疏水改性聚丙烯酰胺的制备及其对难沉降尾矿的絮凝性能研究

发布日期:2015-02-12 22:49:59

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文章摘要:疏水改性聚丙烯酰胺的制备及其对难沉降尾矿的絮凝性能研究_絮凝性能 ,啜食吐哺便把寓情于景,四绝专业培训无所回避。

疏水改性聚丙烯酰胺的制备及其对难沉降尾矿的絮凝性能研究,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:采用水溶液共聚法,以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为疏水单体,以K2S208—NaHS03氧 化还原体系为引发剂,制备了疏水改性型聚丙烯酰胺,探讨了改性单体用量对改性聚丙烯酰胺的 分子量、不溶物含量、溶解速率等性能的影响规律,并对其在两种难沉降尾矿中的絮凝性能进行 了评价•研究结果表明:疏水改性聚丙烯酰胺对不同类型的难沉降尾矿浆表现出不同的絮凝效果。

聚丙烯酰胺(PAM)被广泛应用于采矿、污水处理、泥浆处理、石油开采、地层封堵等领域⑴.一般情况 下,当PAM为线性分子时,较大的分子量絮凝效果较好,但在特定的使用条件下,絮凝剂综合絮凝效果往 往受絮凝剂自身的伸展状态、表面电荷特性、不溶物含量、溶解速率、环境电解质的类型和强度等因素的影 响很大[2],有时当PAM的分子量过大时,将导致PAM的分子线性度降低、不溶物含量显著升高和溶解速 率减慢,使絮凝效率降低[3] •此外,由于PAM随着使用时间的延长和体系温度的变化易被水解,疏水改性聚丙烯酰胺的制备及其对难沉降尾矿的絮凝性能研究,在使用过 程中存在耐温、耐盐、抗剪切性能较差的问题[4].
为克服PAM的上述缺陷,通过向聚丙稀酰胺亲水性大分子链上引人少量疏水基团,对其进行疏水改 性,利用疏水基团的憎水作用,使大分子链产生分子内和分子间缔合,形成具有一定强度的空间网状结构, 增大PAM的流体力学体积,使溶液的粘度显著提高,因而具有良好的增粘作用,其耐温、抗盐性能明显优于PAM水解聚丙烯酰胺[5_8].
由于尾矿浆成分复杂且含盐量极高,用普通PAM处理时效果往往不好,本文拟向PAM分子链中引人 甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯疏水单体,制备具有良好的溶解性和耐电解质特性的改性PAM,并对其在 东川包子铺褐铁矿尾矿浆和云锡公司氧化矿尾矿浆的应用效果进行了评价.
1实验部分 1.1试剂
丙烯酰胺(AM) : AR;亚硫酸氢钠(NaHS03),AR;过硫酸钾(K2S208),AR;丙烯酸正丁酯(BA), CP;甲 基丙烯酸甲酯(MMA ),CP;氯化钠,AR;高纯氮气;蒸馏水;东川包子铺褐铁矿尾矿浆;云锡公司氧化矿尾 矿浆•
1.2合成方法
称取10g±0.001 g丙烯酰胺于50 mL烧杯中,向其中加人12 rnL的蒸馏水和1 mL的疏水单体.将烧 杯用保鲜膜封口后置于20^水浴中,开启搅拌,同时向体系中通入氮气•通氮气30 min后,向体系中加人1 mL K2S208溶液,快速搅拌使体系快速混合均匀.31^后向体系加人11111^出303溶液,缓慢搅拌3 11^ 后,用保鲜膜将烧杯再次封口后置于水浴中,缓慢搅拌(以搅拌子恰好可以转动为宜).待搅拌子无法转动 时,将烧杯取出,静置48 h使其充分反应.将胶状产物取出,剪碎,置于真空干燥箱中抽真空在20^:下烘 干,捣碎,得粉状疏水改性PAM.
1.3测试方法 1.3.1粘均分子量测定
采用GB 12005.1 -89中的外推法测出特性粘数,依照GB/T 12005.10 -92计算分子量•
1.3.2溶解性能测定
按照GB 12005.2测定样品不溶物含量和电导率,按照GB 12005.8测定溶解速率•
1.3.3絮凝效果评价
将絮凝剂配成1% (质量分数)水溶液备用,在100 mL烧杯中加入50 g固含量为10% (质量分数)的 尾矿浆溶液,置于搅拌器上快速搅拌,边搅拌边用移液管向尾矿浆中加入一定量配好的絮凝剂溶液,再快 速搅拌2 min使其混合均匀,然后将该混合液转移至100 mL量筒中,静置,记录出水体积随时间的变化• 1 h后,测定上层清液量,计算出水率,并以蒸馏水为参比测定透光率•
2结果与讨论
2.1疏水改性单体对聚合物分子量的影响
当加人疏水性单体改性后,改性单体MMA和BA的用量对P( AM - MMA)和P( AM - BA)分子量的 影响如图1所示.当其它反应条件不变时,对BA,由于其疏水性较强,侧链基团的空间位阻较大,不利于分 子链的增长,因此,随BA用量的增大,P(AM -BA)的分子量逐渐减小;对MMA,随MMA用量的增大,疏水改性聚丙烯酰胺的制备及其对难沉降尾矿的絮凝性能研究,P (AM-MMA)分子量表现为先增大而后逐步减小的趋势,显然这一变化不能用疏水性和侧链空间位阻来 解释,而很可能是由于分子链中的MMA改变了 PAM分子链的分子内和分子间的缔合方式[7],进而导致 其在稀溶液中的流动性质不同,并改变了溶液的特性粘度•
2.2疏水改性单体对聚合物不溶物含置和溶解速率的影响
图2为疏水性单体对P( AM - MMA)和P( AM - BA)不溶物含量的影响,显而易见,向聚丙烯酰胺分 子链中引入疏水性单体,可使聚合物中的不溶物含量降低至3%以下,有效降低絮凝剂的用量和尾矿浆絮
