脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选强化的影响机制

徐梦迪，何琳，司伟汗，包西程，刘晓康，邢耀文，桂夏辉，曹亦俊

1) 中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心，徐州 221116 2) 中国矿业大学化工学院，徐州 221116 3) 郑州大学河南资源与材料产业河南省协同创新中心，郑州 450000

煤炭是我国的主要化石能源，在未来相当长的时间内，在我国能源结构中的主导地位不会发生改变[1–3].我国煤炭资源种类丰富，主要包括较高变质程度的无烟煤、中等变质程度的烟煤以及低变质程度的褐煤、低阶煤等，但其数量及储量极不均衡.其中低阶煤储量巨大，约占已探明煤炭资源总储量的50%以上[4]，成为我国能源生产和供应的重要保障，这部分煤炭资源的合理开发与清洁利用对我国经济发展和环境保护具有重要意义[5–6].近年来我国高效选煤工艺和大型选煤设备的发展取得了长足的进步，块煤重介质分选技术已逐渐成熟.随着采煤机械化程度的提高和煤质的下降，我国煤泥呈现出“贫、杂、细”等特点，煤泥分选问题进一步凸显[7].浮选是利用煤和矸石的天然亲疏水性差异实现细颗粒选择性分离的界面分选技术，疏水性颗粒粘附至气泡形成矿化气絮团并上浮至泡沫相成为精矿产品，亲水性矸石颗粒则继续留在矿浆相中随着尾矿排出，从而实现不同界面性质颗粒之间的分离[8–9].

在煤炭浮选过程中，非极性烃类油常被用作捕收剂，可提高颗粒的疏水性，从而提高颗粒与气泡的粘附概率.但低阶煤孔隙发达，表面含有大量含氧官能团，如醇羟基、酚、羰基、羧基等[10–12]，这些含氧官能团能够与极性水分子结合，在低阶煤表面形成稳定的水化膜，阻碍捕收剂在颗粒表面的铺展，导致捕收剂用量的增加，经济成本的大幅提高[13–14].浮选效率低、捕收剂用量大、成本高是制约细粒低阶煤高效利用的主要问题.

近年来，对低阶煤或氧化煤的浮选过程强化研究受到了广泛关注，特别是含氧的醇、醛、酸、酯类极性捕收剂发展引起了研究人员的极大兴趣[13,15–16].极性捕收剂的加入可对低阶煤表面进行改性，促进颗粒与气泡间的相互作用，提高浮选回收率.Jia[13]和Gui等[17]的研究表明，极性含氧捕收剂与煤表面的含氧亲水位点间存在氢键作用，可改善煤样表面疏水性，从而提高浮选低阶煤或氧化煤浮选回收率.Xing等[9]采用一种新型的含氧极性复配捕收剂CC 浮选氧化煤，可获得较好的浮选效果.研究发现，CC 中含有大量极性基团，如–OH、C=O等，这些极性基团能够和氧化煤表面的极性位点通过氢键结合，而非极性官能团则通过疏水作用与氧化煤表面的非极性位点结合，因此极性与非极性成分的结合能够更好改善氧化煤表面疏水性.煤表面含有大量芳香环，Miao等[18]研究了极性的壬基苯和十二烷对煤泥浮选的影响，结果表明壬基苯的浮选性能优于十二烷，壬基苯通过大π 键与煤表面的芳香位点进行相互作用，从而提高煤表面疏水性和浮选回收率.双键具有一定的弱极性，也有研究表明，不饱和脂肪酸对矿物的捕收性能优于其饱和同系物[18]，但其对低阶煤浮选的影响鲜有报道.

为了探索双键对低阶煤浮选的影响，本文选取碳链长度相同，但双键个数依次增加的不饱和脂肪酸（油酸、亚油酸和亚麻酸）作为浮选捕收剂，研究脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选强化的影响机制，并与典型的非极性柴油进行对比，这对进一步寻求天然脂肪酸类捕收剂替代品和开发新型高效浮选捕收剂具有一定的指导意义.

