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                疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對難沉降尾礦的絮凝性能研究

                發布日期:2015-02-12 22:49:59

                疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對難沉降尾礦的絮凝性能研究和絮凝性能

                疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對難沉降尾礦的絮凝性能研究,采用水溶液共聚法,以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯為疏水單體,以K2S208—NaHS03氧 化還原體系為引發劑,制備了疏水改性型聚丙烯酰胺,探討了改性單體用量對改性聚丙烯酰胺的 分子量、不溶物含量、溶解速率等性能的影響規律,并對其在兩種難沉降尾礦中的絮凝性能進行 了評價•研究結果表明:疏水改性聚丙烯酰胺對不同類型的難沉降尾礦漿表現出不同的絮凝效果。

                聚丙烯酰胺(PAM)被廣泛應用于采礦、污水處理、泥漿處理、石油開采、地層封堵等領域⑴.一般情況 下,當PAM為線性分子時,較大的分子量絮凝效果較好,但在特定的使用條件下,絮凝劑綜合絮凝效果往 往受絮凝劑自身的伸展狀態、表面電荷特性、不溶物含量、溶解速率、環境電解質的類型和強度等因素的影 響很大[2],有時當PAM的分子量過大時,將導致PAM的分子線性度降低、不溶物含量顯著升高和溶解速 率減慢,使絮凝效率降低[3] •此外,由于PAM隨著使用時間的延長和體系溫度的變化易被水解,疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對難沉降尾礦的絮凝性能研究,在使用過 程中存在耐溫、耐鹽、抗剪切性能較差的問題[4].
                為克服PAM的上述缺陷,通過向聚丙稀酰胺親水性大分子鏈上引人少量疏水基團,對其進行疏水改 性,利用疏水基團的憎水作用,使大分子鏈產生分子內和分子間締合,形成具有一定強度的空間網狀結構, 增大PAM的流體力學體積,使溶液的粘度顯著提高,因而具有良好的增粘作用,其耐溫、抗鹽性能明顯優于PAM水解聚丙烯酰胺[5_8].
                由于尾礦漿成分復雜且含鹽量極高,用普通PAM處理時效果往往不好,本文擬向PAM分子鏈中引人 甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯疏水單體,制備具有良好的溶解性和耐電解質特性的改性PAM,并對其在 東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿和云錫公司氧化礦尾礦漿的應用效果進行了評價.
                1實驗部分 1.1試劑
                丙烯酰胺(AM) : AR;亞硫酸氫鈉(NaHS03),AR;過硫酸鉀(K2S208),AR;丙烯酸正丁酯(BA), CP;甲 基丙烯酸甲酯(MMA ),CP;氯化鈉,AR;高純氮氣;蒸餾水;東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿;云錫公司氧化礦尾 礦漿•
                1.2合成方法
                稱取10g±0.001 g丙烯酰胺于50 mL燒杯中,向其中加人12 rnL的蒸餾水和1 mL的疏水單體.將燒 杯用保鮮膜封口后置于20^水浴中,開啟攪拌,同時向體系中通入氮氣•通氮氣30 min后,向體系中加人1 mL K2S208溶液,快速攪拌使體系快速混合均勻.31^后向體系加人11111^出303溶液,緩慢攪拌3 11^ 后,用保鮮膜將燒杯再次封口后置于水浴中,緩慢攪拌(以攪拌子恰好可以轉動為宜).待攪拌子無法轉動 時,將燒杯取出,靜置48 h使其充分反應.將膠狀產物取出,剪碎,置于真空干燥箱中抽真空在20^:下烘 干,搗碎,得粉狀疏水改性PAM.
                1.3測試方法 1.3.1粘均分子量測定
                采用GB 12005.1 -89中的外推法測出特性粘數,依照GB/T 12005.10 -92計算分子量•
                1.3.2溶解性能測定
                按照GB 12005.2測定樣品不溶物含量和電導率,按照GB 12005.8測定溶解速率•
                1.3.3絮凝效果評價
                將絮凝劑配成1% (質量分數)水溶液備用,在100 mL燒杯中加入50 g固含量為10% (質量分數)的 尾礦漿溶液,置于攪拌器上快速攪拌,邊攪拌邊用移液管向尾礦漿中加入一定量配好的絮凝劑溶液,再快 速攪拌2 min使其混合均勻,然后將該混合液轉移至100 mL量筒中,靜置,記錄出水體積隨時間的變化• 1 h后,測定上層清液量,計算出水率,并以蒸餾水為參比測定透光率•
                2結果與討論
                2.1疏水改性單體對聚合物分子量的影響
                當加人疏水性單體改性后,改性單體MMA和BA的用量對P( AM - MMA)和P( AM - BA)分子量的 影響如圖1所示.當其它反應條件不變時,對BA,由于其疏水性較強,側鏈基團的空間位阻較大,不利于分 子鏈的增長,因此,隨BA用量的增大,P(AM -BA)的分子量逐漸減小;對MMA,隨MMA用量的增大,疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對難沉降尾礦的絮凝性能研究,P (AM-MMA)分子量表現為先增大而后逐步減小的趨勢,顯然這一變化不能用疏水性和側鏈空間位阻來 解釋,而很可能是由于分子鏈中的MMA改變了 PAM分子鏈的分子內和分子間的締合方式[7],進而導致 其在稀溶液中的流動性質不同,并改變了溶液的特性粘度•
                2.2疏水改性單體對聚合物不溶物含置和溶解速率的影響
                圖2為疏水性單體對P( AM - MMA)和P( AM - BA)不溶物含量的影響,顯而易見,向聚丙烯酰胺分 子鏈中引入疏水性單體,可使聚合物中的不溶物含量降低至3%以下,有效降低絮凝劑的用量和尾礦漿絮
                凝成本._
                不同疏水改性單體用量時,P( AM - MMA)和P( AM - BA)的溶解速率如圖3和圖4所示,總體看兩者 均具有較快的溶解速率,BA改性的P( AM -BA)在10 min內電導率基本達到平衡值,MMA改性的P( AM -MMA)溶解速率相對慢一些,但在2〇 min內電導率也基本達到平衡值.
