摘要：選煤廠煤泥水沉降多添加聚丙烯酰胺系絮凝劑，文章介紹了聚丙烯酰胺系絮凝劑的作用機(jī)理，從聚丙烯酰胺系絮凝劑的性質(zhì)、煤泥水的性質(zhì)和操作因素三方面分析了影響其使用效果的因素，并對(duì)聚丙烯酰胺系絮凝劑今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
我國(guó)是一個(gè)多煤、少油、缺氣的國(guó)家，煤炭在我國(guó)能源體系中占主要地位，在今后很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)都不會(huì)改變。燃煤會(huì)產(chǎn)生粉塵、二氧化硫和氮氧化物等污染物。發(fā)展選煤技術(shù)對(duì)提高煤炭利用率和減少環(huán)境污染有著重要作用。
隨著煤炭開采機(jī)械化程度的提高，大量的煤炭在開采的過程中被機(jī)械破碎，從而導(dǎo)致選煤廠入洗的原煤中原生煤泥所占的比例增加，同時(shí)，煤炭在洗選過程中會(huì)因碰撞、摩擦等作用而產(chǎn)生一部分次生煤泥，導(dǎo)致在煤炭洗選加工過程中產(chǎn)生大量煤泥，尤其是-0.045mm粒級(jí)煤泥的含量占煤泥總含量的百分?jǐn)?shù)非常之大，某些選煤廠該粒級(jí)煤泥含量甚至高達(dá)50%-60%。細(xì)粒級(jí)煤泥含量的增多會(huì)增強(qiáng)煤泥顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，煤泥水表觀黏度變大，顆粒間表面電荷斥力的作用明顯，使煤泥水保持穩(wěn)定的懸浮分散狀態(tài)，具有類似于膠體的性質(zhì)，常規(guī)沉淀、回收煤泥水的處理工藝、設(shè)備已不能滿足煤泥水沉降的需要，需要采取一些措施強(qiáng)化煤泥水的沉降。
選煤廠目前普遍采用絮凝沉降法處理煤泥水，取得了很好的效果。聚丙烯酰胺系絮凝劑因其價(jià)格低、絮凝效果好，目前被廣泛采用。已成為世界上應(yīng)用較廣、效能較高的高分子有機(jī)合成絮凝劑。
聚丙烯酰胺系絮凝劑按照其結(jié)構(gòu)可分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型和兩性型聚丙烯酰胺。丙烯酰胺單體可通過自由基聚合得到分子量不等的聚丙烯酰胺。利用輻射、紫外光、超聲波及易分解的過氧化物或偶氮化合物可引發(fā)聚合反應(yīng)。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的制備方法有六類，即乳液聚合、沉淀聚合、水溶液聚合、分散聚合、懸浮聚合和固態(tài)聚合，目前主要采取催化劑水溶液聚合法。陰離子型聚丙烯酰胺、非離子型聚丙烯酰胺和兩性型聚丙烯酰胺的制備方法同為三種，即反相懸浮聚合、乳液聚合和水溶液聚合。
1、作用機(jī)理
聚丙烯酰胺上的酰胺基能和許多物質(zhì)親和并吸附形成氫鍵。聚丙烯酰胺也可在被吸附的粒子之間起“橋聯(lián)”作用，可以使數(shù)個(gè)乃至數(shù)十個(gè)粒子連接，加之高分子聚丙烯酰胺的鏈段旋轉(zhuǎn)以及運(yùn)動(dòng)，即聚丙烯酰胺本身存在的絮凝作用，可將固體粒子聚集并產(chǎn)生沉淀，生成絮團(tuán)，加速粒子下沉。
離子型聚丙烯酰胺的水解產(chǎn)物在絮凝時(shí)，當(dāng)其所帶電荷符號(hào)和膠體顆粒上所帶的電荷符號(hào)相反時(shí)，除架橋作用外，還有電性中和作用和壓縮顆粒表面雙電層作用。
2、影響使用效果的因素
2.1 聚丙烯酰胺系絮凝劑的性質(zhì)
不同相對(duì)分子質(zhì)量的非離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果差別明顯，透光率（沉降效果）一般隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而改善，并且，相對(duì)分子質(zhì)量越大，達(dá)到同樣絮凝沉降效果所用的藥劑量就越少。所以一般提倡使用高相對(duì)分子質(zhì)量的非離子型聚丙烯酰胺用作煤泥水絮凝劑，但相對(duì)分子質(zhì)量也不是越大越好，過高相對(duì)分子質(zhì)量的非離子型聚丙烯酰胺溶解比較困難，而且大分子的運(yùn)動(dòng)非常緩慢，難以達(dá)到絮凝沉降效果。非離子型聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量一般為50萬(wàn)-1000萬(wàn)，不同類型的非離子型聚丙烯酰胺其絮凝沉降效果有差別。對(duì)煤泥水處理而言，非離子型聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量為800萬(wàn)左右比較合適。
水解度可用來(lái)表征陰離子型聚丙烯酰胺的特性，不同水解度的陰離子型聚丙烯酰胺均隨藥劑用量的增加，其透光率先增加到某一較大值后變得平緩。但水解度不同的陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果不同，絮凝效果較好陰離子型聚丙烯酰胺的水解度在30%左右，其陰離子基團(tuán)不僅有助于分子的展開，還有利于產(chǎn)生架橋作用。
