水溶性高分子聚合物在拜爾法赤泥分離中的應(yīng)用

1、水溶性高分子聚合物在拜爾法赤泥分離中的應(yīng)用赤泥沉降分離是氧化鋁牛產(chǎn)的主要工序z，為了強(qiáng)化赤泥的沉降分離過(guò)程，即捉高赤 泥的沉降速度，改善溢流的澄清液質(zhì)量，降低底流的液固比，不但要正確設(shè)計(jì)和選用結(jié)構(gòu)合 理的沉降槽，還需要添加高效能水溶性高分子聚合物做絮凝劑，在絮凝劑的作用下，赤泥漿 液中處于分散狀態(tài)的細(xì)小赤泥顆?；ハ嗑酆铣蓤F(tuán)。顆粒變?nèi)?，可以大人地加快赤泥的沉降?度。絮凝劑在牛產(chǎn)中的應(yīng)用極大地提高了沉降槽的工作效率。1水溶性高分子聚合物的種類及絮凝機(jī)理1.1 水溶性高分子聚合物的特點(diǎn)和種類水溶性高分子化合物具有高分子化合物的分子結(jié)構(gòu)并具有高分子化合物的特性，他們 能溶于水成為高分子化a物的真溶液

2、。在分子結(jié)構(gòu)上都具有高分子的鏈接，在鏈接上都具令 極性的、親水的基團(tuán)。一定長(zhǎng)度的高分子鏈接中，極性基的多少和極性的強(qiáng)度，決定這該高 分子化合物的特征和應(yīng)用范圍。根據(jù)其所含親水極性基團(tuán)和分子量的不同，可以演變出許多 不同的性能。一般來(lái)說(shuō)，水溶性髙分子聚合物都具有增稠性、成膜性、黏合性、潤(rùn)滑性、螯 合性、分散性、絮凝性、緩蝕性、成膠性、吸水性等性能中的一到多個(gè)性能。水溶性髙分子聚合物按來(lái)源分，可以分為天然的、半天然的、化學(xué)合成的和生物法合 成的四大類。從結(jié)構(gòu)上分可以為有機(jī)的和無(wú)機(jī)的兩大類。絮凝劑的種類很多，在氧化鋁牛產(chǎn)上部是采用高分子有機(jī)絮凝劑，以往廣泛采用淀粉 類天然高分子絮凝劑，包括用各種麥類

3、、薯類等加工的產(chǎn)品（面粉、土豆淀粉及木薯粉等） 和附產(chǎn)品（如麥鉄等）。近年來(lái)，人工合成高分子絮凝劑發(fā)展很快，與天然絮段劑相比，其 特點(diǎn)是用量少（一般為淀粉類絮凝劑的1%1. 5%）,效果好。合成高分子絮凝劑的種類很多， 目前應(yīng)用最廣的是聚丙烯酰胺類。純聚內(nèi)烯酰胺的分子式為（ch2chconh2）實(shí)際上往往將它 的水解體和衍牛物統(tǒng)稱為聚丙烯酰胺。合成高分子絮凝劑（如聚丙烯酰胺類）述存一個(gè)優(yōu)點(diǎn)， 它能完全吸附于赤泥顆粒人不像淀粉類絮凝劑那樣冇一部分仍保留衣溶液中而增加了溶液 中有機(jī)物的含量。不少拜爾法廠川聚丙烯酰胺類絮凝劑代替淀粉，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。 目前合成高分子絮凝劑巳呈現(xiàn)完全取代淀粉類絮

4、凝劑的趨勢(shì)。1.2 絮凝劑選擇和絮凝機(jī)理合成類水溶性高分子聚合物屮含有一定的極性基團(tuán)，這些集團(tuán)能吸附于水屮懸浮的固 體顆粒上，使離子間架橋而形成大的凝聚體，從而起到絮凝作用。聚合物絮凝作用有化學(xué)因 素和物理因素?；瘜W(xué)因素使懸浮粒子的電荷喪失，成為不穩(wěn)定粒子，然后不穩(wěn)定的粒子聚集。 而物理因素則川過(guò)架橋、吸附，使小粒子聚集體變?yōu)樾鯃F(tuán)。通常把這兩種因素的共同作用稱 之為絮凝作用。對(duì)而粉、麥荻等一類天然絮凝劑的作用機(jī)理有不同看法。一種看法是這類絮 凝劑中的各組分（淀粉、蛋白質(zhì)）或其水解產(chǎn)物中含有大量的極性基-oh. -cooii等，通過(guò) 牛成氫鍵而產(chǎn)牛架橋作用。2生產(chǎn)中影響絮凝劑使用效果的因素2.1

