摘要
黏土是煤中主要的成灰矿物，也是主要脉石矿物，占煤中杂质矿物含量的一半以上。煤中的黏土矿物以高岭土和蒙脱土为主，这些颗粒在水中经历表面水化、渗透膨胀和结晶层分散过程。粘土结晶层分散成微米甚至纳米级很常见。煤中粘土会导致煤泥水不易沉淀、煤泥浮选效率降低。聚环氧乙烷（PEO）常作絮凝剂，可有效改善煤泥水沉降和煤泥浮选效果。有学者认为PEO对煤泥水沉降性能的改善源于其在煤和黏土颗粒间无选择性的杂絮凝，另一部分学者认为PEO对浮选效果的改善是由于其能选择性吸附在黏土表面。论文以蒙脱土、高岭土和煤为研究对象，通过PEO在单矿物体系中吸附规律和吸附热/动力学特征研究，明确相应的吸附机理；研究PEO在煤/粘土混合体系中吸附规律及其对混合分散体系沉降性能影响，明确PEO在煤和粘土表面吸附的选择性差异。主要结论包括： （1）在单矿物体系中，PEO在蒙脱土、高岭土和煤表面吸附4h基本达平衡状态。蒙脱土、高岭土和煤对PEO的吸附过程表现出“两阶段”特性，初始的快吸附和之后的慢吸附阶段。膜扩散和颗粒内扩散共同影响吸附速率。蒙脱土的吸附速率和吸附量明显比高岭土和煤高，蒙脱土、高岭土和煤吸附PEO均符合准二级反应动力学模型，吸附过程均符合Freundlich模型。提高温度有利于PEO在颗粒表面吸附。吸附过程均为吸热反应，?Hθ＞0，?Gθlt;0，?Sθ＞0。 （2）在酸性条件下，蒙脱土表面PEO吸附量降低，高岭土升高，原因可能是由于蒙脱土颗粒间以边-面形式聚合，PEO较难插入蒙脱土的铝硅酸盐层间，PEO与蒙脱土和高岭土的吸附作用主要皆为氢键作用，PEO吸附到煤表面主要为疏水键合及静电作用。 （3）PEO吸附前后蒙脱土、高岭土和煤颗粒间相互作用能计算表明：吸附PEO前后煤颗粒间的疏水吸引势能皆比静电和范德华势能高2个数量级，但总势能降低；吸附PEO的蒙脱土与煤颗粒间的静电斥力增强，疏水吸引势能降低，导致总排斥势能增加，表现为颗粒分散；煤与吸附PEO的高岭土颗粒之间的静电斥力增大，亲水斥力势能减小，总作用势能增加，同样表现为颗粒分散。 （4）PEO在黏土/煤混合体系中吸附研究表明：体系Zeta电位值均为负值。煤占比大的体系Zeta电位平均值更小且溶液中细颗粒占比更低，由于PEO选择性吸附黏土，导致颗粒不易聚集，溶液整体电位平均值上升。混合体系中煤颗粒含量越多，体系沉降效果好。黏土含量增加，体系沉降层稳定所需时间增加，沉降层厚度变大，沉降效果变差。
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