選煤生產(chǎn)中會產(chǎn)生含有細(xì)粒的煤泥水，由于其中含有＜0.001mm的膠體顆粒，故其沉降速度很慢，單憑機(jī)械方法難以解決煤泥水的澄清和煤泥回收問題，導(dǎo)致煤泥水處理工藝復(fù)雜，大量煤泥水流失，不但惡化洗選效果，增加生產(chǎn)成本，而且浪費(fèi)資源，污染周邊環(huán)境污染。許多國家為解決這類問題，廣泛硏究和使用絮凝劑來加速煤泥的沉淀，并取得了良好效果。使用絮凝劑后選煤廠的循環(huán)水濃度可控制在1g/L以下，浮選尾礦經(jīng)深錐濃縮機(jī)處理，產(chǎn)品水分可控制在40%-50%之間，故添加絮凝劑是實(shí)現(xiàn)煤泥廠內(nèi)回收和洗水閉路循環(huán)的一種主要技術(shù)措施。
絮凝劑的作用是將一些分散、懸浮在水中且不易沉淀或不能沉降的微細(xì)顆粒聚成較大的絮團(tuán)，以此加速絮團(tuán)的沉降過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其與水分離的目的。絮凝劑可分為無機(jī)電解質(zhì)、天然高分子化合物、人工合成高分子化合物三種，目前廣泛用于煤泥水處理的絮凝劑為人工合成高分子化合物-聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成的有機(jī)高分子聚合物，粉粒狀聚丙烯酰胺的分子量在6百萬到8百萬之間，具有無色、無味、無臭、能溶于水的特點(diǎn)，其溶解后溶液粘度較大，腐蝕性較小。聚丙烯酰胺含有高活性的親水基團(tuán)-酰胺基，其能吸附在懸浮固體顆粒表面，并將所吸附顆粒通過架橋連接，使分散的細(xì)小顆粒聚集成大的絮團(tuán)。
1、存在問題
絮凝劑制備實(shí)際上就是絮凝劑的溶解，目前晉陽選煤廠的絮凝劑溶解分成兩道程序，先將聚丙烯酰胺添加到一個帶攪拌裝置的桶內(nèi)，再給入帶蒸汽加熱的桶內(nèi)，對其進(jìn)行二次溶解。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)：在一道程序聚丙烯酰胺已經(jīng)存在結(jié)塊現(xiàn)象，尤其是在寒冷條件下，結(jié)塊更為嚴(yán)重。結(jié)塊的聚丙烯酰胺溶解比較困難，使用效果也不好，且容易粘附在濾布或設(shè)備外表，甚至堵塞設(shè)備、管道，進(jìn)而影響正常生產(chǎn)。
在研究電廠廢水用于晉陽選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)是否可行時，需要研究電廠廢水對聚丙烯酰胺絮凝效果和煤泥水沉降效果的影響，主要研究溶解溫度對聚丙烯酰胺溶解速度和溶液粘度的影響。
2、溶解溫度對聚丙烯酰胺溶解速度的影響
取1000mL自來水，加入5g聚丙烯酰胺，置于恒溫水浴中并充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢杷俣缺３衷?0r/min左右。聚丙烯酰胺的溶解溫度與溶解時間關(guān)系曲線如圖1所示。
由圖1可知：在30℃以下，聚丙烯酰胺完全溶解需要3h以上；在35℃附近，聚丙烯酰胺溶解速度發(fā)生急劇變化，在40℃以上，隨著溶解溫度的增加，所需的溶解時間越來越少。溶解溫度越高，聚丙烯酰胺溶解越快，但根據(jù)聚丙烯酰胺的分子結(jié)構(gòu)和絮凝機(jī)理，如果溶解溫度過高，易使高聚物的分子鏈斷裂，進(jìn)而破壞其架橋作用，導(dǎo)致使用效果降低。
采用聚丙烯酰胺作為絮凝劑，依據(jù)MT190-88《選煤廠煤泥水沉降試驗(yàn)方法》迸行煤泥水沉降試驗(yàn)，結(jié)果見表1。
表1煤泥水沉降速度和澄清效果
| 溶解溫度/℃ | 沉降速度煤泥完全沉淀所有時間/s | 不同時間的絮團(tuán)高度/ml | |
| 40s | 300s | ||
| 35 | 60 | 35 | 15 |