1 试验

1.1 试验煤样

试验所用煤样来自于神东矿区补连塔选煤厂，所取煤样为煤泥水，采用过滤机过滤并在干燥箱中进行干燥，混匀后缩分并密封储存于塑料桶中，置于通风阴凉处.通过5E-MAG6700 全自动工业分析仪对该煤样进行工业分析，结果如表1 所示.由表可知，该煤样的空气干燥基水分（Mad）为11.16%，空气干燥基灰分（Aad）为9.10%，干燥无灰基挥发分（Vdaf）为32.81%，固定碳（FCdaf）为61.08%.煤样的挥发分较高，表明此煤样属于煤化程度较低的长焰煤.

表1 煤样工业分析（质量分数）Table 1 Proximate analysis of the coal sample %

根据国标GB/T477—2008《煤炭筛分试验方法》对该低阶煤进行粒度分析，结果如表2 所示.由表可知，0.50～0.25 mm 粒度级产率为39.91%，为主导粒度级，该粒度级灰分为7.86%；细粒级<0.045 mm 产率为17.08%，灰分达到12.02%，在浮选过程中这部分细粒易通过机械夹带进入浮选泡沫，导致精煤灰分增加.

表2 低阶煤粒度组成分析Table 2 Particle size and ash content distributions of low-rank coal

根据国标GB/T 478—2008《煤炭煤浮沉试验方法》对煤样进行小浮沉试验，所用重液由苯、四氯甲烷和三溴苯酚进行混合配制，重液密度分别为1.3、1.4、1.5、1.6 和1.8 g·cm–3.试验使用低速离心机，离心速度设置为3000 r·min–1，时间为10 min，煤样的密度组成结果如表3 所示.由表可知，<1.5 g·cm–3密度级产率为92.26%，灰分仅为4.76%.>1.5 g·cm–3密度级产率为7.75%，灰分为46.79%，远高于原煤灰分，该中高密度级颗粒的上浮是导致精煤灰分高的主要原因.

表3 低阶煤密度组成分析Table 3 Density analysis of low-rank coal

1.2 扫描电子显微镜测试（SEM）

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）主要利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态.本试验中采用扫描电镜对煤样表面形貌进行扫描分析，从而直观观察煤样表面孔隙、裂隙等形貌特征.在进行扫描电镜试验之前，首先对煤样表面进行喷金处理，然后在15 kV 高压环境中，对煤样表面分别进行300、500、900 倍放大扫描分析.

1.3 傅里叶变换红外光谱分析测试（FTIR）

傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）主要是通过物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收来进行物质结构的定性分析.通过对煤样进行傅里叶变换红外光谱分析，可根据其特征吸收峰的位置和强度来判断煤样表面官能团的组成[19].在样品制备时首先将煤样磨至–0.045 mm 以下，并取2 mg 样品与300 mg 溴化钾（KBr）进行充分混合，在玛瑙研钵中研磨至2 μm粉末，在30～40 MPa 压力下压制成片，对煤样表面进行官能团分析.扫描范围4000～500 cm–1，步长为4 cm–1，扫描频率64 s.在对样品进行分析时，需扣除背景值和空气的影响.

1.4 X 射线光电子能谱分析（XPS）

傅里叶变换红外光谱仅能够对煤样表面能官能团进行定性分析，X 射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）测试技术可用于煤样表面元素种类、化学态及相对含量的半定量分析，通过对煤样的窄程扫描数据进一步进行分峰拟合，可获得各官能团的相对含量.本文通过ESCALAB 250Xi (Thermo Scientific,Waltham,MA,U.S.A.)对煤样表面进行宽谱扫描、对C 元素进行窄扫，并通过Casa XPS 对窄扫结果进行分峰拟合，得到煤样表面官能团的组成与含量.

