浮選精煤水分偏高一直是選煤廠急需解決的問題，水分 偏高會降低精煤的燃燒熱量，造成大量水分的無效運輸，同時 又會帶來環境汙染。目前我國選煤廠多使用真空過濾機選 煤，為強化浮選精煤的脫水，一方麵可以提高過濾設備的壓 差，另一方麵可以在煤漿加入絮凝劑、助濾劑輔助脫水，操作 簡單，效果較好。

聚丙烯酰胺(PAM)是研究、開發和使用最多的聚合物助 濾劑。早在1950年美國氰胺公司就己經將聚丙烯酰胺工業 化生產。常用的聚丙烯酰胺有三種離子類型，即陽離子型、陰 離子型和非離子型。

非離子型聚丙烯酰胺是丙烯酰胺的均聚物，由於其有較 大範圍的電荷密度，因此在給定的礦漿中可以有一種最佳的 卷曲構型，使其產生最佳的助濾效果。

888电子游戏官网是以丙烯酰胺為主與陽離子單體如2 一丙烯酰亞胺基一^甲基丙烷三甲基氯化銨、甲基丙烯酸乙 酷基三甲基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨等聚合而成，或將 聚丙烯酰胺‘陽離子化”。煤粒表麵呈負電性，陽離子聚丙烯 酰胺用作絮凝劑或助濾劑，分子鏈既可以在煤粒間架橋，又可 以中和煤粒表麵的負電荷，減少煤粒之間的排斥作用，有利於 聚集與絮凝，可提高脫水速度及降低精煤產品的水分。

陰離子聚丙烯酰胺可由丙烯酰胺與陰離子單體如烯丙基 磺酸鈉、馬來酰亞胺基苯甲酸、丙烯酸鈉等聚合而成。聚丙烯 酰胺/丙烯酸鈉是應用最多的一種陰離子聚合物絮凝劑，由於 丙烯酰胺與丙烯酸鈉的Q值較接近(AQ= — 0. 15) e值相 差較大(△£= 1.40)，聚合時交替共聚的傾向較大，易形成理 想的交替共聚物，使陰離子單元在分子鏈上均勻分布。陰離 子絮凝劑在煤粒表麵為環式或尾式吸附，易於在煤粒間形成 橋，對煤粒表麵的雙電層有壓縮作用，且不易受礦漿pH的影 響。

兩性聚丙烯酰胺分子中含有陰離子和陽離子，它們在分 子鏈中的分布與含量對分子鏈的卷曲形態有很大的影響，從 而影響其絮凝助濾效果。林芸、李萬捷〔1]合成了兩性聚丙烯 酰胺(APAM)並用來處理印染廢水取得了較好的效果，認為 兩性聚合物絮凝劑中的陽離子可以捕捉帶負電荷的有機懸浮 物，適量的陰離子單元和中性單元可以促進無機懸浮物的沉 降，起絮凝助劑的作用。

我們合成了兩性聚丙烯酰胺和888电子游戏官网，首次 對比研究了非離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺、陽離子聚 丙烯酰胺和兩性聚丙烯酰胺（結構單元見圖1)的助濾性能， 研究了助濾劑用量、礦漿pH值等因素對其助濾性能的影響. —CH2 —〒H —CH2—CH—CH2—GH—

C=OC=O

II

NHNH2

CH3—C—CH3

I +

CH2N+(CH3)C廠 兩性聚丙烯酰胺

—CH2—CH —CH2—CH—CH2—

C=O

1C=O

1

1

NH

1NH2

CH3—C—CH3

CH2N+(CH3)C「

陽 離子聚丙烯酰胺

■CH2—CH—CH2—CH — | |—CH2—CH—— |

C=O CDC=O

1

1 1

NH2 (廠 Na+1

NH2

陰離子聚丙烯酰胺非離子聚丙烯酰胺

圖1 四種聚丙烯酰胺的結構單元

1實驗

1. 1 兩性聚丙烯酰胺的合成 1. 1 1 試劑

氯化鈉，過硫酸銨，甲醇，均為分析純。

丙烯酰胺（AM) 2—丙烯酰亞胺基一2—甲基丙烷三甲基

表2助濾劑的類型及離子含量

序號離子類型離子含量

非離子—

2陰離子30

3陽離子24. 5

4兩性陽離子陰離子10:10

5兩性陽離子:陰離子12:6

6兩性陽離子:陰離子7:10

氯化銨(AMPTAC)，丙烯酸鈉（NaPA)，分析純，日本進口。 1.1.2 反應過程

將一定比例的AM、AMPTAC及NaPA溶解在100 mL 水中，加入3%的NaCl放入三頸瓶中，通氮氣並升溫至30 ，緩慢滴加過硫酸胺稀溶液，反應30 min後升溫至90 ~ 100 °C加入分子量調節劑，繼續反應2~ 3 h反應完全後將反應 液邊攪拌邊加入到甲醇溶液中，將析出的物質抽濾後於50 °C 時在真空烘箱中幹燥48h，測定其分子量和結構^

