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技术知识

聚丙烯酰胺系絮凝剂在煤泥水沉降中的应用

时间:2021-05-19 08:46:13点击:0

摘要:选煤厂煤泥水沉降多添加聚丙烯酰胺系絮凝剂,文章介绍了聚丙烯酰胺系絮凝剂的作用机理,从聚丙烯酰胺系絮凝剂的性质、煤泥水的性质和操作因素三方面分析了影响其使用效果的因素,并对聚丙烯酰胺系絮凝剂今后的发展方向进行了展望。

我国是一个多煤、少油、缺气的国家,煤炭在我国能源体系中占主要地位,在今后很长的一段时期内都不会改变。燃煤会产生粉尘、二氧化硫和氮氧化物等污染物。发展选煤技术对提高煤炭利用率和减少环境污染有着重要作用。

随着煤炭开采机械化程度的提高,大量的煤炭在开采的过程中被机械破碎,从而导致选煤厂入洗的原煤中原生煤泥所占的比例增加,同时,煤炭在洗选过程中会因碰撞、摩擦等作用而产生一部分次生煤泥,导致在煤炭洗选加工过程中产生大量煤泥,尤其是-0.045mm粒级煤泥的含量占煤泥总含量的百分数非常之大,某些选煤厂该粒级煤泥含量甚至高达50%-60%。细粒级煤泥含量的增多会增强煤泥颗粒的布朗运动,煤泥水表观黏度变大,颗粒间表面电荷斥力的作用明显,使煤泥水保持稳定的悬浮分散状态,具有类似于胶体的性质,常规沉淀、回收煤泥水的处理工艺、设备已不能满足煤泥水沉降的需要,需要采取一些措施强化煤泥水的沉降。

选煤厂目前普遍采用絮凝沉降法处理煤泥水,取得了很好的效果。聚丙烯酰胺系絮凝剂因其价格低、絮凝效果好,目前被广泛采用。已成为世界上应用较广、效能较高的高分子有机合成絮凝剂。

聚丙烯酰胺系絮凝剂按照其结构可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型聚丙烯酰胺。丙烯酰胺单体可通过自由基聚合得到分子量不等的聚丙烯酰胺。利用辐射、紫外光、超声波及易分解的过氧化物或偶氮化合物可引发聚合反应。阳离子型聚丙烯酰胺的制备方法有六类,即乳液聚合、沉淀聚合、水溶液聚合、分散聚合、悬浮聚合和固态聚合,目前主要采取催化剂水溶液聚合法。阴离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺和两性型聚丙烯酰胺的制备方法同为三种,即反相悬浮聚合、乳液聚合和水溶液聚合。

1、作用机理

聚丙烯酰胺上的酰胺基能和许多物质亲和并吸附形成氢键。聚丙烯酰胺也可在被吸附的粒子之间起“桥联”作用,可以使数个乃至数十个粒子连接,加之高分子聚丙烯酰胺的链段旋转以及运动,即聚丙烯酰胺本身存在的絮凝作用,可将固体粒子聚集并产生沉淀,生成絮团,加速粒子下沉。

离子型聚丙烯酰胺的水解产物在絮凝时,当其所带电荷符号和胶体颗粒上所带的电荷符号相反时,除架桥作用外,还有电性中和作用和压缩颗粒表面双电层作用。

2、影响使用效果的因素

2.1 聚丙烯酰胺系絮凝剂的性质

不同相对分子质量的非离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果差别明显,透光率(沉降效果)一般随相对分子质量的增加而改善,并且,相对分子质量越大,达到同样絮凝沉降效果所用的药剂量就越少。所以一般提倡使用高相对分子质量的非离子型聚丙烯酰胺用作煤泥水絮凝剂,但相对分子质量也不是越大越好,过高相对分子质量的非离子型聚丙烯酰胺溶解比较困难,而且大分子的运动非常缓慢,难以达到絮凝沉降效果。非离子型聚丙烯酰胺的相对分子质量一般为50万-1000万,不同类型的非离子型聚丙烯酰胺其絮凝沉降效果有差别。对煤泥水处理而言,非离子型聚丙烯酰胺的相对分子质量为800万左右比较合适。

水解度可用来表征阴离子型聚丙烯酰胺的特性,不同水解度的阴离子型聚丙烯酰胺均随药剂用量的增加,其透光率先增加到某一较大值后变得平缓。但水解度不同的阴离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果不同,絮凝效果较好阴离子型聚丙烯酰胺的水解度在30%左右,其阴离子基团不仅有助于分子的展开,还有利于产生架桥作用。