1.5 浮选试验

浮选试验在XFD-1 L 单槽浮选机进行，矿浆浓度为80 g·L–1，叶轮转速为1800 r·min–1，充气量为0.4 L·min–1.选择柴油、油酸、亚油酸、亚麻酸作为捕收剂，用量分别为500、1000 和2000 g·t–1，起泡剂为仲辛醇，用量为600 g·t–1.首先对煤泥进行预润湿120 s，捕收剂接触搅拌120 s，起泡剂接触搅拌60 s 后开始浮选刮泡，刮泡时间持续120 s，直至结束.浮选精煤和尾煤过滤后在80 ℃条件下进行干燥并称重，计算各产品的产率和灰分.

1.6 颗粒–气泡间粘附力测试

采用高灵敏度微电子机械平衡系统（JK99M2）与数码相机组合，研究不同捕收剂溶液环境下气泡与颗粒间粘附力，实验系统原理如图1 所示[20].

图1 粘附力测试系统原理图[20]Fig.1 Schematic diagram of adhesion force measurement system[20]

将低阶煤煤片固定在微天平下方的位移台上，并在微天平的毛细管口处生成一个直径为1.5 mm的气泡，在气泡与煤片相互运动的初始点处，力设置为0.随后固定在位移台上的煤片以0.01 mm·s–1的速度向上移动，当气泡与煤表面相互接触时，气泡与煤表面产生瞬时粘附力.随后，煤样继续向上移动0.30 mm，保证测力的重复性.调整样品台以相同的速度退回至原始位置，在退回过程中，记录最大的粘附力，最后运动停止，测量停止，粘附力测量重复五次以减小误差.

1.7 分子动力学模拟（MD）

由于伴生矿物和有机结构的变化，煤的组成结构复杂.研究者人员已对煤的结构进行了广泛的研究，并提出了不同的煤分子结构模型.本文选用Wender 模型来代表低阶煤，因为该煤分子模型具有低阶煤的基本特征，如以羧酸、酮、酚、醚等官能团形式存在的各种含氧官能团.Wender 模型、水分子、油酸、亚油酸和亚麻酸的分子结构如图2 所示.

图2 分子结构.（a）Wender 模型[21]；（b）水分子；（c）油酸分子；（d）亚油酸分子；（e）亚麻酸分子 (红色：氧原子；白色：氢原子；灰色：碳原子）Fig.2 Molecular structures of (a) Wender model[21];(b) hydrone;(c) oleic acid molecule;(d) linoleic acid molecule;(e) linolenic acid molecule (The colors are shown as follows: red,oxygen atoms;white,hydrogen atoms;gray,carbon atoms)

为了建立低阶煤的表面模型，通过Materials Studio 8.0 软件（Accelrys Inc）将50 个煤分子装入一个4 nm ×4 nm（长×宽）的盒子中.为了节省计算时间，对表面模型的下半部分进行了约束.采用Forcite 模块的退火算法实现了表面模型在恒压–温度（NPT）系统的结构驰豫，最终温度为298 K，最后对体系进行结构优化及能量最小化.利用三维周期性边界条件将药剂分子、水分子和煤分子模型进行组合，为消除周期性结构对模型的影响，延长Z轴添加高度为6 nm 的真空层，3 种体系大小均为4 nm×4 nm×10 nm（长×宽×高）.采用Materials Studio 8.0 软件中的Forcite 模块进行分子动力学模拟（MD）.所有计算均采用原子模拟研究凝聚态优化分子势（COMPASS）.在模拟过程中，始终考虑水环境因素，依次将油酸、亚油酸、亚麻酸分子放置在煤/水界面附近，分别模拟其在煤/水界面铺展结构.

2 结果与讨论

2.1 煤样表面性质分析

2.1.1 表面形貌分析（SEM）

通过SEM 可直接观察煤样表面的孔隙、裂隙等形貌特征，本试验采用ZEISS 扫描电镜对煤样表面进行300、500 和900 倍放大，低阶煤表面形貌如图3 所示.