凝成本._
不同疏水改性单体用量时,P( AM - MMA)和P( AM - BA)的溶解速率如图3和图4所示,总体看两者 均具有较快的溶解速率,BA改性的P( AM -BA)在10 min内电导率基本达到平衡值,MMA改性的P( AM -MMA)溶解速率相对慢一些,但在2〇 min内电导率也基本达到平衡值.
图2疏水改性单体对不溶物含量的影响 Fig.2 Effect of hydrophobic monomers on insoluble fraction
图1疏水改性单体对共聚物分子量影响 Fig.l Effect of hydrophobic monomers on molecular weight 
020406080100120
时间/min
图3 MMA用量对P(AM-MMA)溶解速率的影响 Fig.3 Effect of MMA content on dissolution rate
时间/min
图4 BA用量对P(AM-BA)溶解速率的影响 Fig.4 Effect of BA content on dissolution rate 
2.3 P(AM-MMA)和P(AM-BA)对尾矿浆絮凝效果的影响
沉降时间/min
图6 P(AM-MMA)对铁尾矿浆絮凝效果的影响 Fig.6 Effect of P(AM-MMA) on flocculation of hematite tailing slurry
图5 P(AM-BA)对铁尾矿浆絮凝效果的影响 Fig.5 Effect of P(AM-BA) on flocculation of hematite tailing slurry
本文选择了两种较难沉降的尾矿浆:云南东川包子铺褐铁矿尾矿浆和云南云锡公司氧化矿尾矿浆分 别用于评价P( AM - MMA)和P( AM - BA)的絮凝效果.图5和图6为分别为不同BA含量的2 mL 1%的P (AM - BA)和不同MMA含量的2 mL 1%的P( AM - MMA)对50 g固含量为10%的云南东川包子铺褐铁 矿尾矿浆的絮凝效果,由图5和图6可知,采用BA和MMA改性后,均可获得比PAM更好的絮凝效果.对 BA改性的P(AM-BA),只要向PAM中引人少量的BA( <20mg/L)参与共聚,对铁尾矿浆就可获得比 PAM更好的絮凝沉降效果;对MMA改性的P( AM - MMA),参与共聚的MMA单体的用量应大于30 mg/L 时,对铁尾矿浆才能获得比PAM更好的絮凝沉降效果.
BA含量为20 mg/L的1%P( AM - BA)和MMA含量为40 mg/L的1% P( AM - MMA)的用量分别对 云南东川包子铺褐铁矿尾矿浆的絮凝效果的影响见图7和图8,对BA改性的PAM,其对尾矿浆的用量在
0. 3% ~0. 6%均可使泌水率达到60%以上,但絮凝时间随絮凝剂的用量较少而延长;对MMA改性的 PAM,其对尾矿浆的用量在0.4%以上时,泌水率才能达到60%以上,而且絮凝时间基本不受絮凝剂用量 影响.
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可见,采用BA和MMA改性PAM对云南东川包子铺褐铁矿尾矿浆均可获得比PAM更好的絮凝效 果•采用BA改性的P( AM -BA)絮凝剂用量较少,但絮凝时间较长,而采用MMA改性的P( AM - MMA) 絮凝剂用量较大,但絮凝时间很短.
图9和图10为分别为不同BA含量的2 mL 1 %的P( AM - BA)和不同MMA含量的2 mL 1%的P( AM -MMA)对50 g固含量为10%的云南云锡公司氧化矿尾矿浆的絮凝效果,由图9和图10可知,对于云南 云锡公司氧化矿尾矿浆,无论采用BA或MMA改性,其絮凝效果均不如PAM理想.采用MMA改性,虽然 个别情况下絮凝效果与PAM较为接近,但总体看并没有显著的改善,而采用BA改性后,絮凝效果较PAM 反而有大幅度降低.
P( AM - BA)和P( AM - MMA)分别对云南东川包子铺褐铁矿尾矿浆和云南云锡公司氧化矿尾矿浆 絮凝效果的影响趋势表明,尾矿浆的絮凝效果即与絮凝剂分子链的组成和其在水溶液中的溶解形态有关, 也与矿石的组成和选矿工艺有关,这种相互影响使得絮凝剂与尾矿浆之间形成了十分复杂的相互作用.一 方面,絮凝剂的结构、官能团的性质和分子链在水溶液中分散形态等因素会直接影响其余矿渣离子间的相 互作用,进而影响絮凝效果,另一方面,尾矿浆的电解质组成、离子强度、颗粒形态、尺寸和分散状态等因素 对各种絮凝剂的相互作用也不相同,导致同一种絮凝剂在不同尾矿浆中的絮凝效果也有很大的不同•至今人们对这些相互作用的认识还极为有限,因此,更多的时候还必须通过实验进行判断• 3结论
采用BA和MMA参与共聚对PAM的分子链进行疏水性改性,可有效降低聚合物中不溶物的含量,加 快絮凝剂在水溶液中的溶解速率.与PAM相比,改性后的P( AM -BA)和P(AM -MMA)对云南东川包子 铺褐铁矿尾矿浆具有更好的絮凝效果,但对云南云锡公司氧化矿尾矿浆的絮凝效果反而降低.可见,疏水改性聚丙烯酰胺的制备及其对难沉降尾矿的絮凝性能研究,对不 同的尾矿浆应选择不同的改性方法才能获得更好的絮凝效果.
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