阳离子度可用来表征阳离子型聚丙烯酰胺的阳离子特性,阳离子度一般在10%-20%左右时絮凝效果较好,随着阳离子度的进一步提高,高密度电荷的干扰将使其架桥和絮凝沉降作用降低,并且高阳离子度的阳离子型聚丙烯酰胺合成比较困难,一般而言,阳离子型聚丙烯酰胺的阳离子度在5%-10%左右即可。

2.2 煤泥水性质

一般认为,非离子型聚丙烯酰胺对各不同性质煤泥水的絮凝沉降作用基本相同,没有明显的选择性或选择性非常小。

2.2.1 粒度组成

聂容春等通过试验研究发现,对灰分低、粒度大的原生煤泥,聚丙烯酰胺的絮凝效果较好的为阴离子型聚丙烯酰胺,其次为阳离子型聚丙烯酰胺,二者均可以满足煤泥水处理的要求。而对于灰分高、粒度细的浮选尾矿而言,阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝效果要好于阴离子型聚丙烯酰胺。非离子型聚丙烯酰胺对上述两种煤泥的絮凝效果都比较差。

2.2.2 pH值

马正先等研究认为,在酸性条件下,聚丙烯酰胺系絮凝剂单独使用就可获得较好的效果;在中性至碱性条件下,聚丙烯酰胺系凝聚剂与无机凝聚剂联合使用方可获得较好的效果。也有研究认为,煤泥水的pH值对其絮凝效果能够产生一定影响,pH值处在3.5-7之间时其絮凝效果较好,大多数煤泥水pH值都在这一范围内,所以一般不考虑pH值的影响。

2.2.3 物料浓度

崔广文等研究认为,煤泥水浓度对不同性质的煤泥水沉降影响规律是不同的。不同性质的煤泥水在沉降过程中,聚丙烯酰胺系絮凝剂的用量并不是与干煤泥量完全成比例,需要通过具体的煤泥水沉降试验确定其用量。

2.2.4 高价金属离子含量

煤泥水中含高价金属离子的量比较少时,需要加入一定量的高价金属盐用作凝聚剂,以起到“架桥”的作用;而当煤泥水中细泥含量高,并且煤泥水中就会有高价金属离子溶出时,只需加入少许聚丙烯酰胺系絮凝剂便可使煤泥水沉降。

2.2.5 煤泥固体成分组成

研究表明:吸附在煤表面比吸附在石英、黏土表面的聚丙烯酰胺多,所以粒度相近,灰分较低的尾煤消耗的絮凝剂较多。

2.2.6 煤泥水温度

絮团的沉降速度随煤泥水温度的升高而加快,但如果在16摄氏度以上,絮团的沉降速度增加就很缓慢,在天气寒冷的地方需要采取一些保温措施。

2.3 操作因素

2.3.1 加药顺序

对于黏土含量高、较难处理的超细粒煤泥水,常采用聚丙烯酰胺系絮凝剂与凝聚剂配合添加,研究表明,先添加凝聚剂后添加聚丙烯酰胺系絮凝剂可取得较好煤泥水沉降效果。

2.3.2 加药量

不同性质的煤泥水加药量不同,在生产实践中应根据不同的煤泥水性质,通过具体的沉降试验,来确定聚丙烯酰胺系絮凝剂的用量。

2.3.3 加药点

为了使絮凝剂在煤泥水中分配均匀,一般在选煤厂浓缩设备入料口附近添加絮凝剂,这样能达到很好的效果。某些选煤厂也采用多点添加絮凝剂的方式。

2.3.4 搅拌作用

适当进行搅拌可加快煤泥水絮凝作用,增加絮凝的悬浮物的密度,降低絮凝剂用量;反之,将严重恶化絮凝效果,甚至破坏或干涉煤泥水絮凝作用。理想的混合条件是快速有力地搅拌使絮凝剂充分分散,煤泥水体系失稳后立即转入比较稳定的絮凝环境。

3、展望

可以预见,在未来的一段时期内,聚丙烯酰胺系絮凝剂因其成本低、效果好,仍将是煤泥水絮凝处理的主要选择。但是聚丙烯酰胺有腐蚀性、难降解,其单体具有强烈的神经毒性,可致癌、致畸,非常容易通过皮肤吸收并引起致命伤害。需要开展关于减弱或消除其毒性的研究,与其他无毒絮凝剂搭配使用以减少聚丙烯酰胺系絮凝剂用量的研究,将丙烯酰胺单体与其他功能性单体接枝聚合制造无毒性的有机高分子絮凝剂的研究,采用生物、化学手段对聚丙烯酰胺系絮凝剂进行降解回收的研究等。