由图3 可知，低阶煤表面较粗糙松散，含有大量孔隙和裂隙，且表面粘附较多的细小颗粒.这可能是由于在低阶煤的形成过程中，压力和热量作用在煤层上的时间不够长，不能够完全压缩植被碎屑，使得低阶煤具有孔隙发达的特点.在浮选过程中，由于毛细管压力的吸引，浮选药剂容易穿透这些孔隙和裂隙渗透至煤样内部，影响药剂在煤样表面的铺展，从而导致浮选药剂消耗量大.此外，这些孔隙和裂隙在矿浆中会被水填满，使得气泡与颗粒之间的液膜难以破裂，颗粒与气泡难以矿化，从而影响浮选回收率[22–23].

图3 SEM 不同放大倍数下低阶煤的表面形貌.（a）300；（b）500；（c）900Fig.3 Surface morphology of low-rank coal with different magnifications of SEM: (a) 300;(b) 500;(c) 900

2.1.2 傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）

图4 为傅里叶变换红外光谱对低阶煤的表面官能团初步分析.由图可知，波数在3430 cm–1的吸收峰应该为酚/醇类羟基（–OH）的伸缩振动峰，此吸收峰较高且谱带较宽，说明该低阶煤表面具有一定的亲水基团；2920 cm–1及2850 cm–1附近的两个吸收峰分别由煤分子中亚甲基的C–H 基团对称和反对称伸缩振动引起；位于1610 cm–1处的吸收峰主要为羰基（C=O）的伸缩振动；1380 cm–1附近的峰是甲基（–CH3）的特征红外吸收峰；1110 cm–1附近的吸收峰可能是由羧、酚、醚、醇、酯的C–O振动引起.红外光谱的结果表明该低阶煤表面含有大量极性官能团，煤样呈现出较差的疏水性.

图4 低阶煤表面红外光谱分析Fig.4 FTIR spectrum of the low-rank coal

2.1.3 X 射线光电子能谱分析（XPS）

为进一步确定低阶煤表面含氧官能团的组成，对煤样进行了XPS 测试.低阶煤的XPS 宽谱扫描如图5 所示，对谱图进行分析可得到煤样表面元素组成与含量，如表4 所示.由表中结果可知，低阶煤表面C 元素质量分数为72.17%，O 元素质量分数为19.74%，较高的O 元素含量说明低阶煤表面含有一定量的含氧官能团，提高了煤样的亲水性.煤样表面Si 元素质量分数为3.41%，Al 质量分数为2.55%，说明煤样表面含有少量的矿物质.

图5 低阶煤XPS 宽谱扫描Fig.5 XPS survey scan spectrum of the low-rank coal

表4 低阶煤表面元素组成及相对含量（质量分数）Table 4 Surface element composition and relative contents of low-rank coal %

对C1s 峰进行拟合，可得到低阶煤表面官能团含量的半定量结果，如图6 所示.C–C/C–H、C–O、C=O 和C=O–OH 的结合能分别为284.60、285.60、286.60 和289.10 eV[24–25]，其含量如表5 所示.低阶煤表面C–C/C–H、C–O、C=O 和C=O–O 的质量分数分别为63.54%、25.01%、7.54%和3.92%，与表面疏水部分（C–C/C–H）相比，煤表面含氧基团所占比例为36.47%.煤是一种有机大分子结构，亲水基团散落分布在煤表面，导致煤表面疏水性减弱.浮选时，矿浆中的煤颗粒表面会形成一层较厚的水化膜，阻碍药剂在煤表面的铺展和煤与气泡间的矿化，从而影响浮选回收率.