陽(yáng)離子度可用來(lái)表征陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子特性，陽(yáng)離子度一般在10%-20%左右時(shí)絮凝效果較好，隨著陽(yáng)離子度的進(jìn)一步提高，高密度電荷的干擾將使其架橋和絮凝沉降作用降低，并且高陽(yáng)離子度的陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺合成比較困難，一般而言，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子度在5%-10%左右即可。
2.2 煤泥水性質(zhì)
一般認(rèn)為，非離子型聚丙烯酰胺對(duì)各不同性質(zhì)煤泥水的絮凝沉降作用基本相同，沒有明顯的選擇性或選擇性非常小。
2.2.1 粒度組成
聶容春等通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)灰分低、粒度大的原生煤泥，聚丙烯酰胺的絮凝效果較好的為陰離子型聚丙烯酰胺，其次為陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，二者均可以滿足煤泥水處理的要求。而對(duì)于灰分高、粒度細(xì)的浮選尾礦而言，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果要好于陰離子型聚丙烯酰胺。非離子型聚丙烯酰胺對(duì)上述兩種煤泥的絮凝效果都比較差。
2.2.2 pH值
馬正先等研究認(rèn)為，在酸性條件下，聚丙烯酰胺系絮凝劑單獨(dú)使用就可獲得較好的效果；在中性至堿性條件下，聚丙烯酰胺系凝聚劑與無(wú)機(jī)凝聚劑聯(lián)合使用方可獲得較好的效果。也有研究認(rèn)為，煤泥水的pH值對(duì)其絮凝效果能夠產(chǎn)生一定影響，pH值處在3.5-7之間時(shí)其絮凝效果較好，大多數(shù)煤泥水pH值都在這一范圍內(nèi)，所以一般不考慮pH值的影響。
2.2.3 物料濃度
崔廣文等研究認(rèn)為，煤泥水濃度對(duì)不同性質(zhì)的煤泥水沉降影響規(guī)律是不同的。不同性質(zhì)的煤泥水在沉降過程中，聚丙烯酰胺系絮凝劑的用量并不是與干煤泥量完全成比例，需要通過具體的煤泥水沉降試驗(yàn)確定其用量。
2.2.4 高價(jià)金屬離子含量
煤泥水中含高價(jià)金屬離子的量比較少時(shí)，需要加入一定量的高價(jià)金屬鹽用作凝聚劑，以起到“架橋”的作用；而當(dāng)煤泥水中細(xì)泥含量高，并且煤泥水中就會(huì)有高價(jià)金屬離子溶出時(shí)，只需加入少許聚丙烯酰胺系絮凝劑便可使煤泥水沉降。
2.2.5 煤泥固體成分組成
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，灰分較低的尾煤消耗的絮凝劑較多。
2.2.6 煤泥水溫度
絮團(tuán)的沉降速度隨煤泥水溫度的升高而加快，但如果在16攝氏度以上，絮團(tuán)的沉降速度增加就很緩慢，在天氣寒冷的地方需要采取一些保溫措施。
2.3 操作因素
2.3.1 加藥順序
對(duì)于黏土含量高、較難處理的超細(xì)粒煤泥水，常采用聚丙烯酰胺系絮凝劑與凝聚劑配合添加，研究表明，先添加凝聚劑后添加聚丙烯酰胺系絮凝劑可取得較好煤泥水沉降效果。
2.3.2 加藥量
不同性質(zhì)的煤泥水加藥量不同，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)不同的煤泥水性質(zhì)，通過具體的沉降試驗(yàn)，來(lái)確定聚丙烯酰胺系絮凝劑的用量。
2.3.3 加藥點(diǎn)
為了使絮凝劑在煤泥水中分配均勻，一般在選煤廠濃縮設(shè)備入料口附近添加絮凝劑，這樣能達(dá)到很好的效果。某些選煤廠也采用多點(diǎn)添加絮凝劑的方式。
2.3.4 攪拌作用
適當(dāng)進(jìn)行攪拌可加快煤泥水絮凝作用，增加絮凝的懸浮物的密度，降低絮凝劑用量；反之，將嚴(yán)重惡化絮凝效果，甚至破壞或干涉煤泥水絮凝作用。理想的混合條件是快速有力地?cái)嚢枋剐跄齽┏浞址稚?，煤泥水體系失穩(wěn)后立即轉(zhuǎn)入比較穩(wěn)定的絮凝環(huán)境。
3、展望
可以預(yù)見，在未來(lái)的一段時(shí)期內(nèi)，聚丙烯酰胺系絮凝劑因其成本低、效果好，仍將是煤泥水絮凝處理的主要選擇。但是聚丙烯酰胺有腐蝕性、難降解，其單體具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性，可致癌、致畸，非常容易通過皮膚吸收并引起致命傷害。需要開展關(guān)于減弱或消除其毒性的研究，與其他無(wú)毒絮凝劑搭配使用以減少聚丙烯酰胺系絮凝劑用量的研究，將丙烯酰胺單體與其他功能性單體接枝聚合制造無(wú)毒性的有機(jī)高分子絮凝劑的研究，采用生物、化學(xué)手段對(duì)聚丙烯酰胺系絮凝劑進(jìn)行降解回收的研究等。