按上述方法合成以AM和AMPTAC為單體的陽離子聚 丙烯酰胺。

1.1.3產物結構鑒定

按照中華人民共和國國家標準GB12005 1—89〈聚丙烯 酰胺特性粘數測定方法》中的稀釋法測定其特性粘數以表征 其分子量。

使用Digiab GTS—15C紅外光譜儀測定產物的結構。

888电子游戏官网的紅外光譜結構:伯酰胺的伸縮振動， 3 500~3 000 cm—、雙峰；仲酰胺的伸縮振動吸收峰由於共軛 效應，向低頻移動至3 200~ 3 000 cm_1，單峰，與伯酰胺在此 處的吸收疊加；飽和碳鏈的碳氫伸縮振動，3 000 ~ 2 800 cm 1單峰;羰基伸縮振動，1 700 ~ 1 650 cm 1寬峰；氮正離 子的彎曲振動，1 050 cm、

兩性聚丙烯酰胺結構中的888电子游戏官网的紅外光譜 構造與上相同，而羧基的伸縮振動，1 550 cm—^ 1 440 cm—、

PAM中各離子的含量根據Mayolewis公式進行計算 1. 2 過濾脫水實驗 1. 2. 1煤樣的製備

選用徐州大屯煤礦的浮選精煤，烘幹和篩分，其粒度與灰 分如表1所示。

(3)濾餅產量：常用濾餅厚度來表示，對同一大小的抽濾 漏鬥比較濾餅厚度就可以比較濾餅的產量。

(4)過濾速度：常用一定時間內獲得的濾液體積表示^

2結果與討論

2. 1 不同助濾劑的助濾性能

表1大屯浮選精煤的粒度與灰分

篩分粒度/mm

/%0. 50 〜0 0. 50〜0. 25 0. 25 〜0.125 0.125 〜0.0740. 074 〜0

含量1008.63 55. 6729. 765. 94

灰分9. 006.87 8. 4810. 6011. 15

從表3可知，聚丙烯酰胺對大屯浮選精煤有明顯的助濾 脫水效果，兩性聚丙烯酰胺的合成與助濾性能研究,濾餅水分降低3~5個百分點，過濾速度加快了一 倍，濾餅的產量增加了 3 ~4倍，濾液固含量也有明顯的降低， 其中以陰陽離子含量相同的兩性聚丙烯酰胺的助濾效果為最 好。根據聚合物共聚理論及單體AM，NaPA及AMPTAC的 Q值與e值可知，在兩性聚丙烯酰胺的分子鏈上，陰離子單 元、陽離子單元和非離子單元交替分布，因此該化合物在煤粒 表麵的吸附應為平躺式與環式、尾式的複合形式，陽離子與煤 粒表麵通過電荷引力相結合，並中和煤粒表麵的負電荷，陰離 子則通過與煤粒表麵負電荷的排斥作用使分子鏈伸展在煤粒 間形成“橋”，並且可以減少分子鏈對煤粒的纏繞，防止難沉降 的絮團的形成，有利於煤粒的聚集與煤漿的脫水。

2. 2 助濾劑用量的影響

聚丙烯酰胺對煤漿的助濾脫水作用主要是通過在煤粒之 間架橋形成絮團來實現的，助濾劑的用量對絮團形成有很大 的影響。助濾劑用量少，形成的絮團的數量少，助濾效果差；

1.2.2助濾劑的選擇

選擇結構相近的四種離子類型的聚丙烯酰胺，分子量約 為300萬，配製成5%的溶液，使用時稀釋至1%(見表2)

1. 2. 3助濾效果的評價

使用助濾劑助濾脫水，一方麵提高過濾速度，增加濾餅的 產率，另一方麵主要是降低濾餅的水分和濾液中殘留微粒的 含量。據此選定四個指標作為評價助濾劑助濾性能的指標。

(1)濾餅水分：指過濾後濕餅中的水分，它是判斷過濾脫 水效果好壞的最直接的指標，助濾劑助濾脫水效果通常用它 所降低濾餅水分的百分數衡量(與不加助濾劑相比）

(2)濾液固含量（g/ mL )指過濾後的單位體積的尾煤水 中的固體物的含量，是濾液循環使用和排放的參照指標。

表3不同離子類型的聚丙烯酰胺的助濾效果

助濾劑濾液固含量 / g"L 1濾液體積

/ mL濾餅水分

/%濾餅厚度

/ mm

—14. 987539. 743. 83

13. 7414535. 4910. 00

25. 6213535. 1012. 60

34. 3414034. 8010. 00

43. 4813534. 2912. 50

55. 7012535. 2411. 00

64. 0812536. 327. 00

注:助濾劑的序號同表2

選用與實際生產相近的真空過濾裝置，過濾條件為：兩性聚丙烯酰胺的合成與助濾性能研究,煤漿 濃度200 g/L真空度0■ 04MPa助濾劑加入量為50g/t幹煤， 過濾60s，脫水90s助濾效果見表3。