图6 低阶煤窄扫C1s 分峰Fig.6 XPS C1s peak of the low-rank coal

表5 低阶煤表面官能团组成及相对含量（质量分数）Table 5 Relative contents of functional groups on surface of low-rank coal %

2.2 不同捕收剂对低阶煤浮选的影响

不同捕收剂用量条件下，四种捕收剂对低阶煤浮选产率和灰分的影响如图7 所示.

图7 不饱和脂肪酸对低阶煤浮选产率和灰分的影响.（a）浮选精煤产率；（b）浮选精煤灰分Fig.7 Effect of unsaturated fatty acids on flotation yield and ash content of low-rank coal: (a) yield of flotation concentration;(b) ash content of flotation concentration

由图7（a）可知，浮选产率随着捕收剂用量增加而增加，当捕收剂含量分别为500、1000 和2000 g·t–1时，浮选产率呈现出亚麻酸>亚油酸>油酸>柴油的规律.当捕收剂含量为500 g·t–1时，非极性柴油体系下浮选精煤产率为24.23%，随着捕收剂不饱和程度的增加，油酸、亚油酸和亚麻酸体系下浮选精煤产率分别增加至27.03%、36.08%和39.68%.当捕收剂含量增加至1000 和2000 g·t–1时，非极性柴油体系下浮选精煤产率分别为35.23%和50.42%，油酸、亚油酸和亚麻酸体系下浮选精煤产率分别增加至41.57%、48.27%、57.39%、56.17%、60.97%和75.74%.油酸、亚油酸、亚麻酸作为不饱和脂肪酸，分别含有1、2 和3 个双键，不饱和程度随双键个数的增加而增加.浮选结果表明，该低阶煤浮选产率随捕收剂中双键个数的增加而增加，双键个数的增加能够增强捕收剂分子极性，可有效促进药剂的分散和与煤表面的相互作用，从而改善煤颗粒的疏水性，使得煤颗粒大量上浮.

由图7（b）可知，浮选精煤的灰分随捕收剂不饱和程度的增加轻微增加后下降.浮选精煤的产率随捕收剂不饱和程度的增加而增加，大量煤颗粒上浮导致精煤灰分增加，但当捕收剂为亚麻酸时，浮选精煤灰分有所下降，说明亚麻酸的捕收性能较好，使得低灰精煤大量上浮.

2.3 脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选强化的影响机制

2.3.1 气泡与煤表面的粘附力测试

煤表面可浮性表现为煤与气泡粘附的难易程度，气泡与煤表面的相互作用可以直接反映煤的可浮性[26]，不同捕收剂环境下气泡与煤表面的相互作用可以直接反映捕收剂对煤颗粒的捕收性能.当捕收剂用量为500、1000 和2000 g·t–1时，不同药剂环境下气泡与煤表面间相互作用的力曲线分别如图8、9 和10 所示.由力曲线可知，当气泡最初接近煤表面时，未检测到任何力（A点），随后气泡与煤表面开始接触（B点），气泡与煤表面接触后继续下压0.3 mm（C点）.紧接着将煤样进行下移，气泡开始被拉伸，在脱落前拉伸到最大（D点），紧接着气泡从煤表面脱落（E点）.因此，D点对应的力即为气泡与煤表面最大粘附力，E点对应的力即为气泡与煤表面的脱落力.

图8 捕收剂含量为500 g·t–1 时气泡与煤表面的力曲线.（a）柴油；（b）油酸；（c）亚油酸；（d）亚麻酸Fig.8 Force curves between air bubble and coal surface when collector concentration is 500 g·t–1:(a) diesel oil;(b) oleic acid;(c) linoleic acid;(d) linolenic acid

图9 捕收剂含量为1000 g·t–1 时气泡与煤表面的力曲线.（a）柴油；（b）油酸；（c）亚油酸；（d）亚麻酸Fig.9 Force curves between air bubble and coal surface when collector concentration is 1000 g·t–1:(a) diesel oil;(b) oleic acid;(c) linoleic acid;(d) linolenic acid