5、 絮凝劑類型水溶性高分子聚合物作為絮凝劑，常用的對(duì)以分為三類：陰離子型得有聚丙烯酸鈉、 水解聚丙烯酰胺、順丁烯二酸肝共聚物、藻蛋口酸鈉、苯乙烯磺酸鈉聚合物；非離子型得有 聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、豚醛樹脂、茍性淀粉；陽(yáng)離子的有聚乙烯毗唳、甲醛-苯胺樹脂、 聚胺、聚季鎖鹽，國(guó)內(nèi)目前主要還是使用聚丙烯酰胺類作絮凝劑。本文主要針對(duì)聚丙烯酰胺 的選擇與應(yīng)川進(jìn)行闡述?？谇把趸X生產(chǎn)物料千差萬(wàn)別，比如，拜耳法分離沉降物料和燒結(jié)法分離沉降物料； 拜耳法分離物料（nk, 150g/l）和拜耳法洗滌分離物料（nk, 50g/l ）,燒結(jié)法稀釋分離物料 （nk, 110g/l ）和燒結(jié)法洗滌分離物料（nk, 10g

6、/l ），其沉降性質(zhì)很難用同一種絮凝劑進(jìn)行沉 降分離。因此需要各種不同的絮凝劑來(lái)加速分離。但是，市于國(guó)內(nèi)絮凝劑的牛產(chǎn)與各氧化鋁 廠的生產(chǎn)需求脫節(jié)，造成絮凝劑品種單一，影響絮凝劑效能的發(fā)揮。因此，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)中各 類物料的研究，完善絮凝劑的種類，是各絮凝劑廠家和研究機(jī)構(gòu)需要解決的問(wèn)題。2.2 ph 值-影響合成絮凝劑類型（即丙烯酰胺與丙烯酸的比例）選擇的因素甚多，但溶液的ph 值是其屮最主要的。溶液的ph值不但在不同程度上改變著凝劑的化學(xué)性質(zhì)和聚合物分子的 形狀（伸展或卷曲），同時(shí)也對(duì)礦物顆粒的表而化學(xué)狀態(tài)有所影響。當(dāng)ph低時(shí)非離子型聚合 物遠(yuǎn)比中度陰離子和強(qiáng)陰離子型聚合物好，絮凝劑用量少。因?yàn)樵?/p>

7、低ph值下，后兩種絮凝 劑的線性大分子在很大程度上發(fā)生卷曲，有效長(zhǎng)度縮短，而具有類似非離子型絮凝劑分子的 外形，分子發(fā)牛卷曲的原因是其中的丙烯酸鹽大部分是以酸（cilchcooh）的形式存在。同 時(shí)由于酰胺基團(tuán)部分地被更為惰性的竣酸鹽基團(tuán)取代，聚合物的氮鍵減少，所以中度陰離子 型特別是強(qiáng)陰離子型聚合物的活性不如非離子型。當(dāng)ph為6時(shí)，中度陰離子型共聚體中的 竣酸鹽基團(tuán)離子化而使聚合體更加伸展（因too基團(tuán)互相排斥）。而非離子型聚合物兒乎 不含有陰離了（竣酸團(tuán)皋因），聚合物的形狀不變。強(qiáng)陰離子型聚合物（不含酰胺皐團(tuán)）的 活性有所提髙，但仍然較差。在ph為8時(shí)，中度陰離子型聚合物的活性繼續(xù)提髙。在

