简介概要

改性聚丙烯酰胺在赤泥沉降中的应用

来源期刊：稀有金属2001年第4期

论文作者：卢红梅钟宏钱介文

关键词：氧肟酸基团; 改性; 赤泥; 沉降;

摘要：用聚丙烯酰胺通过正交试验法改性合成了含有氧肟酸基团的水溶性高分子;将改性产品和工厂提供的絮凝剂用于赤泥沉降,发现改性产品具有上清液浓度小、絮团结实、底流固液比高的优势.

稀有金属 2001,(04),294-296 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2001.04.017

改性聚丙烯酰胺在赤泥沉降中的应用

钟宏卢红梅

中南大学!长沙410083,中南大学!长沙410083,中南大学!长沙410083

摘要：

用聚丙烯酰胺通过正交试验法改性合成了含有氧肟酸基团的水溶性高分子 ;将改性产品和工厂提供的絮凝剂用于赤泥沉降 , 发现改性产品具有上清液浓度小、絮团结实、底流固液比高的优势

关键词：

氧肟酸基团;改性;赤泥;沉降;

中图分类号： X758

收稿日期：2000-11-02

Application of Modified Polyacrylamide in Sedimentation of Red Mud

Abstract：

Through cross test, soluble polymer with hydroxamic acid was synthesized from polyacrylamide (PAM) by modification. Comparing better synthetical product with flocculents provided by factory, the advantages of synthetical product, such as lower turbidity of topliquid, more stable floccule and higher ratio of solid and liquid were found in sedimentation of red mud.

Keyword：

Hydroxamic acid; Modify ; Red mud; Sedimentation;

Received： 2000-11-02

美国氰胺公司于20世纪80年代末推出的由聚丙烯酰胺改性的氧肟酸型高分子, 因与铁离子具有迅速而牢固的螯合作用而在油田钻井、氧化铝生产的赤泥分离中得到很好的运用。该产品一经推出, 就受到了广泛的关注, 从整个赤泥沉降用絮凝剂来看, 氧肟酸型高分子絮凝剂将成为很有前景的一类絮凝剂。在我国, 此类产品还全靠进口, 其价格相当昂贵, 此类产品的研究亦刚刚起步, 还需做出大量的工作。本文实验通过对聚丙烯酰胺的改性, 在分子结构上引入氧肟酸基团, 希望改性产品能改善赤泥的沉降。

1 实验部分

1.1 正交实验选择最佳工艺合成产品

据文献 [ 1, 2] 报道, 用聚丙烯酰胺改性合成含有氧肟酸基团高分子的反应的转化率主要与 pH值、温度、聚丙烯酰胺的分子量、原料物料比、反应体系中电解质浓度、反应时间及聚丙烯酰胺浓度等有关, 有些因素之间又有相互依赖和制约的关系。在生产过程中起主要控制的因素是 pH值、温度、聚丙烯酰胺的分子量、原料物料比和反应体系中电解质浓度。故在正交试验中选取 pH值、温度、聚丙烯酰胺的分子量、原料物料比和反应体系中电解质浓度为因素。选定工艺参数范围按一定间隔取点为水平, 列出因素水平表如表1。根据因素水平表, 选用 L₁₆ (4⁵) 安排正交试验 ^[3] 。

对原料及产品进行红外光谱分析, 原料聚丙烯酰胺的红外光谱如图1, 改性产品的红外光谱如图2。

通过正交试验及综合分析, 在影响聚丙烯酰胺羟胺化反应的诸多因素中, pH 对反应的影响最大, 温度、原料分子量次之, 强电解质居中, 羟胺与酰胺的摩尔比影响最小。反应在 pH 值为11、反应温度 90℃、NH₂OH 与 CONH₂ 的摩尔比为 1～1.2、聚丙烯酰胺分子量为 (3～6) ×10⁶, 不另加强电解质的情况下趋近于最佳工艺条件。

