在Bayer•法提煉鋁礦石中，常用聚丙烯酰胺類絮凝劑由熱苛性鈉水溶液中分離不溶性氧化鐵（赤 泥）[1,2]。采用常規的陰離子、陽離子和非離子型聚丙烯酰胺時，均有用量大、絮團小、泥水分離效果差等 問題[3]。李時毅[4]報道了水溶液聚合法制備的兩性聚丙烯酰胺鋁土礦赤泥絮凝劑，兩性聚丙烯酰胺乳液選礦劑的合成及絮凝作用,具有較高的濾水量、

較低的濾餅含水率，脫出水的清澈度大大提高，綜合性能優于高分子量的陰離子、非離子型和改性陽離 子型聚丙烯酰胺。在單體質量分數較高時（20% ~ 45% )，采用水溶液聚合法制備高分子量兩性聚丙烯 酰胺(一般為絕熱聚合）聚合熱難以排除，很難獲得超高特性粘數和分子量分布適合需要、且溶解性好 的產品[4 5]。利用油包水（即反相乳液聚合）方法可以克服丙烯酰胺等水溶性單體聚合反應過程中的放 熱，提高其特性粘數從而使產物性能更好[6 7]。本文在前文[4,5]基礎上采用反相濃乳液（固體物質量分 數> 32% )聚合法以及水溶性單體聚合的高效引發劑[8]合成了速溶的超高特性粘數兩性聚丙烯酰胺乳 液（APPAME)，其對鋁土礦赤泥的絮凝效果顯著提高。

1實驗部分

11試劑和儀器

丙烯酰胺（AM，工業聚合級)，使用前經丙酮重結晶；丙烯酸（AA，工業聚合級），使用前經活性炭純 化;丙烯酰氧基乙基三甲基氯化銨（DAC；工業聚合級）（日本）;偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（AIBA)，化學純 試劑;氫氧化鈉，分析純試劑;復合乳化劑為Span80和Tween8Q 0#柴油沸程為180~ 300°C。鋁土礦赤 泥（密度為1.35,鄭州鋁城化工廠）。LEO1530VP型掃描電子顯微鏡（德國），將APPAME樣品用柴油稀 釋20倍左右，取1滴滴在洗凈的蓋玻片上，自然晾干后觀測粒子的大小及其分布。NicoletMAGNA- R760型FTIR紅外光譜儀（美國），將經過量丙酮2次沉析的兩性聚丙烯酰胺樣品在室溫下真空干燥

2d后，與KBr—起研磨壓片；751G型分光光度計（上海分析儀器廠）。

聚合后乳液采用丙酮沉析法[9]測定APPAME;用溴加成法[10]測定反應前后乳液中單體雙鍵含量，

計祘單體轉化率。聚合后的乳液在攪拌下倒入過量的丙酮中沉淀，樣品在45 °C干燥至恒重，用烏氏粘 度計采用稀釋法測定共聚物的特性粘數[1]。使用1.0mol/L的標準NaCl溶液將聚合物樣品配成質量分 數為0. 02%的溶液，在（30 ±0.1) °C下測定流出時間，然后作圖求出其特性粘數。

1 2 APPAME的合成

將AA用NaOH溶液中和到7.5制得丙烯酸鈉（NaAA)溶液，加入AM和DAC配成水相;然后將水相加入到復合乳化劑Span80/Tween80的柴油油相中，在咼速攪拌機上乳化20m n升溫至40 °C， 通N2氣除氧15mh后加入0.1~ 1.0mmol/LAEA引發劑水溶液，慢攪拌保溫聚合8 h后，冷卻出料， 即得室溫下速溶的APPAME。

13鋁土礦赤泥絮凝試驗

在（95 ±1) °C的恒溫玻璃缸中進行，用増濃試驗方法["]測定APPAME溶液加入赤泥漿3 m n后沉 淀區厚度(沉淀區厚度所占百分比越小，出水量越大），并傾出上層液測定透光率。

2結果與計論

21 APPAME的合成與產物分析

表1為兩性聚丙烯酰胺反相乳液聚合的結果。表中可見，在其它條件不變情況下，隨原料中陽朋 離子單體配比n(DAC) /n(NaAA)的増大，單體轉化率和聚合物特性粘數均有所降低。兩性聚丙烯酰胺乳液選礦劑的合成及絮凝作用,這是因為陽離子 單體DAC的側基較長、空間位阻較大，單體的活性相對較低所致。選擇原料配比n(DAC):n(NaAA): n( AM )= 8:70: 22時，隨AIBA引發劑濃度的増加，聚合物特性粘數逐漸降低，符合鏈式自由基聚合的反 應規律。

表1 DAC-NaAA-AM三元共聚物系列的反應參數 Table 1 Reaction parameters for DAC-NaAA-AM terpolymers

n ( DAC): n (NaAA): n (AM )104c(AIBA) /(mol- L-')M onom er conversion/%Intrin sic viscos ilr /( dL* g- 1)

