在Bayer•法提炼铝矿石中，常用聚丙烯酰胺类絮凝剂由热苛性钠水溶液中分离不溶性氧化铁（赤 泥）[1,2]。采用常规的阴离子、阳离子和非离子型聚丙烯酰胺时，均有用量大、絮团小、泥水分离效果差等 问题[3]。李时毅[4]报道了水溶液聚合法制备的两性聚丙烯酰胺铝土矿赤泥絮凝剂，两性聚丙烯酰胺乳液选矿剂的合成及絮凝作用,具有较高的滤水量、

较低的滤饼含水率，脱出水的清澈度大大提高，综合性能优于高分子量的阴离子、非离子型和改性阳离 子型聚丙烯酰胺。在单体质量分数较高时（20% ~ 45% )，采用水溶液聚合法制备高分子量两性聚丙烯 酰胺(一般为绝热聚合）聚合热难以排除，很难获得超高特性粘数和分子量分布适合需要、且溶解性好 的产品[4 5]。利用油包水（即反相乳液聚合）方法可以克服丙烯酰胺等水溶性单体聚合反应过程中的放 热，提高其特性粘数从而使产物性能更好[6 7]。本文在前文[4,5]基础上采用反相浓乳液（固体物质量分 数> 32% )聚合法以及水溶性单体聚合的高效引发剂[8]合成了速溶的超高特性粘数两性聚丙烯酰胺乳 液（APPAME)，其对铝土矿赤泥的絮凝效果显著提高。

1实验部分

11试剂和仪器

丙烯酰胺（AM，工业聚合级)，使用前经丙酮重结晶；丙烯酸（AA，工业聚合级），使用前经活性炭纯 化;丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵（DAC；工业聚合级）（日本）;偶氮二异丁基脒盐酸盐（AIBA)，化学纯 试剂;氢氧化钠，分析纯试剂;复合乳化剂为Span80和Tween8Q 0#柴油沸程为180~ 300°C。铝土矿赤 泥（密度为1.35,郑州铝城化工厂）。LEO1530VP型扫描电子显微镜（德国），将APPAME样品用柴油稀 释20倍左右，取1滴滴在洗净的盖玻片上，自然晾干后观测粒子的大小及其分布。NicoletMAGNA- R760型FTIR红外光谱仪（美国），将经过量丙酮2次沉析的两性聚丙烯酰胺样品在室温下真空干燥

2d后，与KBr—起研磨压片；751G型分光光度计（上海分析仪器厂）。

聚合后乳液采用丙酮沉析法[9]测定APPAME;用溴加成法[10]测定反应前后乳液中单体双键含量，

计祘单体转化率。聚合后的乳液在搅拌下倒入过量的丙酮中沉淀，样品在45 °C干燥至恒重，用乌氏粘 度计采用稀释法测定共聚物的特性粘数[1]。使用1.0mol/L的标准NaCl溶液将聚合物样品配成质量分 数为0. 02%的溶液，在（30 ±0.1) °C下测定流出时间，然后作图求出其特性粘数。

1 2 APPAME的合成

将AA用NaOH溶液中和到7.5制得丙烯酸钠（NaAA)溶液，加入AM和DAC配成水相;然后将水相加入到复合乳化剂Span80/Tween80的柴油油相中，在咼速搅拌机上乳化20m n升温至40 °C， 通N2气除氧15mh后加入0.1~ 1.0mmol/LAEA引发剂水溶液，慢搅拌保温聚合8 h后，冷却出料， 即得室温下速溶的APPAME。

13铝土矿赤泥絮凝试验

在（95 ±1) °C的恒温玻璃缸中进行，用増浓试验方法["]测定APPAME溶液加入赤泥浆3 m n后沉 淀区厚度(沉淀区厚度所占百分比越小，出水量越大），并倾出上层液测定透光率。

2结果与计论

21 APPAME的合成与产物分析

表1为两性聚丙烯酰胺反相乳液聚合的结果。表中可见，在其它条件不变情况下，随原料中阳朋 离子单体配比n(DAC) /n(NaAA)的増大，单体转化率和聚合物特性粘数均有所降低。两性聚丙烯酰胺乳液选矿剂的合成及絮凝作用,这是因为阳离子 单体DAC的侧基较长、空间位阻较大，单体的活性相对较低所致。选择原料配比n(DAC):n(NaAA): n( AM )= 8:70: 22时，随AIBA引发剂浓度的増加，聚合物特性粘数逐渐降低，符合链式自由基聚合的反 应规律。

表1 DAC-NaAA-AM三元共聚物系列的反应参数 Table 1 Reaction parameters for DAC-NaAA-AM terpolymers

n ( DAC): n (NaAA): n (AM )104c(AIBA) /(mol- L-')M onom er conversion/%Intrin sic viscos ilr /( dL* g- 1)