8、此ph 值下，竣酸鹽基團(tuán)基本上完全離子化，聚合物分子也最大眼度的伸展，而強(qiáng)陰離子型和非離 子型聚合物的活性變化不大。當(dāng)叩為9. 5時(shí)，強(qiáng)陰離子型聚合物的活性大大捉高而耳中度 陰離子型接近（二者川量接近），而非離子型聚合物的活性則顯若降低，表現(xiàn)為用量顯著增 加。因?yàn)榇藚季郾０钒l(fā)生水解而在許多情況下，化學(xué)水解與物理吸附反應(yīng)同吋竟相進(jìn)行 吋，將導(dǎo)致絮凝劑的活性明顯降低。隨著ph繼續(xù)提高非離子型聚合物的ph值的升高，非離 子型聚合物的活性進(jìn)一步降低。中度陰離子型聚合物在ph大于14時(shí)，其活性也由于上述原 因急劇下降，川量劇增。而強(qiáng)陰離子型聚合物的活性則在ph超過(guò)9.5以后繼續(xù)有所提高， 因?yàn)樗缓?/p>

9、丙烯酰胺，因而也就不受水解的彩響。2. 3 絮凝劑分子量分布氧化鋁生產(chǎn)要求合成高分子絮凝劑分子600萬(wàn)以上（聚丙烯酰胺類），才能對(duì)赤泥的分 離沉降很有效。但絮凝劑實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程屮，由于生產(chǎn)條件等限制，其分子量分布在一定范圍。 理論上高分子暈的絮凝劑吸附赤泥顆粒后全部進(jìn)入沉降底流，溢流中不含有絮凝劑（不過(guò)暈 的條件下）。但是，分子量低的絮凝劑（如200萬(wàn)以下的），由于吸附能力弱、分子鏈短，不 能形成足夠大的沉降顆粒，而浮于溢流進(jìn)入過(guò)濾。絮凝劑是一種粘性狠大的有機(jī)物，在過(guò)濾 過(guò)程中會(huì)吸附于過(guò)濾介質(zhì)的困難。因此，應(yīng)盡量避免使用低分子量的絮凝劑。2. 4赤泥漿液性質(zhì)合成絮凝劑的絮凝效果也取決于赤泥漿液的

10、性質(zhì)，即赤泥的礦物組成、粒度分布、赤 泥漿液固含，特別是溶液成分，而關(guān)鍵在于選擇紐成和性質(zhì)適合于所處理的赤泥漿液的絮凝 劑并止確地進(jìn)行作業(yè)。溶液屮的腐植酸鹽和草團(tuán)鹽也會(huì)降低聚內(nèi)烯臥膠的絮凝效果，對(duì)赤泥沉降速度和溢流 浮游物含員均有不利影響，因?yàn)檫@些有機(jī)物吸附于赤泥粒子表而，阻礙了粒子z間的絮凝。研究表明，溶液中的碳酸鈉含量高會(huì)降低聚丙烯酷膠的效果。這是因?yàn)閏o/優(yōu)先吸附 于赤泥表血，干擾了絮凝劑的作用。往漿液中加入石灰，使碳酸鈉茍化，絮凝劑的作用對(duì)完 全恢復(fù)。碳酸鈉對(duì)聚丙烯酸造成的有害影響較小。許多文獻(xiàn)報(bào)道，少量鈣離子可使絮凝劑的活性明顯增加。鈣離子的存在降低了聚合物 的陰離子為帶負(fù)電的顆披間

11、的靜電斥力，使聚合物更加容易與固體顆粒接近。另外，鈣離子 還有可能與負(fù)電性顆粒結(jié)合而成為與負(fù)電性的絮凝劑相聯(lián)接的接合點(diǎn)，即絮凝劑通過(guò)“鈣橋” 而直接吸附于赤泥上。赤泥漿液的固含是影響紫凝劑效力的重要因素z，固含高，絮凝效 果變差。2. 5 絮凝劑的溶解選擇了合適的絮凝劑并不等于就對(duì)獲得最佳的絮凝效果，成功地使用合成高分子絮凝 劑的關(guān)鍵在于使聚合物良好的分散。牛產(chǎn)中絮凝劑溶解不好時(shí)，部分絮凝劑以膠體狀進(jìn)入赤 泥或隨上清液流走，這使得絮凝劑的有效濃度降低。未溶的絮凝劑以膠體狀在輸送過(guò)程中有 可能堵塞管道，隨上清液流走的膠狀絮凝劑在過(guò)濾時(shí)堵塞濾布，這些都影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。 影響絮凝劑溶解的主耍因素

