聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響:
聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響,為研宄聚丙烯酰胺(PAM)的性質對煤泥水絮凝效果的影響，合成了非離子型聚丙烯酰胺（PAM)、陰離子型 聚丙烯酰胺（PHP)和陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM),對望峰崗選煤廠的浮選尾煤進行了絮凝沉降試驗，研宄了聚丙 烯酰胺的分子量、水解度和陽離子度對煤泥水絮凝效果的影響，聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響,並討論了聚丙烯酰胺的絮凝機理。
選煤廠煤泥水處理是實現洗煤水閉路循環的重 要生產環節[1]，不僅是環境保護的要求，也是有效回 收細粒煤，提高經濟效益的措施之一。解決煤泥水 的澄清問題，除了采用合理的工藝流程及設備，還需 要合理選擇並使用絮凝劑，加入適當的絮凝劑使煤 泥水中的微細顆粒預先凝聚或絮凝，使之形成絮團， 増大粒度，從而加大其沉降速度，提高煤泥水的澄清 沉降效果。
目前選煤廠大多采用聚丙烯酰胺作為絮凝劑， 而聚丙烯酰胺又有不同的種類，對其種類和用量的 選擇是極為重要的。不同種類的聚丙烯酰胺有不同 的使用效果，用量過多不僅造成浪費，還會帶來絮團 聚積不易壓縮的不良後果，甚至會引起煤泥水懸浮 液穩定不沉降的狀況；用量過少會降低煤泥顆粒沉 降速度，影響煤泥水濃縮、澄清效果[2]。為此，文中 采用了不同分子量、不同水解度和不同陽離子度的 聚丙烯酰胺絮凝劑，對望峰崗選煤廠的浮選尾煤進 行了絮凝沉降試驗，研究了聚丙烯酰胺的分子量、水 解度和陽離子度及其用量對煤泥水絮凝效果的影 響，並討論了聚丙烯酰胺的絮凝機理。
1實驗部分
1.1實驗儀器及樣品
量筒;581- G型光電比色計;移液管；秒表;烏 氏粘度計;堿式滴定管；電熱恒溫真空幹燥箱;加熱 磁力攪拌器;恒溫水浴裝置等。
試驗用煤泥水為望峰崗選煤廠浮選尾煤，試驗 用水采用實驗室自來水。
製切實可行的安全技術管理措施，審批後的措施由 技術人員跟三班貫徹落實。
(3)三班設專人看抽放泵、風門、斷電儀、風機、 風幛等按要求正確使用。
(4)在工作麵、上隅角和回風巷分別安設瓦斯電 警報儀。
(5)每班設2名業務精、責任心強的專職瓦檢 員，工作麵和回風巷各1名瓦檢員，隨時檢查瓦斯變 化情況及措施兌現情況。
(6)工作麵上隅角掛便攜。采煤段長、班組長、 放炮員和瓦斯檢查員都必須佩帶便攜式瓦斯警報 儀，隨時檢測瓦斯。
(7)嚴格執行“三人放炮製”，必須執行“ 一炮三 檢’製度，放炮使用乳膠炸藥。
(8)每班設1名機電防爆員檢查機電設備防爆
情況，電氣設備防爆率必須達100%。
(9)嚴格執行采煤綜合防塵措施，采前進行煤體 注水，聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響,機組內外噴霧、轉載點灑水、入、回風淨化必須 靈敏可靠，按要求使用，灑水，上、下順槽定期清塵， 消滅積塵現象。
(10)嚴格執行“ 一通三防”幹部區域負責製，把 礦、區、段三級幹部的責任落實到人頭，明確責任，做 到三班有幹部檢查、落實重點麵的措施兌現情況。
(11)局、礦通風安監人員側重到重點工作麵檢 查監督措施落實情況。
圖
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R劑用
不同分子量PAM的用量對透光率的影響
藥劑用量的増大，透光率増加，即絮凝效果 -2011 China Academic Journal Electronic Pi;
1.2不同性能的聚丙烯酰胺的合成與測定
采用光引發聚合技術[3~4]合成不同分子量、不 同水解度和不同陽離子度的聚丙烯酰胺。對合成的 三種性質的聚丙烯酰胺通過測定其特性粘數來表征 其分子量，以水解度代表PHP的陰離子特性，用陽 離子度CD表征CPAM的陽離子性質。特性粘數及 水解度分別按GB120C5.1- 89和GB12005. 6- 89方 法測定；CPAM的陽離子度采用提純一AgNO3滴定 法測定。