0:70:301 8295 425. 8

2:70:281 8295 225. 5

4:70:261 8294 926. 7

8:70:221 8293 624. 2

8:70:223 6493 922. 1

8:70:225 4695 018. 4

8:70:227 2896 115. 6

8:70:229 1097 310. 3

16:70:141 8292 823. 4

25： 70： 51 8290 521. 9

当c(AIBA)= 3.64x1〇-4mol/L时，样品的扫描电子显微镜照片如图1所示。图中可见，聚合后乳 液的粒子呈球状，粒径在0.6~ 8之间。图中粒子相互聚集，原因是本浓乳液聚合体系，分散相体积

 

 

图1 APPAME样品的扫描电子显微镜照片 Fg 1 SEM ph o tograp h of sampleA P PAM E

 

4 000

3 000

2 000l

<r/cm—1

图2 APPAME样品的FTR谱图

000

F i. 2 FTIR spectrum of sampleAPPAM E

图2为该样品的FTIR谱图。根据标准谱图及文献[1213]报道，图中3 190 cm-1的宽峰和1 677 cm-

约占70%，胶粒液胞仅被体积较小的表面活性剂连续相液膜所隔离。两性聚丙烯酰胺乳液选矿剂的合成及絮凝作用,尽管乳液用较大量柴油稀释，但仍 难以使胶粒充分分散。

的尖峰为一CONH2的特征吸收峰；1 326和1 561 cm-1的尖峰为一CO2Na特征吸收峰；1 457 cm-1的尖峰

:i.net

为一擊3：)3结构中一叫的不对称弯娜力峰。结果表日月，该壓ME样品中含有編aM、DAC

等链节单元。

2 2 n(DAC)/n(NaAA)对铝土矿浆絮凝效果的影响

图3为DAC与NaAA不同摩尔比对铝土矿赤泥絮凝效果的影响。图中可见，当APPAME质量分数 为矿浆总量0.005%和0.01%时，沉淀区厚度分别小于40%和38%,而上层液透光率分别可达65%和 76%。随DAC与NaAA摩尔比増大，沉淀区厚度均先较快降低，然后趋于平缓，而上层液透光率变化趋 势则相反，且APPAME质量分数越大变化越明显。这一变化的转折点在n(DAC):n(NaAA)=8:70附 近，归因于铝土矿浆不溶物主要为带正电荷的氧化铁泥浆粒，同时，矿浆中还含少量带负电荷的细小有 机胶体颗粒。根据电荷中和作用原理，采用含少量阳离子基团的高阴离子度聚丙烯酰胺两性聚合物絮 凝剂和适宜的絮凝剂用量，更利于矿浆体系悬浮物的沉降(主要为两性聚丙烯酰胺阴离子基团的作用） 和上层液的澄清（为两性聚丙烯酰胺阴、阳离子基团的协同作用，其中阴离子基团的作用占主导地位）。

 

Fg 3 Effect of n (DAC) In(N aAA ) oil the Fg 4 Effect of polyimer intrinsic： viscosity csi fkicculatiin of bauxite red mudthe flocculatiai of bauxite red mud

^ (APPAME) /%:a.0 005; b ft 01; c 0 01d.0 005w (APPAME) %:ft 005b.0 01c.0. 01;0 005

2 3 APPAME特性粘数对铝土矿浆絮凝效果的影响

图4表示了 n(DAC):n(NaAA):n(AM)= 8:70:22APPAME系列聚合物对铝土矿赤泥的絮凝效果。 图中可见，当APPAME质量分数为矿浆总量的0. 005%和0. 01%时，沉淀区厚度分别小于49%和48%， 而上层液透光率分别可达60%和70%，沉淀区厚度随聚合物特性粘数的降低而急剧増大，但上层液透 光率变化不大（2% ~ 6% )，说明同类APPAME絮凝剂分子量对泥饼密实性和出水量影响较大，而对上 层液的透光率影响较小。由于高分子物质对泥浆粒的吸附架桥作用随聚合物分子量的増大而増强。因 此，APPAME絮凝剂的分子量越大，促进铝土矿浆赤泥的絮凝沉降越明显。

2 4絮凝作用机理

 

首先，铝土矿浆中带正电荷的氧化铁泥浆粒与两性聚丙烯酰胺的阴离子基团，两性聚丙烯酰胺乳液选矿剂的合成及絮凝作用,通过电荷中和作用发 生静电相吸。与此同时，两性聚丙烯酰胺的阳离子基团与带负电荷的细小有机胶粒进行电荷中和。然 后，吸附在泥浆粒表面的两性聚丙烯酰胺功能基团与另一两性聚丙烯酰胺功能基团键联（主要为离子 键作用），聚合物的有效分子量急剧増大，从而使泥浆粒子架桥絮凝。最后，当两性聚丙烯酰胺阴、阳离 子基团进一步协同作用时，两性聚合物表观分子量増大，被高分子链缠绕的泥浆粒子通过架桥作用形成 较大的絮凝体。在此变化过程中，聚合物的阴离子部分与同一分子内阳离子部分发生电荷中和作用，聚 合物的分子尺寸缩小，进而使键联的泥浆粒子密实而沉降。