聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响:
聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响,为研宄聚丙烯酰胺(PAM)的性质对煤泥水絮凝效果的影响，合成了非离子型聚丙烯酰胺（PAM)、阴离子型 聚丙烯酰胺（PHP)和阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM),对望峰岗选煤厂的浮选尾煤进行了絮凝沉降试验，研宄了聚丙 烯酰胺的分子量、水解度和阳离子度对煤泥水絮凝效果的影响，聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响,并讨论了聚丙烯酰胺的絮凝机理。
选煤厂煤泥水处理是实现洗煤水闭路循环的重 要生产环节[1]，不仅是环境保护的要求，也是有效回 收细粒煤，提高经济效益的措施之一。解决煤泥水 的澄清问题，除了采用合理的工艺流程及设备，还需 要合理选择并使用絮凝剂，加入适当的絮凝剂使煤 泥水中的微细颗粒预先凝聚或絮凝，使之形成絮团， 増大粒度，从而加大其沉降速度，提高煤泥水的澄清 沉降效果。
目前选煤厂大多采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂， 而聚丙烯酰胺又有不同的种类，对其种类和用量的 选择是极为重要的。不同种类的聚丙烯酰胺有不同 的使用效果，用量过多不仅造成浪费，还会带来絮团 聚积不易压缩的不良后果，甚至会引起煤泥水悬浮 液稳定不沉降的状况；用量过少会降低煤泥颗粒沉 降速度，影响煤泥水浓缩、澄清效果[2]。为此，文中 采用了不同分子量、不同水解度和不同阳离子度的 聚丙烯酰胺絮凝剂，对望峰岗选煤厂的浮选尾煤进 行了絮凝沉降试验，研究了聚丙烯酰胺的分子量、水 解度和阳离子度及其用量对煤泥水絮凝效果的影 响，并讨论了聚丙烯酰胺的絮凝机理。
1实验部分
1.1实验仪器及样品
量筒;581- G型光电比色计;移液管；秒表;乌 氏粘度计;碱式滴定管；电热恒温真空干燥箱;加热 磁力搅拌器;恒温水浴装置等。
试验用煤泥水为望峰岗选煤厂浮选尾煤，试验 用水采用实验室自来水。
制切实可行的安全技术管理措施，审批后的措施由 技术人员跟三班贯彻落实。
(3)三班设专人看抽放泵、风门、断电仪、风机、 风幛等按要求正确使用。
(4)在工作面、上隅角和回风巷分别安设瓦斯电 警报仪。
(5)每班设2名业务精、责任心强的专职瓦检 员，工作面和回风巷各1名瓦检员，随时检查瓦斯变 化情况及措施兑现情况。
(6)工作面上隅角挂便携。采煤段长、班组长、 放炮员和瓦斯检查员都必须佩带便携式瓦斯警报 仪，随时检测瓦斯。
(7)严格执行“三人放炮制”，必须执行“ 一炮三 检’制度，放炮使用乳胶炸药。
(8)每班设1名机电防爆员检查机电设备防爆
情况，电气设备防爆率必须达100%。
(9)严格执行采煤综合防尘措施，采前进行煤体 注水，聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响,机组内外喷雾、转载点洒水、入、回风净化必须 灵敏可靠，按要求使用，洒水，上、下顺槽定期清尘， 消灭积尘现象。
(10)严格执行“ 一通三防”干部区域负责制，把 矿、区、段三级干部的责任落实到人头，明确责任，做 到三班有干部检查、落实重点面的措施兑现情况。
(11)局、矿通风安监人员侧重到重点工作面检 查监督措施落实情况。
图
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R剂用
不同分子量PAM的用量对透光率的影响
药剂用量的増大，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与测定
采用光引发聚合技术[3~4]合成不同分子量、不 同水解度和不同阳离子度的聚丙烯酰胺。对合成的 三种性质的聚丙烯酰胺通过测定其特性粘数来表征 其分子量，以水解度代表PHP的阴离子特性，用阳 离子度CD表征CPAM的阳离子性质。特性粘数及 水解度分别按GB120C5.1- 89和GB12005. 6- 89方 法测定；CPAM的阳离子度采用提纯一AgNO3滴定 法测定。
