阳离子型聚丙烯酰胺的絮凝性能研究

时间：2024-07-28

郑继洪徐初阳聂容春孙银宇

（1.安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽省淮南市，232001；2.安徽理工大学化学工程学院，安徽省淮南市，232001）

选煤厂煤泥水处理是实现煤泥水闭路循环的重要生产环节，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，聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚物或丙烯酰胺与其它单体共聚而得聚合物的统称，主要包括阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和两性离子型聚丙烯酰胺3大类。目前选煤厂广泛采用的是阴离子型聚丙烯酰胺，其对于高灰细泥含量较多的煤泥水处理效果较差，而阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）由于其独特的侧链结构和带高密度电荷，适合于含细粒悬浮物、有机物和胶体等废水的处理。

本文针对淮南矿区张集选煤厂和新庄孜选煤厂的煤泥水进行了一系列的单因素试验和絮凝性能对比试验，研究了特性粘数、药剂用量、煤泥水性质以及煤泥水pH 值对CPAM 絮凝效果的影响。

1 煤泥水性质分析

试样煤泥水采取张集选煤厂和新庄孜选煤厂原生煤泥，按照GB／T19093-2003 《煤粉筛分试验方法》规定的方法对采集的煤泥水进行了筛分试验，试验结果见下表1和表2。

表1 张集选煤厂煤泥筛分试验结果

表2 新庄孜选煤厂煤泥筛分试验结果

由表1可知，张集选煤厂煤泥灰分较高，小于0.045 mm 的微细颗粒占30.89%，灰分高达52.94%，属于高灰细泥型煤泥水。由表2 可知，新庄孜选煤厂煤泥小于0.045 mm 的微细颗粒占9.40%，灰分为39.54%，煤泥水中的高灰矿物细泥含量较少。因此，张集选煤厂煤泥水粒度细、富含高岭土，属于典型的难沉降煤泥水，而新庄孜选煤厂煤泥水粒度适中，易于沉降。

2 絮凝沉降试验

2.1 絮凝剂的制备

选取了4种聚丙烯酰胺进行了絮凝试验，4种聚丙烯酰胺的技术特征见表3，试验参照GB／T18712-2002 《选煤用絮凝剂性能试验方法》，将CPAM 配制成浓度为0.1%的溶液备用。

表3 聚丙烯酰胺种类与技术特征

2.2 试验步骤

（1）用500ml的量筒量取煤泥水，使用注射器将絮凝剂溶液加入到煤泥水中，双向翻转量筒来回10次，使药剂与煤泥水混合均匀。

（2）用秒表记录煤粉沉降的高度，然后量筒静置约10min，用注射器移取量筒中的上层清液至光电比色计测定上清液透光率。

（3）记录试验结果。

（4）根据所测数据，绘制透光率、自由沉降速度与絮凝剂用量的关系曲线。

3 结果与讨论

3.1 特性粘数与药剂添加量对絮凝效果的影响

试验条件为：张集选煤厂煤泥水，煤泥水pH值为中性，浓度为50g／L，考察CPAM 特性粘数与药剂添加量对絮凝效果的影响，结果见图1。

由图1可知，随着特性粘数的增大，煤泥水沉降速度加快，同时透光率也不断提高。但是特性粘数对沉降速度的影响更为明显，原因是特性粘数大的絮凝剂的分子量大，高分子链很长，可同时吸附在多个颗粒表面上形成大粒团聚沉，从而使沉降速度增大。综合考虑透光率和沉降速度这两个指标，1＃CPAM 絮凝效果最好，2＃CPAM 次之，3＃CPAM 絮凝效果最差。

随着药剂添加量的增加，透光率和沉降速度均呈现先增加后减小的趋势，药剂添加量过大不仅造成浪费，而且会发生絮凝保护作用，使絮凝效果下降，可以看出CPAM 的最佳添加量为10g／m3。

图1 特性粘数对絮凝效果的影响

3.2 煤泥水性质对絮凝效果的影响

药剂选用1＃CPAM 并固定其添加量为10g／m3，煤泥水分别为张集选煤厂和新庄孜选煤厂原生煤泥，其他条件不变，考察煤泥水性质对絮凝效果的影响，结果见图2。

由图2可知，CPAM 对不同性质的煤泥水絮凝效果是不一样的，在相同药剂用量条件下，CPAM 对张集选煤厂煤泥水处理效果比新庄孜选煤厂的好，这和煤泥灰分及粒度大小不同有关。张集选煤厂煤泥水中细泥含量高，通常细泥物表面所带负电荷较高，彼此排斥力较大，影响甚至阻碍了絮凝作用，此时需要加入大量的电解质，以压缩颗粒表面双电层，这些颗粒才能絮凝沉降。而CPAM 同时具有絮凝作用和凝聚作用，所以当加入具有相反电荷的CPAM 絮凝剂时，起到了添加无机电解质的作用，煤泥水中细粒级悬浮颗粒会因电中和作用而发生碰撞，形成大的絮团而沉降。因此，CPAM 对于处理高灰细泥含量多的难沉降煤泥水效果更为显著。

图2 煤泥水性质对絮凝效果的影响

3.3 煤泥水pH 值对絮凝效果的影响

选用张集选煤厂煤泥水，药剂为1＃CPAM，固定其添加量为10g／m3，其它条件不变，用盐酸和氢氧化钠调节煤泥水的pH 值，考察煤泥水pH值对絮凝效果的影响，结果见图3。

由图3可知，随着pH 值的增大，煤泥水的透光率和沉降速度总体呈下降趋势，这是由于pH 值直接影响煤颗粒表面电性，煤泥颗粒表面带有负电荷，在较小的pH 值下，H+可部分中和其表面的负离子，减小颗粒之间的排斥力；随着pH 值的增大，H+含量减小，OH+含量增加，颗粒之间的排斥力较大。综合考虑透光率和沉降速度，当1＃CPAM 在pH 值为5 时，煤泥水透光率为98%，沉降速度为600mm／min，絮凝效果最好。

图3 pH 值对絮凝效果的影响