                圖2疏水改性單體對不溶物含量的影響 Fig.2 Effect of hydrophobic monomers on insoluble fraction
                圖1疏水改性單體對共聚物分子量影響 Fig.l Effect of hydrophobic monomers on molecular weight 
                020406080100120
                時間/min
                圖3 MMA用量對P(AM-MMA)溶解速率的影響 Fig.3 Effect of MMA content on dissolution rate
                時間/min
                圖4 BA用量對P(AM-BA)溶解速率的影響 Fig.4 Effect of BA content on dissolution rate 
                2.3 P(AM-MMA)和P(AM-BA)對尾礦漿絮凝效果的影響
                沉降時間/min
                圖6 P(AM-MMA)對鐵尾礦漿絮凝效果的影響 Fig.6 Effect of P(AM-MMA) on flocculation of hematite tailing slurry
                圖5 P(AM-BA)對鐵尾礦漿絮凝效果的影響 Fig.5 Effect of P(AM-BA) on flocculation of hematite tailing slurry
                本文選擇了兩種較難沉降的尾礦漿:云南東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿和云南云錫公司氧化礦尾礦漿分 別用于評價P( AM - MMA)和P( AM - BA)的絮凝效果.圖5和圖6為分別為不同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)對50 g固含量為10%的云南東川包子鋪褐鐵 礦尾礦漿的絮凝效果,由圖5和圖6可知,采用BA和MMA改性后,均可獲得比PAM更好的絮凝效果.對 BA改性的P(AM-BA),只要向PAM中引人少量的BA( <20mg/L)參與共聚,對鐵尾礦漿就可獲得比 PAM更好的絮凝沉降效果;對MMA改性的P( AM - MMA),參與共聚的MMA單體的用量應大于30 mg/L 時,對鐵尾礦漿才能獲得比PAM更好的絮凝沉降效果.
                BA含量為20 mg/L的1%P( AM - BA)和MMA含量為40 mg/L的1% P( AM - MMA)的用量分別對 云南東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿的絮凝效果的影響見圖7和圖8,對BA改性的PAM,其對尾礦漿的用量在
                0. 3% ~0. 6%均可使泌水率達到60%以上,但絮凝時間隨絮凝劑的用量較少而延長;對MMA改性的 PAM,其對尾礦漿的用量在0.4%以上時,泌水率才能達到60%以上,而且絮凝時間基本不受絮凝劑用量 影響.
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                %/»•雲
                可見,采用BA和MMA改性PAM對云南東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿均可獲得比PAM更好的絮凝效 果•采用BA改性的P( AM -BA)絮凝劑用量較少,但絮凝時間較長,而采用MMA改性的P( AM - MMA) 絮凝劑用量較大,但絮凝時間很短.
                圖9和圖10為分別為不同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)對50 g固含量為10%的云南云錫公司氧化礦尾礦漿的絮凝效果,由圖9和圖10可知,對于云南 云錫公司氧化礦尾礦漿,無論采用BA或MMA改性,其絮凝效果均不如PAM理想.采用MMA改性,雖然 個別情況下絮凝效果與PAM較為接近,但總體看并沒有顯著的改善,而采用BA改性后,絮凝效果較PAM 反而有大幅度降低.
                P( AM - BA)和P( AM - MMA)分別對云南東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿和云南云錫公司氧化礦尾礦漿 絮凝效果的影響趨勢表明,尾礦漿的絮凝效果即與絮凝劑分子鏈的組成和其在水溶液中的溶解形態有關, 也與礦石的組成和選礦工藝有關,這種相互影響使得絮凝劑與尾礦漿之間形成了十分復雜的相互作用.一 方面,絮凝劑的結構、官能團的性質和分子鏈在水溶液中分散形態等因素會直接影響其余礦渣離子間的相 互作用,進而影響絮凝效果,另一方面,尾礦漿的電解質組成、離子強度、顆粒形態、尺寸和分散狀態等因素 對各種絮凝劑的相互作用也不相同,導致同一種絮凝劑在不同尾礦漿中的絮凝效果也有很大的不同•至今人們對這些相互作用的認識還極為有限,因此,更多的時候還必須通過實驗進行判斷• 3結論
                采用BA和MMA參與共聚對PAM的分子鏈進行疏水性改性,可有效降低聚合物中不溶物的含量,加 快絮凝劑在水溶液中的溶解速率.與PAM相比,改性后的P( AM -BA)和P(AM -MMA)對云南東川包子 鋪褐鐵礦尾礦漿具有更好的絮凝效果,但對云南云錫公司氧化礦尾礦漿的絮凝效果反而降低.可見,疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對難沉降尾礦的絮凝性能研究,對不 同的尾礦漿應選擇不同的改性方法才能獲得更好的絮凝效果.
                本文推薦企業:山東東達聚合物有限公司,是專業的陰離子聚丙烯酰胺,陽離子聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺生產廠家,專業生產聚丙烯酰胺,陰離子聚丙烯酰胺,陽離子聚丙烯酰胺,非離子聚丙烯酰胺。擁有雄厚的技術力量,先進的生產工藝和設備。東達聚合物有限公司全體員工為海內外用戶提供高技術,高性能,高質量的聚丙烯酰胺產品。專業聚丙烯酰胺生產廠家:山東東達聚合物有限公司熱忱歡迎國內外廣大客戶合作共贏。
                 
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