0:70:301 8295 425. 8

2:70:281 8295 225. 5

4:70:261 8294 926. 7

8:70:221 8293 624. 2

8:70:223 6493 922. 1

8:70:225 4695 018. 4

8:70:227 2896 115. 6

8:70:229 1097 310. 3

16:70:141 8292 823. 4

25： 70： 51 8290 521. 9

當c(AIBA)= 3.64x1〇-4mol/L時，樣品的掃描電子顯微鏡照片如圖1所示。圖中可見，聚合后乳 液的粒子呈球狀，粒徑在0.6~ 8之間。圖中粒子相互聚集，原因是本濃乳液聚合體系，分散相體積

 

 

圖1 APPAME樣品的掃描電子顯微鏡照片 Fg 1 SEM ph o tograp h of sampleA P PAM E

 

4 000

3 000

2 000l

<r/cm—1

圖2 APPAME樣品的FTR譜圖

000

F i. 2 FTIR spectrum of sampleAPPAM E

圖2為該樣品的FTIR譜圖。根據標準譜圖及文獻[1213]報道，圖中3 190 cm-1的寬峰和1 677 cm-

約占70%，膠粒液胞僅被體積較小的表面活性劑連續相液膜所隔離。兩性聚丙烯酰胺乳液選礦劑的合成及絮凝作用,盡管乳液用較大量柴油稀釋，但仍 難以使膠粒充分分散。

的尖峰為一CONH2的特征吸收峰；1 326和1 561 cm-1的尖峰為一CO2Na特征吸收峰；1 457 cm-1的尖峰

:i.net

為一擊3：)3結構中一叫的不對稱彎娜力峰。結果表日月，該壓ME樣品中含有編aM、DAC

等鏈節單元。

2 2 n(DAC)/n(NaAA)對鋁土礦漿絮凝效果的影響

圖3為DAC與NaAA不同摩爾比對鋁土礦赤泥絮凝效果的影響。圖中可見，當APPAME質量分數 為礦漿總量0.005%和0.01%時，沉淀區厚度分別小于40%和38%,而上層液透光率分別可達65%和 76%。隨DAC與NaAA摩爾比増大，沉淀區厚度均先較快降低，然后趨于平緩，而上層液透光率變化趨 勢則相反，且APPAME質量分數越大變化越明顯。這一變化的轉折點在n(DAC):n(NaAA)=8:70附 近，歸因于鋁土礦漿不溶物主要為帶正電荷的氧化鐵泥漿粒，同時，礦漿中還含少量帶負電荷的細小有 機膠體顆粒。根據電荷中和作用原理，采用含少量陽離子基團的高陰離子度聚丙烯酰胺兩性聚合物絮 凝劑和適宜的絮凝劑用量，更利于礦漿體系懸浮物的沉降(主要為兩性聚丙烯酰胺陰離子基團的作用） 和上層液的澄清（為兩性聚丙烯酰胺陰、陽離子基團的協同作用，其中陰離子基團的作用占主導地位）。

 

Fg 3 Effect of n (DAC) In(N aAA ) oil the Fg 4 Effect of polyimer intrinsic： viscosity csi fkicculatiin of bauxite red mudthe flocculatiai of bauxite red mud

^ (APPAME) /%:a.0 005; b ft 01; c 0 01d.0 005w (APPAME) %:ft 005b.0 01c.0. 01;0 005

2 3 APPAME特性粘數對鋁土礦漿絮凝效果的影響

圖4表示了 n(DAC):n(NaAA):n(AM)= 8:70:22APPAME系列聚合物對鋁土礦赤泥的絮凝效果。 圖中可見，當APPAME質量分數為礦漿總量的0. 005%和0. 01%時，沉淀區厚度分別小于49%和48%， 而上層液透光率分別可達60%和70%，沉淀區厚度隨聚合物特性粘數的降低而急劇増大，但上層液透 光率變化不大（2% ~ 6% )，說明同類APPAME絮凝劑分子量對泥餅密實性和出水量影響較大，而對上 層液的透光率影響較小。由于高分子物質對泥漿粒的吸附架橋作用隨聚合物分子量的増大而増強。因 此，APPAME絮凝劑的分子量越大，促進鋁土礦漿赤泥的絮凝沉降越明顯。

2 4絮凝作用機理

 

首先，鋁土礦漿中帶正電荷的氧化鐵泥漿粒與兩性聚丙烯酰胺的陰離子基團，兩性聚丙烯酰胺乳液選礦劑的合成及絮凝作用,通過電荷中和作用發 生靜電相吸。與此同時，兩性聚丙烯酰胺的陽離子基團與帶負電荷的細小有機膠粒進行電荷中和。然 后，吸附在泥漿粒表面的兩性聚丙烯酰胺功能基團與另一兩性聚丙烯酰胺功能基團鍵聯（主要為離子 鍵作用），聚合物的有效分子量急劇増大，從而使泥漿粒子架橋絮凝。最后，當兩性聚丙烯酰胺陰、陽離 子基團進一步協同作用時，兩性聚合物表觀分子量増大，被高分子鏈纏繞的泥漿粒子通過架橋作用形成 較大的絮凝體。在此變化過程中，聚合物的陰離子部分與同一分子內陽離子部分發生電荷中和作用，聚 合物的分子尺寸縮小，進而使鍵聯的泥漿粒子密實而沉降。