图10 捕收剂含量为2000 g·t–1 时气泡与煤表面的力曲线.（a）柴油；（b）油酸；（c）亚油酸；（d）亚麻酸Fig.10 Force curves between air bubble and coal surface when collector concentration is 2000 g·t–1:(a) diesel oil;(b) oleic acid;(c) linoleic acid;(d) linolenic acid

捕收剂含量分别为500、1000 和2000 g·t–1时气泡与煤样表面最大粘附力与脱落力如图11 所示.当捕收剂用量为500 g·t–1时，柴油、油酸、亚油酸和亚麻酸体系下，气泡与煤表面最大粘附力分别为9.00、17.03、41.17 和50.13 μN.捕收剂用量分别为1000 和2000 g·t–1时，柴油、油酸、亚油酸和亚麻酸体系下，气泡与煤表面最大粘附力分别为14.47、25.53、46.83、64.87 μN 和24.33、38.50、55.47、76.63 μN，气泡与煤样表面脱落力也呈现相同的变化.

图11 捕收剂用量对气泡与煤样最大表面粘附力与脱落力的影响.（a）500 g·t–1；（b）1000 g·t–1；（c）2000 g·t–1Fig.11 Effect of collector dosage on max adhesion forces and pull-off forces between air bubble and coal surface: (a) 500 g·t–1;(b) 1000 g·t–1;(c) 2000 g·t–1

不同捕收剂不同用量下气泡与煤表面最大粘附力如图12 所示.气泡与煤表面最大粘附力随着捕收剂不饱和程度的增加而增加，在浮选过程中，气泡与颗粒间粘附力越高，煤的可浮性越好[27].因此可推断，捕收剂中双键个数的增加提高了药剂分子的极性，促进了药剂分子的分散，增强了药剂分子与煤表面的碰撞概率，从而增强了煤表面的疏水性.随着气泡与颗粒粘附力的增大，气泡与颗粒分离的可能性变小，有利于浮选，这与上文中浮选产率随捕收剂不饱和程度增加而增加的结论一致.气泡与煤表面最大粘附力也随着捕收剂用量的增加而增加，这说明随着捕收剂用量的增加，煤表面疏水性增强，有利于浮选，这与该煤样浮选结果一致.

图12 不同捕收剂用量下气泡与煤表面最大粘附力Fig.12 Max adhesion forces between air bubbles and coal surfaces with different dosages of collectors

2.3.2 捕收剂在煤/水界面的吸附结构

柴油作为非极性捕收剂，在含有大量含氧官能团的低阶煤表面难以铺展，因此导致低阶煤浮选回收率较低.对含有不饱和双键的油酸、亚油酸、亚麻酸在煤/水界面的吸附进行分子动力学模拟，油酸、亚油酸、亚麻酸在煤/水界面的平衡吸附构型如图13 所示.

图13 不饱和脂肪酸在煤/水界面的吸附结构.（a）油酸；（b）亚油酸；（c）亚麻酸（局部放大图中蓝色键为氢键）Fig.13 Adsorption structure of unsaturated fatty acids at coal/water interface: (a) oleic acid;(b) linoleic acid;(c) linolenic acid (the blue bond in partial enlargement is hydrogen bond)

采用不饱和程度较低的油酸作为捕收剂时，其在煤/水界面处的吸附结构如13（a）所示，油酸分子中的极性位点与煤表面的极性位点形成氢键从而在煤表面铺展，但铺展程度较低，仍有大量极性基团暴露在水相环境中，从而导致颗粒疏水性较差.随着捕收剂不饱和程度的增加，亚油酸与亚麻酸在煤表面的铺展程度越来越高，如图13（b）所示.由此推断，捕收剂分子中双键个数的增加增强了药剂分子的极性，从而促进了药剂分子在煤表面的铺展.随着捕收剂在煤表面的铺展程度越来越高，非极性基团在水相中越来越多，从而使得颗粒疏水性增强，可浮性增强，这与低阶煤浮选以及气泡与颗粒间粘附力的变化结果一致.