1.3絮凝性能检测
为使实验简化，测定煤泥水絮凝澄清后的上层 清液的透光率来比较絮凝剂的作用效果，透光率越 大，澄清沉降效果越好。
本试验采用单因素试验，试验操作步骤是：取 500 mL煤泥水试样装入量筒中，加入一定量的药 剂，并双向翻转量同10回合，静置5 min后，用光电 比色计测上清液的透光率(澄清度）。
2结果与讨论
21 PAM,PHP,CPAM的性质测定
采用乌氏粘度计测特性粘数，用滴定法测水解 度(HD)和阳离子度(CD)，测定结果见表1:
表1特性粘数、水解度和阳离子度测定结果
PAMPHI)CPAM
序号特性粘数 /mL. g-1序号特性粘数
/mL*g- 1HD一 ^
，序号
/%特性粘数
/mL*g- 1CD
/ %
1389682010117108
26087817201273515
38298843301371225
410159848401470935
5156810837501572550
从表1可知，1~ 5号为非离子型聚丙烯酰胺， 分子量是逐渐増大的;6~ 10号为阴离子型聚丙烯 酰胺，特性粘数在800 ~ 850 ml/g范围内，水解度是 逐渐増大的；11~ 15号为阳离子型聚丙烯酰胺，特 性粘数在700~ 750 ml/g范围内，阳离子度是逐渐増 大的。
2.2分子量对絮凝能力的影响
测定不同分子量的PAM的絮凝效果，结果如图 1所示，煤泥水质量浓度:40 g/L。
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提高，但用量大到一定程度后絮凝效果増加不明显， 可见药剂有个最佳用量，过大的用量不仅不经济，而 且会发生絮凝保护作用，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)也相应増大，同时分子量 越大，达到同样絮凝效果所用的药剂量越小。所以 提倡采用高分子量的PAM用作煤泥水絮凝剂，但分 子量并不是越大越好，过高的分子量不仅溶解困难， 而且大分子运动迟缓，达不到絮凝效果[5]。从图1 可见，当特性粘数为829~ 1 568 mL/g时，其絮凝效 果差别不大，对于一般用于煤泥水处理的絮凝剂，其 分子量当特性粘数为1 000 ml/g左右即比较合适。 2. 3 PHP水解度对絮凝作用的影响
对分子量基本一致(特性粘数为800~ 850 mL/g)， 但不同水解度的PHP进行煤泥水絮凝效果试验，其水 解度、药剂用量与上清液透光率三者间的关系如图 2所示。煤泥水质量浓度为40 g/L。
图2不同水解度的PHP用量对透光率的影响
首先不同水解度的IHP均随药剂用量的増大，聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响, 透光率先増加到一最大值后变的平缓。但水解度不 同其絮凝效果却不大一样，其中絮凝效果最好的水 解度为30%。
水解度较低时，分子链上一COO-基团较少，此 时尚不足以使大分子展开，因而絮凝效率受到一定 影响，虽然一⑴0H解离少，电负性弱，同带负电的 煤粒表面的静斥力小，但架桥作用不如大于30%水 解度时好。
水解度适中，如30%水解度的PHP，其阴离子 基团既有助于分子的展开，又有利于架桥作用的产 生，实验中水解度为30%的絮凝效果最好。
水解度过大，由于一COO-基团増多，高分子能 伸展的很好，但同时负电性也増强，又因一COO-的 増多，它与带负电性的煤粒表面的斥力増强，甚至阻 止了架桥作用的产生。
2. 4 CPAM阳离子度对絮凝作用的影响
以不同阳离子度的CPAM (特性粘数为700~ 750 ml； g)处理煤泥水，其阳离子度、药剂用量与上 清液透光率三者的关系如图3所示，煤泥水质量浓
图4
分散
(3)外伸部分未碰到另外的矿粒，吸附到原来吸 附的粒子上，形成分散，如图8所示。
图8絮凝过程示意图
B,K ^(2)不同水解度的聚丙烯酰胺处理煤泥水时，以
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publis30% 水解度的 PHP 絮凝澄清效果最好。