表4煤漿pH值對四種聚丙烯酰胺的助濾效果的影響

助濾劑煤漿

pH濾液固含量 / g ° mL 1濾液體積 / mL濾餅水分

/%濾餅厚度

/ mm

54. 0512534 609. 05

63. 9213535. 108. 95

非離子

PAM73. 8012034 509. 10

84. 1213035. 709. 25

94. 3013535. 659. 00

54. 4014034 309. 65

64. 0513534 069. 82

陰離子

PAM74. 1513535.109. 27

85. 0012036.108. 75

95. 2312035.758. 60

54. 1311034.629. 05

64. 0713035.038. 87

陽離子

PAM74. 8512035.008. 80

85. 0611535.708. 20

94. 9213035.108. 25

55. 2512034.529. 20

64. 6013034.109. 25

兩性> PAM74. 1212034.009. 50

84. 0113534.389. 50

93. 7913534.659. 30

注：*為陰離子與陽離子含量均為10%的兩性聚丙烯酰胺。

助濾劑用量太大，會出現煤粒被數個助濾劑纏繞，兩性聚丙烯酰胺的合成與助濾性能研究,形成一種穩 定的難以沉降的絮團，從而影響了煤粒的沉降，影響過濾脫水 的速度。同時，聚丙烯酰胺的分子鏈能通過氫鍵結合一部分 7水聚丙烯酰胺的用量越多，包含的水分也越多，因此在一定 的過濾條件下，對不同的助濾劑，總有一個最佳用量，使濾餅 水分降低有一個最大值。不同離子類型的聚丙烯酰胺在煤粒 表麵的吸附方式不同888电子游戏官网以平躺式吸附為 主，聚合物分子與在煤粒的吸附點較多，不易伸展到煤漿中， 因此用量較大;陰離子聚丙烯酰胺以環式或尾式為主，分子鏈 能較好的在煤漿中伸展，因此用量較小；兩性聚丙烯酰胺的吸 附方式取決於各離子在分子鏈上的分布與含量，本實驗合成 的兩性聚丙烯酰胺的分子鏈中各離子交替分布，因此其在煤 粒表麵的吸附為平躺式與環式或尾式的複合式，其最佳用量 介於陰離子聚丙烯酰胺與888电子游戏官网最佳用量之間。 如圖2所示。

助濾劑對濾餅的產率、過濾速度及濾液固含量的影響不 同於對濾餅水分的影響，隨著助濾劑用量的增加，濾餅的產 率、過濾速度都有一個增加的趨勢，濾液固含量則有一個降低 的趨勢，因此，當濾餅產率、過濾速度及濾液固含量達到一定 的要求後，應以濾餅水分的降低為選擇助濾劑用量的標準。

2. 3 煤漿pH值的影響

在煤漿的pH值分別為5 6、7、8、9時，將用量為40 g/t 幹煤的各種離子類型的PAM加入到190g/L的煤漿中，使用 0. 04MPa的真空度進行過濾，其過濾效果如表4所示。

煤漿的酸度會影響聚合物助濾劑在煤漿中的形態及煤粒 表麵的活性，因此會影響助濾劑的助濾脫水效果。根據實驗 可知:對大屯浮選精煤，非離子型聚丙烯酰胺與兩性聚丙烯酰 胺的助濾效果受pH值影響不大，陰離子與陽離子聚丙烯酰 胺在弱酸性煤漿中的助濾效果較好，兩性聚丙烯酰胺的合成與助濾性能研究,兩性聚丙烯酰胺在弱堿 性礦漿中脫水效果較好。

除助濾劑的用量、煤漿的pH值外，真空度、攪拌時間、攪 拌速度、煤漿的濃度及煤漿中含有的無機鹽的種類及濃度等 因素對助濾劑的脫水效果也有影響，此尚需進一步研宄。

3結論

通過自由基溶液聚合的方法合成了兩性聚丙烯酰胺，根 據共聚理論和單體丙烯酰胺、丙烯酸鈉和2 —丙烯酰亞胺基 一 2—甲基丙烷三甲基氯化銨的Q值和e值可知，各單體單 元在分子鏈上交替分布。由於煤粒的表麵呈負電性，兩性聚 丙烯酰胺在煤粒表麵的吸附方式為平躺式和環式或尾式的複 合形式，陽離子通過電荷引力等的作用與煤粒相連接，陰離子 則通過與煤粒表麵的負電荷的排斥作用伸展，因此兩性聚丙 烯酰胺易於在煤粒間架橋，有利於煤粒的聚集與沉降，具有較 好的助濾性能，並且受煤漿pH的影響較小。