对平衡时煤/水界面上3 种脂肪酸分子与水分子在垂直方向2～8 nm 间的相对密度分布进行计算，结果如图14 所示.相对密度分布曲线上的峰值代表分子、基团或原子的集中位置.由图14 可知，3 种脂肪酸药剂体系下煤表面药剂和水分子分布具有明显差异.对于油酸体系而言，煤表面药剂分子峰值出现在5.025 nm 处左右，水分子在3.975 nm 处左右出现峰值.对于亚油酸、亚麻酸体系而言，煤表面药剂分子峰值分别出现在4.075 nm处和3.725 nm 处左右，水分子峰值均出现在4.875 nm处左右.同时，随着药剂极性的增加，药剂分子的相对密度也逐渐增加.该结果说明，药剂分子占据了水分子在煤表面的吸附位点，在药剂疏水端的排斥作用下，水分子倾向于远离煤表面[28].随着药剂不饱和程度的增加，药剂分子在煤表面的吸附强度增加，更容易在煤表面铺展，从而对水分子的排斥作用增强.

图14 脂肪酸分子与水分子在煤/水界面的相对浓度分布.（a）油酸；（b）亚油酸；（c）亚麻酸Fig.14 Relative concentration distributions of fatty acids and water molecules at the coal/water interface: (a) oleic acid;(b) linoleic acid;(c) linolenic acid

同时根据式（1）对油酸、亚油酸和亚麻酸与低阶煤表面的相互作用能进行计算.

式中，Intd&s为极性药剂与煤表面的相互作用能；Et、Ec、Es、Ew分别为整个系统、极性药剂、煤表面、水的能量；Ec+w、Es+w、Ec+s分别为药剂–水、煤–水、药剂–煤表面络合物的能量.

药剂与煤表面相互作用能越负，表面相互作用越强烈[29−30].经计算，油酸、亚油酸、亚麻酸与煤表面的相互作用能分别为–59.51、–176.52 和–390.50 kJ·mol–1，捕收剂与煤分子间相互作用能随捕收剂不饱和程度的增加而增加，说明捕收剂与煤之间结合的牢固程度随捕收剂中双键个数增加而增加.双键个数的增加提高了捕收剂分子的极性，从而在煤表面极性位点的吸附更加牢固，这与以上粘附力测试及浮选试验结论一致.

3 结论

（1）SEM、FTIR 和XPS 对低阶煤表面的分析表明低阶煤表面含有大量孔隙与裂隙，存在大量含氧官能团（–OH 和C–O），导致煤表面疏水性较差，能够影响浮选药剂在煤表面的铺展，不利于低阶煤的浮选.同时选择碳原子数相同的油酸、亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸作为捕收剂，并与常规非极性捕收剂柴油进行对比，发现脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选的影响机制：极性捕收剂效果优于非极性捕收剂，且捕收剂分子不饱和程度的增加有利于低阶煤浮选，即低阶煤浮选产率呈现亚麻酸>亚油酸>油酸>柴油的规律.

（2）气泡与煤表面结合的牢固程度随捕收剂不饱和程度的增加而增加.对不同药剂环境中气泡与煤表面间的粘附力进行测定，气泡与煤表面的最大粘附力呈现出亚麻酸>亚油酸>油酸>柴油的规律.进一步对不饱和捕收剂在煤/水表面的吸附结构进行分子动力学模拟，并对不饱和脂肪酸与低阶煤表面的相互作用能进行计算，结果表明，捕收剂分子中双键个数的增加提高了药剂分子的极性，促进了药剂分子在溶液中的分散，增强了药剂分子与煤表面的碰撞，并增强了其吸附的牢固程度，使得不饱和脂肪酸在煤表面的铺展程度随其不饱和程度的增加而增加，导致捕收剂分子朝向溶液的非极性端增多.