| 40 | 60 | 35 | 15 |
| 45 | 60 | 35 | 15 |
| 50 | 60 | 35 | 15 |
| 55 | 60 | 35 | 15 |
| 60 | 60 | 35 | 15 |
| 65 | 80 | 37 | 15 |
| 70 | 80 | 40 | 17 |
| 75 | 80 | 40 | 18 |
由上表1可知：在35-60℃范圍內(nèi)，煤泥水沉降速度和澄清效果相同；在65℃以上，煤泥水沉降速度變慢，澄清效果變差。
3、溶解溫度對溶液黏度的影響
將玻璃棒放入聚丙烯酰胺溶液中，攪拌一段時間后輕輕拉起，觀察玻璃棒末端形成的粘絲長度。對于濃度在0.05%-0.10%的聚丙烯酰胺溶液，性能好的能形成10-15cm或更長的細(xì)絲；而較差的絲很短，甚至不能成絲。
用小瓶盛裝聚丙烯酰胺溶液，將瓶傾斜使溶液緩慢流入，然后暫停傾瀉，觀察液流末端的粘絲狀態(tài)，以確定聚丙烯酰胺是否已經(jīng)完全溶解。良好的聚丙烯酰胺溶液能形成很長的細(xì)絲；未完全均一化的溶液，傾瀉流出時可明顯看到液流忽粗忽細(xì)，或有珠狀的流出物。這種未完全分散均勻的聚丙烯酰胺溶液的使用效果不好，容易粘附在濾布或設(shè)備的外表上。
35-60℃范圍內(nèi)的聚丙烯酰胺溶液良好，大于65℃的聚丙烯酰胺溶液較差，75℃的聚丙烯酰胺溶液不能成絲。綜上所述，聚丙烯酰胺溶解較適宜的溶解溫度為35-60℃，考慮到需要快速溶解，溶解溫度為50-60℃較佳。
4、攪拌條件和均勻分散投料
對大多數(shù)物質(zhì)來說，攪拌越快溶解越快，但聚丙烯酰胺的溶解應(yīng)避免過強(qiáng)的剪切力，因?yàn)檫^強(qiáng)的攪拌會使分子鏈斷裂，從而降低使用效果。宜采用低速漿葉攪拌機(jī)，攪拌時葉輪轉(zhuǎn)速小于400r/min，攪拌時間為1-1.50h。
聚丙烯酰胺溶解的影響因素還有均勻分散投料。一般先將溶液加熱至50-60℃，開動攪拌機(jī)后，將稱重過的絮凝劑沿?cái)嚢璁a(chǎn)生的旋渦邊緣平靜、迅速倒入，在溶液的粘性變大前與水完全混合。
5、聚丙烯酰胺的絮凝機(jī)理
聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚或與其他單體共聚而成的，含量在50%以上的線型水溶性高分子化學(xué)物的總稱。由于分子結(jié)構(gòu)的特殊性，聚丙烯酰胺具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，結(jié)構(gòu)單元中含有酰胺基，易形成氫鍵，具有良好的水溶性。聚丙烯酰胺的分子鏈很長，它的酰胺基（-CONH2）可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵，這就使它能在吸附的粒子之間架橋，使數(shù)個甚至數(shù)十個粒子連接在一起，進(jìn)而生成絮團(tuán)，并使粒子加速下沉。
這同一般絮凝機(jī)理類似，即一個分子能同時吸附幾個粒子，使它們聚集在一起，然后迅速沉降，沉降的速率取決于絮凝劑的濃度和懸浮固體的濃度。聚丙烯酰胺的絮凝機(jī)理可歸納為：由于具有極性基因-酰胺基，易借氫健的作用在泥沙顆粒表面吸附；由于其有很長的分子鏈，大數(shù)量級的長鏈在水中有巨大的吸附表面，故絮凝作用好，能利用長鏈在顆粒之間架橋，形成大顆粒的絮凝體；由于分子鏈固定在不同顆粒的表面上，各個固相顆粒之間形成聚合橋。
6、結(jié)語
硏究了溶解溫度對聚丙烯酰胺溶解速度和溶液粘度的影響，達(dá)到進(jìn)一步提高聚丙烯酰胺的溶解速度和使用效果的目的，有助于實(shí)現(xiàn)煤泥水的澄清和再利用。這也為大量較高溫度的電廠廢水用于選煤生產(chǎn)提供了先例，并實(shí)現(xiàn)了企業(yè)“焦化-發(fā)電-洗煤”大循環(huán)零排放的目標(biāo)，同時解決了電廠廢水和焦化廢水污染環(huán)境的問題。