对原料及产品进行红外光谱分析, 原料聚丙烯酰胺的红外光谱如图1, 改性产品的红外光谱如图2。从图1、2可以看出, 原料与产物的谱图有较大的差别, 产物在 3435.66 cm^-1处出现一宽的谱带, 且在 2924.45、2856.94cm^-1 处出现两谱带, 这三谱带应是 N-H 和 O-H 伸缩振动引起, 是氧肟酸最明显的三个特征, 这与文献报道 [ 4] 是相符的。另外在 1670.57cm^-1 处出现一较强的吸收峰, 这是 C=O 伸缩振动, 1572.18 cm^-1 相应于 CNH 变角振动, 根据已有的相关报道 ^[5] , 这两峰也应为氧肟酸的特征峰。因此可推断该改性产品含有氧肟酸基团。再经基团分析可知, 在实验最佳工艺条件下改性的产品 HH1 的氧肟酸基团含量约为 27%。

1.2 对赤泥的沉降实验

从正交实验所改性的一系列产品中选出一种较理想的产品 (HH1) , 将其和郑州铝厂所提供的絮凝剂 FJ (法国进口) 、聚丙烯酸钠 (SPA) 及原料聚丙烯酰胺 (PHP) 进行对比实验。实验所用悬浮液的固含量为6% (质量分数ω) , 絮凝剂的用量均为 10 mg/L) 赤泥悬浮液, 沉降结果见图3及表2。

从图3可看出, 改性产品 HH1 对赤泥的沉降速度相对原料及郑州铝厂提供的絮凝剂的提高不多。但是从表2可看出, HH1 对赤泥所形成的絮凝团相对较小, 以致沉降 30 min 后, HH1 处理的赤泥的界面比其它絮凝剂处理的赤泥的固液面低, 这从某种程度上讲, 是因为絮团小有利于底流固体的压缩, 从而提高底流固液比。HH1 所处理赤泥的上清液浊度得以大大降低, 即上层浮游物大大减少, 特别是二次搅拌后, HH1 的上清液浊度基本不变, 而其它絮凝剂所处理的赤泥经二次搅拌后上清液浊度严重提高, 这可归功于氧肟酸基团与赤泥的牢固结合, 使得絮团坚实耐剪切, 以致二次搅拌不影响上清液浊度, 总的说来, HH1 处理赤泥具有上清液澄清、絮团小耐剪切、底流固液比高等优势。

2 讨论

改性产品 HH1 之所以具有这些优势, 其主要原因是其结构上除含有一般的丙烯酸基团、酰胺基团外, 还具有氧肟酸基团。其结构式示意图如下:

已知氧肟酸官能团对过渡金属元素, 特别是铁有很强的亲合力 ^[5,6] , 而赤泥中大部分矿物粒子的表面普遍存在铁, 故改性产品通过氧肟酸基团迅速而牢固地粘附在赤泥颗粒上, 形成较大的絮团, 这些絮团较结实, 一般的搅动不会使之破碎, 从而有利于降低上清液的浊度, 对这种特殊的吸附, 即使是再次的搅拌也不会打碎其絮团而影响浊度。由于加入 HH1 后赤泥所形成的絮团不是很大且结实, 所以可得到较高的底流固液比。

3 结论

通过正交试验及综合分析, pH 值为11、反应温度90℃、原料中 NH₂OH与-CONH₂ 基团的摩尔比为 1～1.2、聚丙烯酰胺分子量为 3×10⁶～6×10⁶, 在不另加强电解质时趋近于最佳工艺条件, 这与氰胺公司的有关报道 ^[2] 是相符的。根据生产的实际情况, 考虑到羟胺的价格较高, 可适量降低 NH₂OH 与 -CONH₂ 基团的比 (即可降低羟胺与聚丙烯酰胺用量比) , 以求降低成本, 取得更好的经济效益。将改性产品 HH1 和原料 PAM 及郑州铝厂所提供的 FJ、SPA 用于赤泥沉降, 经比较, 发现改性产品处理赤泥具有上清液浊度小、絮团结实、底流固液比高的优势。