图3分析可知:随药剂用量的増大，透光増加较 快，到一高点后又变得较平缓，最佳用量5~ 10g/m3。CPAM的CD值对絮凝性能的影响很大。 具有适中CD值的CPAM絮凝性能好，上层清液透 光率大，CD过大或过小时絮凝性能变差。CD值小 的CPAM分子链上阳离子基团少，不能完全中和颗 粒表面的负电荷，颗粒不易相互聚集而絮凝沉降，表 现出的絮凝能力不强。CD值过大的CPAM分子链 上阳离子基团多，除将颗粒表面的负电荷完全中和 外，剩余的正电荷会使颗粒表面电荷符号反转，聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响,颗粒 间斥力増大，不利于絮凝。CD值为15%的12号 CPAM絮凝性能最好。
3絮凝机理探讨
聚丙烯酰胺是一种高分子絮凝剂，高分子絮凝剂 一般都是线型高分子聚合物，其特征是:具有链状的高 分子结构;在长链分子上含有大量亲固活性基团，常见 的有一COOH，—SO3H， —PO3OH2, —NH3QH，—
NH2OH等。这样，高分子絮凝剂就会象架桥一样，搭 在两个或多个矿粒上，并以自己的活性基团与矿粒 起作用，从而将矿粒联接形成絮凝团，这种作用称为 桥键作用。其模型可能有以下几种：
模型I如图4:絮凝剂如一根曲线将两颗粒子 键合，如絮凝剂过量，则各自包住个别粒子，形成分 散状。
絮凝模型1
模型II如图5:当用量适当时，絮凝剂分子两端 键合着粒子，使之絮凝，用量过多时，各个粒子表面 都包裹着絮凝分子，因为絮凝剂只拉住了个别的粒
子，又形成分散状。
絮凝过程如下：
(1)用量适宜时，絮凝剂分子与矿粒接触（吸 附)，而絮凝剂分子其余部分就向外伸入溶液中，如 图6所示。
絮凝剂分子粒子 不稳定分子
图6絮凝过程示意图
(2)外伸部分与另有吸附空位的粒子结合形成 絮团，如图7所示。
不稳定分子絮团
图7絮凝过程示意图
再生稳定粒子
(4)絮凝剂过量，粒子表面无吸附空位用于形成 桥联，聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响,则矿粒保持分散状，如图9所示。
絮凝剂分子矿粒 稳定粒子
图9絮凝过程示意图
(5)强烈长时间搅拌，絮团被破坏以致分散，如
图10所示。
絮团絮团碎块再生绝定块
图10絮凝过程示意图^
聚丙烯酰胺絮凝剂模型和机理的探讨与文中的 实验结果是一致的，可见聚丙烯酰胺的性能、用量、 矿浆的性质及搅拌条件都可能影响其絮凝效果。
4 结语
通过对不同性质的聚丙烯酰胺进行的煤泥水絮 凝试验，得出如下结论：
(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 煤泥水絮凝剂，其分子量当特性粘数为1 000 mVg 左右即比较合适。
洗煤生产管理是一个繁杂的系统，利用各种手 段加强洗煤生产管理对于提高产品质量，降低各种 损耗十分重要。文中将就洗煤生产管理的质量控制 中的有关内容给出数理统计解释，做一次理论探讨。
1洗煤生产实际的正态分布规律
洗煤生产中，产品的质量经常波动，原因归纳起 来有两种:一种叫偶然因素，即设备、操作、原料等突 发地出现明显改变，生产出现反常，造成质量波动， 是可控力;另一种叫随机因素，即生产条件并未发生 明显改变，而是由各个细微的不可避免的因素相互 叠加而引起的质量波动，是一种正常状态下出现的 波动，是不可控力。就总体而言，质量波动是这两种 因素混合作用造成的；而由偶然因素造成的反常波 动需要我们及时加以纠正、调整，使之得以排除。如 何鉴别出现的是哪种波动，是洗煤生产管理的关键。
(3)不同阳离子度的聚丙烯酰胺有不同的絮凝 效果，本研究在CPAM的CD值为15%时对煤泥水 的絮凝效果最好。
聚丙烯酰胺随用量的増大，絮凝澄清效果提高， 但是超过最佳用量后，聚丙烯酰胺的性质对煤泥水絮凝效果的影响,絮凝澄清效果提高并不显著。 聚丙烯酰胺处理煤泥水，其加药量有一个最佳值，这 个最佳用药量与煤泥水性质有关，因而对于不同的 选煤厂聚丙烯酰胺的用量应通过实验确定。
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