1.3絮凝性能檢測
為使實驗簡化，測定煤泥水絮凝澄清後的上層 清液的透光率來比較絮凝劑的作用效果，透光率越 大，澄清沉降效果越好。
本試驗采用單因素試驗，試驗操作步驟是：取 500 mL煤泥水試樣裝入量筒中，加入一定量的藥 劑，並雙向翻轉量同10回合，靜置5 min後，用光電 比色計測上清液的透光率(澄清度）。
2結果與討論
21 PAM,PHP,CPAM的性質測定
采用烏氏粘度計測特性粘數，用滴定法測水解 度(HD)和陽離子度(CD)，測定結果見表1:
表1特性粘數、水解度和陽離子度測定結果
PAMPHI)CPAM
序號特性粘數 /mL. g-1序號特性粘數
/mL*g- 1HD一 ^
，序號
/%特性粘數
/mL*g- 1CD
/ %
1389682010117108
26087817201273515
38298843301371225
410159848401470935
5156810837501572550
從表1可知，1~ 5號為非離子型聚丙烯酰胺， 分子量是逐漸増大的;6~ 10號為陰離子型聚丙烯 酰胺，特性粘數在800 ~ 850 ml/g範圍內，水解度是 逐漸増大的；11~ 15號為陽離子型聚丙烯酰胺，特 性粘數在700~ 750 ml/g範圍內，陽離子度是逐漸増 大的。
2.2分子量對絮凝能力的影響
測定不同分子量的PAM的絮凝效果，結果如圖 1所示，煤泥水質量濃度:40 g/L。
1015
提高，但用量大到一定程度後絮凝效果増加不明顯， 可見藥劑有個最佳用量，過大的用量不僅不經濟，而 且會發生絮凝保護作用，絮凝效果下降。
不同分子量的PAM其絮凝效果是不同的，分子 量越大透光率(沉降效果)也相應増大，同時分子量 越大，達到同樣絮凝效果所用的藥劑量越小。所以 提倡采用高分子量的PAM用作煤泥水絮凝劑，但分 子量並不是越大越好，過高的分子量不僅溶解困難， 而且大分子運動遲緩，達不到絮凝效果[5]。從圖1 可見，當特性粘數為829~ 1 568 mL/g時，其絮凝效 果差別不大，對於一般用於煤泥水處理的絮凝劑，其 分子量當特性粘數為1 000 ml/g左右即比較合適。 2. 3 PHP水解度對絮凝作用的影響
對分子量基本一致(特性粘數為800~ 850 mL/g)， 但不同水解度的PHP進行煤泥水絮凝效果試驗，其水 解度、藥劑用量與上清液透光率三者間的關係如圖 2所示。煤泥水質量濃度為40 g/L。
圖2不同水解度的PHP用量對透光率的影響
首先不同水解度的IHP均隨藥劑用量的増大，聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響, 透光率先増加到一最大值後變的平緩。但水解度不 同其絮凝效果卻不大一樣，其中絮凝效果最好的水 解度為30%。
水解度較低時，分子鏈上一COO-基團較少，此 時尚不足以使大分子展開，因而絮凝效率受到一定 影響，雖然一⑴0H解離少，電負性弱，同帶負電的 煤粒表麵的靜斥力小，但架橋作用不如大於30%水 解度時好。
水解度適中，如30%水解度的PHP，其陰離子 基團既有助於分子的展開，又有利於架橋作用的產 生，實驗中水解度為30%的絮凝效果最好。
水解度過大，由於一COO-基團増多，高分子能 伸展的很好，但同時負電性也増強，又因一COO-的 増多，它與帶負電性的煤粒表麵的斥力増強，甚至阻 止了架橋作用的產生。
2. 4 CPAM陽離子度對絮凝作用的影響
以不同陽離子度的CPAM (特性粘數為700~ 750 ml； g)處理煤泥水，其陽離子度、藥劑用量與上 清液透光率三者的關係如圖3所示，煤泥水質量濃
圖4
分散
(3)外伸部分未碰到另外的礦粒，吸附到原來吸 附的粒子上，形成分散，如圖8所示。
圖8絮凝過程示意圖
B,K ^(2)不同水解度的聚丙烯酰胺處理煤泥水時，以
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publis30% 水解度的 PHP 絮凝澄清效果最好。