12、有：2.5. 1 溶解時(shí)間生產(chǎn)過(guò)程中山于溶解絮凝劑槽子大小與絮凝劑用量人小之間的孑盾造成絮凝劑溶解時(shí) 間受到一定限制，特別是有些老氣化鋁廠進(jìn)一步延長(zhǎng)絮凝劑溶解時(shí)間有一定的難度。 2.5.2溶解溫度升高溫度可以使溶液中分子運(yùn)動(dòng)加快，捉高溶解速度。但絮凝劑屬高分子聚合物，過(guò)高 的溫度將造成絮凝劑分解，而使絮凝沉降性能降低。各種絮凝劑的聚合條件不同，具分解溫 度也不同。我們可以通過(guò)試驗(yàn)尋找出特定絮凝劑的最佳溶解溫度，以此為基礎(chǔ)不斷探索找出 適合大部分絮凝劑的溶解溫度，實(shí)現(xiàn)為牛產(chǎn)服務(wù)的h的。2.5.3攪扌半速度攪拌能使溶解加快。但絮凝劑屬高分子化合物，分子鏈較長(zhǎng)，攪拌時(shí)易造成分子鏈斷裂。 因此合適的絮

13、凝劑溶解攪拌速度很重耍。攪拌速度升高絮凝劑分子量減小。攪拌速度上升到600r/min以上時(shí)，分子量急劇降低。 因此，絮凝劑溶解攪拌速度不能高于600r/mino生產(chǎn)屮更應(yīng)避免用離心泵輸送絮凝劑。 2.5.4水質(zhì)的影響絮凝劑是吸附能力很強(qiáng)的高分子聚合物，它可以吸附水屮的雜質(zhì)顆粒。并可形成一層保 護(hù)膜影響里層絮凝劑的進(jìn)一步溶解也使絮凝效果降低。因此，絮凝劑溶解階段保證水質(zhì)，是 加快絮凝劑溶解和提高效能的一個(gè)重要方而。2.6絮凝劑用量在一定的工藝條件下，有一個(gè)相應(yīng)的最適宜絮凝劑溶液濃度，這時(shí)所得到的赤泥沉降速 度高且絮凝劑消耗量少，沉降槽底流的液固比也相應(yīng)的減小。在工業(yè)牛產(chǎn)上出現(xiàn)沉降槽跑渾 時(shí)，往往

14、采用加大絮凝劑用量的措施，一般能獲得滿意的效果。但是，當(dāng)絮凝劑用量過(guò)大時(shí)， 容易形成較大的赤泥絮團(tuán)，其中含液量大，會(huì)使沉降槽的底流液固比增大，給后血赤泥的洗 滌帶來(lái)困難。對(duì)某一種分子量的絮凝劑溶液，當(dāng)絮凝劑用量達(dá)到某一定值吋，可以獲得最大 的沉降速度，當(dāng)其用量加大吋，反而會(huì)使沉降速度降低。為此，應(yīng)根據(jù)白身工藝條件，摸索 出適合生產(chǎn)的最佳絮凝劑用量范圍。2. 7絮凝劑添加方式2.7.1充分混合這是保證絮凝效果，降低絮凝劑用量的一個(gè)重要條件。但當(dāng)顆粒間的“架橋”是絮凝的 重要機(jī)理時(shí)，攪拌太強(qiáng)烈，剪切力過(guò)人，特使絮團(tuán)破壞。因?yàn)樘砑泳郾０奉惡铣尚跄齽?所形成的赤泥絮團(tuán)比較脆弱，這種絮凝劑的長(zhǎng)鏈狀分子也易受剪力作川而破壞，變成更短的 分子。所以過(guò)于強(qiáng)烈的混合會(huì)使赤泥沉降速度明顯降低，絮凝劑用量增加。2. 7. 2分次添加分次添加是使聚合物更有效分散的方法之一，它與一次添加相比，可減少絮凝劑用量。 實(shí)踐證明，在聚丙烯酰胺溶解時(shí)，加入少量堿濃，使溶液保持較高的ph值，對(duì)提高絮凝效 果是有好處的。3結(jié)論3.1 對(duì)于不同的沉降物料要使用不同的絮凝劑，爭(zhēng)取使絮凝劑的效能發(fā)揮到最大。3.2 絮凝劑分子量影響著絮凝劑的沉降性能分子量越大，沉速越快，沉降性能越好；低分 子量絮凝劑対生產(chǎn)有負(fù)血影響。因此，工業(yè)上要保證好的沉降性能，必須要保