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洗煤廠聚丙烯酰胺質量選用指標

    洗煤廠聚丙烯酰胺質量選用指標

    聚丙烯酰胺廣泛應用于我國選煤廠浮選工藝,用來促進煤泥水沉降澄清,效果較好。但一鳴化工目前來看,其應用方法存在若干值得注意的問題。

    目前生產制造聚丙烯酰胺的廠家較多,但質量參差不齊。最近,從市場和選煤廠收集到12種聚丙烯酰胺樣品,在相同條件下進行實驗室煤泥水絮凝沉降實驗,其中有代表性的數據列于表1.從中可以看出,不同樣品的澄清效果差距明顯,這與絮凝劑的質量有很大關系。影響聚丙烯酰胺絮凝效果的主要因素是其分子量大小和水解度。

表1不同聚丙烯酰胺的沉降效果

    1分子量

    聚丙烯酰胺是線狀結構的高分子絮凝劑,它依靠架橋作用將質量小、不易沉降的小顆粒絮凝成團,絮團質量遠大于單個顆粒,致使煤泥水中的顆粒的沉降速度成倍增加。

    架橋絮凝過程見圖1.

圖1高分子絮凝劑架橋絮凝過程示意圖

    (1)聚丙烯酰胺一個鏈節的長度為2.5×10-4μm,當其分子量為600萬時,長度達21μm。線性高分子的碳氫鏈越長,對有相當距離的微粒越能形成架橋作用,因此,選煤廠所用聚丙烯酰胺的分子量最好在600-1000萬。尤其當煤泥水濃度低時,更應選擇高分子輛的聚丙烯酰胺。但如果分子量過大,其水溶性降低,形成的絮團可能過于蓬松,含水量大,影響后續的脫水回收作業。

    (2)聚丙烯酰胺的溶解過程稱為“溶脹”。首先是水分子向高分子絮凝劑內部擴散,使其膨脹,達到一定程度后,絮凝劑分子再向水中擴散,形成粘稠的水溶液。絮凝劑分子量越大,水溶液的粘度越大,擴散速度越慢,需要較長的時間才能充分溶解。

    (3)聚丙烯酰胺的分子量是其質量的一項重要指標。按照GB17514-1998《水處理劑-聚丙烯酰胺》的標準,先用毛細管粘度計測定其水溶液的粘度,然后換算出分子量。在現場可通過觀察聚丙烯酰胺溶解過程來定型判別:對分子量大的產品,需較長時間攪拌才能溶解,水溶液粘稠,用手接觸提起后,時有“拉絲”現象;而一些偽劣產品,雖然從外觀上不易辨別,但因其分子量小,并摻入了可溶性的鹽類,所以溶解速度快且不發粘。

    2水解度

    非離子型聚丙烯酰胺(縮寫為PAM-N)的結構式為:

非離子型聚丙烯酰胺分子式

    式中,n為高分子的鏈節數目,其值在幾萬至幾十萬之間。

    陰離子型聚丙烯酰胺(縮寫為PAM-A)的結構式為:

陰離子型聚丙烯酰胺分子式

    式中,n=x+y,水解度=y/n×100%。

    非離子型聚丙烯酰胺與堿反應即可生成陰離子型聚丙烯酰胺,它是不完全的水解體,在一個高聚合的分子中間同時帶有兩個不同的官能團,羧酸鈉(COONa)上的鈉離子溶于水中后,羧基(COO-)呈負電荷。

不同水解度的聚丙烯酰胺分子在溶液中的伸展情況

    不同水解度的陰離子型聚丙烯酰胺,由于其分子鏈上羧基(COO-)數量不同,導致電荷排斥力不等,使得線性分子伸展程度不同,圖2所示為水溶液中不同水解度聚丙烯酰胺分子鏈的伸展情況。水解度為零的非離子型聚丙烯酰胺的官能團(酰胺基)為—CONH2,同時它帶有少量的—CONH3+,使它成為弱陽離子型,分子鏈節中的正電荷有較弱的排斥力,使其有所伸展(見圖2a),因此具有一定的絮凝能力。水解度為10%左右的聚丙烯酰胺,其分子鏈中—COO-與—CONH3+正電荷相當,相互吸引,使分子鏈卷曲收縮(見圖2b),導致絮凝能力大大降低。當水解度達到33%左右時,溶液中—COO-負電排斥遠超過—CONH3+的吸引,使分子鏈達到相當伸展程度(見圖2c),此時具有良好的絮凝能力。當水解度繼續增大,羧基達到67%時,由于負電排斥使分子鏈基本完全伸展(見圖2d),按理其效果應該更好,但是由于線性分子帶負電過多,與煤泥水中帶負電的顆粒相互排斥,效果反而變壞。所以,洗煤廠應使用陰離子型、水解度在33%左右的聚丙烯酰胺。水解度是聚丙烯酰胺的又一項重要質量指標,按照GB17514-1998用甲基橙-靛藍二磺酸鈉作為指示劑,用標準鹽酸滴定溶液進行測量。

    根據國家標準,測定聚丙烯酰胺分子量、水解度所需的器具都比較簡單,易于操作。有條件的生產單位,可以按此對購進的每批聚丙烯酰胺產品進行隨機質量檢測,如果條件不符,應幾十進行實驗室量筒絮凝沉降對比試驗。針對偽劣產品充斥市場的情況,各洗煤廠應用所警惕,采取必要的防范措施。

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