强烈相互作用，形成“泥浆涂层”并吸附水分，从而形成结构化的膜。这种膜可以屏蔽煤的疏水区域，增强煤的亲水性，并抑制煤、捕收剂和气泡之间的相互作用，降低其浮选效率。采矿和加工过程会产生大量细粒材料，增加高灰分泥浆在泡沫中非选择性携带的量，从而恶化精煤的质量。

超细粉碎技术虽然能够增强矿物的解离，但也容易导致煤颗粒的聚集，并增加药剂的使用量。解离后的黏土矿物也会在煤表面形成“泥浆涂层”，阻碍捕收剂的吸附。添加粉碎助剂和分散剂可以缓解这种聚集现象：聚丙烯酰胺（PCE）类聚合物粉碎助剂能够降低颗粒表面能，而分散剂则通过静电排斥作用削弱聚集，并通过降低细泥涂层现象来改善煤的浮选性能。传统的捕收剂如煤油选择性差，分散性差，导致药剂消耗高且分选效果不佳。研究人员通过极性基团修饰或乳化技术来改进捕收剂。

本研究重点探讨了SHMP和SDS的应用。表面活性剂的分子结构和界面相互作用机制是其在矿物浮选中起中介作用的核心。隋等人提出，经过修饰的表面活性剂通过特定的功能基团提高界面相互作用的选择性。SHMP是一种具有多个负电荷磷酸基团的聚磷酸盐，在矿物加工中表现出优异的矿物分散性能。SDS是一种阴离子表面活性剂，具有疏水的十二烷基链和亲水的磺酸基团。其两亲结构能够乳化煤油，降低油滴大小，提高其与煤表面的接触效率。与其他浮选调节剂相比，SHMP和SDS表现出显著的优势。聚合物调节剂（如PAM、CMC）容易发生过吸附，遮蔽煤的疏水位点，降低选择性，并成本较高。非离子表面活性剂（如Tween 80）乳化稳定性差，而阳离子表面活性剂会导致煤与黏土的异聚沉。

在表面活性剂体系中，复配常常表现出协同效应：例如，阳离子DTAB和阴离子SDS在低阶煤浮选中的效果优于单一表面活性剂。文等人发现，阴离子表面活性剂的复配通过吸附位点的空间分离实现协同效应。在此基础上，SHMP起到矿物分散作用，而SDS起到捕收剂乳化作用，避免了煤表面吸附位点的竞争。

本研究在粉碎-浮选实验中采用SHMP作为分散剂和SDS作为乳化剂。通过结合矿物分析仪（BPMA）、激光粒度分析仪、扫描电镜（SEM）、接触角测量（CA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、Zeta电位分析、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）等表征技术，旨在阐明粉碎、浆料分散和化学分散之间的协同机制，为高效分离高灰分难浮选焦煤提供理论支持。

煤样大小分析显示，煤样是山西煤准备厂的浮选原料，其小规模筛分试验结果如表1所示。表1展示了焦煤细泥的粒度分布。对于粒径大于0.074毫米的颗粒，累积产率达到22.86%，对应的累积灰分含量为26.49%，表明灰分含量随着粒径的增加而上升。具体而言，粗粒级（如0.500–0.250毫米）的灰分含量较高，而细粒级的灰分含量则相对较低。这一现象说明，在煤的浮选过程中，粒度越细，灰分含量越高，因此需要通过粉碎和分散手段降低细粒级的灰分含量，提高浮选效率。

粉碎时间对粒度分布的影响如图6所示，图6分别展示了不同粉碎时间下煤样的粒度分布曲线和累积粒度分布曲线。随着粉碎时间的逐渐增加，煤样粒度分布曲线的峰值位置呈现出向细粒级方向迁移的趋势，且偏离幅度逐渐减小。此外，粒度分布范围越窄，煤样中细粒级的比例越高，这表明粉碎时间的延长有助于煤样粒度的细化，从而提高浮选效率。然而，当粉碎时间过长时，煤表面会形成黏土矿物涂层，这会阻碍捕收剂的吸附，降低浮选效率。因此，需要在粉碎时间和药剂添加之间找到一个最佳的平衡点。

本研究采用超细粉碎技术对含有夹杂物的焦煤进行预处理，并协同使用SHMP和SDS来提高浮选效率。通过多种表征技术，如红外光谱、原子力显微镜和X射线光电子能谱，系统地阐明了粉碎、浆料分散和化学分散之间的协同作用机制。研究结果表明，超细粉碎能够有效降低煤样的粒径，提高其疏水性，从而改善浮选性能。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理屏蔽”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高捕收剂与煤表面的接触效率。这两种试剂协同作用，为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。

在实际工业应用中，焦煤的浮选技术面临诸多挑战。首先，焦煤中的杂质矿物，尤其是黏土矿物，会形成复杂的结构，阻碍煤与气泡之间的接触。其次，超细粉碎虽然能够提高矿物的解离程度，但也容易导致煤颗粒的聚集，增加药剂的使用量。因此，如何在粉碎和药剂添加之间找到最佳的平衡点，是提高浮选效率的关键。本研究通过实验和理论分析，探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的作用机制，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，SHMP和SDS的协同使用能够有效解决上述问题，提高焦煤的浮选效率。