圖3分析可知:隨藥劑用量的増大，透光増加較 快，到一高點後又變得較平緩，最佳用量5~ 10g/m3。CPAM的CD值對絮凝性能的影響很大。 具有適中CD值的CPAM絮凝性能好，上層清液透 光率大，CD過大或過小時絮凝性能變差。CD值小 的CPAM分子鏈上陽離子基團少，不能完全中和顆 粒表麵的負電荷，顆粒不易相互聚集而絮凝沉降，表 現出的絮凝能力不強。CD值過大的CPAM分子鏈 上陽離子基團多，除將顆粒表麵的負電荷完全中和 外，剩餘的正電荷會使顆粒表麵電荷符號反轉，聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響,顆粒 間斥力増大，不利於絮凝。CD值為15%的12號 CPAM絮凝性能最好。
3絮凝機理探討
聚丙烯酰胺是一種高分子絮凝劑，高分子絮凝劑 一般都是線型高分子聚合物，其特征是:具有鏈狀的高 分子結構;在長鏈分子上含有大量親固活性基團，常見 的有一COOH，—SO3H， —PO3OH2, —NH3QH，—
NH2OH等。這樣，高分子絮凝劑就會象架橋一樣，搭 在兩個或多個礦粒上，並以自己的活性基團與礦粒 起作用，從而將礦粒聯接形成絮凝團，這種作用稱為 橋鍵作用。其模型可能有以下幾種：
模型I如圖4:絮凝劑如一根曲線將兩顆粒子 鍵合，如絮凝劑過量，則各自包住個別粒子，形成分 散狀。
絮凝模型1
模型II如圖5:當用量適當時，絮凝劑分子兩端 鍵合著粒子，使之絮凝，用量過多時，各個粒子表麵 都包裹著絮凝分子，因為絮凝劑隻拉住了個別的粒
子，又形成分散狀。
絮凝過程如下：
(1)用量適宜時，絮凝劑分子與礦粒接觸（吸 附)，而絮凝劑分子其餘部分就向外伸入溶液中，如 圖6所示。
絮凝劑分子粒子 不穩定分子
圖6絮凝過程示意圖
(2)外伸部分與另有吸附空位的粒子結合形成 絮團，如圖7所示。
不穩定分子絮團
圖7絮凝過程示意圖
再生穩定粒子
(4)絮凝劑過量，粒子表麵無吸附空位用於形成 橋聯，聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響,則礦粒保持分散狀，如圖9所示。
絮凝劑分子礦粒 穩定粒子
圖9絮凝過程示意圖
(5)強烈長時間攪拌，絮團被破壞以致分散，如
圖10所示。
絮團絮團碎塊再生絕定塊
圖10絮凝過程示意圖^
聚丙烯酰胺絮凝劑模型和機理的探討與文中的 實驗結果是一致的，可見聚丙烯酰胺的性能、用量、 礦漿的性質及攪拌條件都可能影響其絮凝效果。
4 結語
通過對不同性質的聚丙烯酰胺進行的煤泥水絮 凝試驗，得出如下結論：
(1) 一般而言，聚丙烯酰胺分子量越大，其絮凝 澄清效果越好，因而提倡采用高分子量的PAM用作 煤泥水絮凝劑，其分子量當特性粘數為1 000 mVg 左右即比較合適。
洗煤生產管理是一個繁雜的係統，利用各種手 段加強洗煤生產管理對於提高產品質量，降低各種 損耗十分重要。文中將就洗煤生產管理的質量控製 中的有關內容給出數理統計解釋，做一次理論探討。
1洗煤生產實際的正態分布規律
洗煤生產中，產品的質量經常波動，原因歸納起 來有兩種:一種叫偶然因素，即設備、操作、原料等突 發地出現明顯改變，生產出現反常，造成質量波動， 是可控力;另一種叫隨機因素，即生產條件並未發生 明顯改變，而是由各個細微的不可避免的因素相互 疊加而引起的質量波動，是一種正常狀態下出現的 波動，是不可控力。就總體而言，質量波動是這兩種 因素混合作用造成的；而由偶然因素造成的反常波 動需要我們及時加以糾正、調整，使之得以排除。如 何鑒別出現的是哪種波動，是洗煤生產管理的關鍵。
(3)不同陽離子度的聚丙烯酰胺有不同的絮凝 效果，本研究在CPAM的CD值為15%時對煤泥水 的絮凝效果最好。
聚丙烯酰胺隨用量的増大，絮凝澄清效果提高， 但是超過最佳用量後，聚丙烯酰胺的性質對煤泥水絮凝效果的影響,絮凝澄清效果提高並不顯著。 聚丙烯酰胺處理煤泥水，其加藥量有一個最佳值，這 個最佳用藥量與煤泥水性質有關，因而對於不同的 選煤廠聚丙烯酰胺的用量應通過實驗確定。
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