在浮选过程中，煤的粒度和表面性质对浮选效率具有重要影响。煤的粒度越细，其表面能越高，容易形成细泥，这会降低浮选效率。因此，通过超细粉碎技术，可以降低煤的粒度，提高其表面的疏水性，从而改善浮选性能。然而，超细粉碎过程中，煤颗粒容易发生聚集，这会降低煤的浮选效率。因此，需要通过添加分散剂来缓解这种聚集现象。SHMP作为一种有效的分散剂，能够降低煤颗粒之间的聚集，提高其浮选效率。此外，SHMP还能增强煤表面的电负性，从而改善煤与气泡之间的相互作用。

在浮选过程中，捕收剂的吸附能力对浮选效率具有重要影响。煤油作为一种常用的捕收剂，其吸附能力较强，但选择性较差，容易发生非选择性吸附。因此，需要通过添加乳化剂来改善其吸附性能。SDS作为一种阴离子表面活性剂，能够乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。此外，SDS还能通过增强煤表面的疏水性，提高煤的浮选效率。因此，SHMP和SDS的协同使用能够有效提高焦煤的浮选效率。

本研究通过实验和理论分析，探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的作用机制，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，SHMP和SDS的协同使用能够有效解决焦煤浮选过程中的问题，提高浮选效率。通过多种表征技术，如红外光谱、原子力显微镜和X射线光电子能谱，系统地阐明了粉碎、浆料分散和化学分散之间的协同作用。本研究为高效分离高灰分难浮选焦煤提供了理论支持，具有重要的应用价值。

在实际应用中，焦煤的浮选技术需要考虑多种因素，包括粉碎时间、药剂添加量、浮选条件等。本研究通过实验和理论分析，探讨了这些因素对浮选效率的影响，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，通过合理控制粉碎时间和药剂添加量，可以有效提高焦煤的浮选效率。此外，通过优化浮选条件，如pH值、温度、气泡大小等，也可以提高焦煤的浮选效率。

本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是提高焦煤浮选效率的重要手段。

在工业应用中，焦煤的浮选技术需要考虑多种因素，包括粉碎时间、药剂添加量、浮选条件等。本研究通过实验和理论分析，探讨了这些因素对浮选效率的影响，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，通过合理控制粉碎时间和药剂添加量，可以有效提高焦煤的浮选效率。此外，通过优化浮选条件，如pH值、温度、气泡大小等，也可以提高焦煤的浮选效率。

本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是提高焦煤浮选效率的重要手段。

在实际应用中，焦煤的浮选技术需要考虑多种因素，包括粉碎时间、药剂添加量、浮选条件等。本研究通过实验和理论分析，探讨了这些因素对浮选效率的影响，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，通过合理控制粉碎时间和药剂添加量，可以有效提高焦煤的浮选效率。此外，通过优化浮选条件，如pH值、温度、气泡大小等，也可以提高焦煤的浮选效率。

本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是提高焦煤浮选效率的重要手段。

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本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是提高焦煤浮选效率的重要手段。

在实际应用中，焦煤的浮选技术需要考虑多种因素，包括粉碎时间、药剂添加量、浮选条件等。本研究通过实验和理论分析，探讨了这些因素对浮选效率的影响，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，通过合理控制粉碎时间和药剂添加量，可以有效提高焦煤的浮选效率。此外，通过优化浮选条件，如pH值、温度、气泡大小等，也可以提高焦煤的浮选效率。

本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是提高焦煤浮选效率的重要手段。

在实际应用中，焦煤的浮选技术需要考虑多种因素，包括粉碎时间、药剂添加量、浮选条件等。本研究通过实验和理论分析，探讨了这些因素对浮选效率的影响，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，通过合理控制粉碎时间和药剂添加量，可以有效提高焦煤的浮选效率。此外，通过优化浮选条件，如pH值、温度、气泡大小等，也可以提高焦煤的浮选效率。

本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是提高焦煤浮选效率的重要手段。

在实际应用中，焦煤的浮选技术需要考虑多种因素，包括粉碎时间、药剂添加量、浮选条件等。本研究通过实验和理论分析，探讨了这些因素对浮选效率的影响，并提出了相应的优化方案。研究结果表明，通过合理控制粉碎时间和药剂添加量，可以有效提高焦煤的浮选效率。此外，通过优化浮选条件，如pH值、温度、气泡大小等，也可以提高焦煤的浮选效率。

本研究还探讨了SHMP和SDS在浮选过程中的协同作用。SHMP通过增强电负性，分散细泥，消除“物理 shielding”效应，而SDS则通过乳化煤油，提高其与煤表面的接触效率。这两种试剂的协同作用能够为煤油创造更有效的吸附位点，增强煤表面的疏水性，最终提高煤颗粒与气泡之间的附着能力，从而实现浮选效率的提升。因此，SHMP和SDS的协同使用是处理难浮选焦煤的重要策略。