聚丙烯酰胺(PAM)被廣泛應(yīng)用于采礦、污水處理、泥漿處理、石油開采、地層封堵等領(lǐng)域⑴.一般情況 下，當(dāng)PAM為線性分子時(shí)，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?fàn)顟B(tài)、表面電荷特性、不溶物含量、溶解速率、環(huán)境電解質(zhì)的類型和強(qiáng)度等因素的影 響很大[2]，有時(shí)當(dāng)PAM的分子量過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)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(shí)間的延長(zhǎng)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(duì)難沉降尾礦的絮凝性能研究，在使用過(guò) 程中存在耐溫、耐鹽、抗剪切性能較差的問(wèn)題[4].

為克服PAM的上述缺陷，通過(guò)向聚丙稀酰胺親水性大分子鏈上引人少量疏水基團(tuán)，對(duì)其進(jìn)行疏水改 性，利用疏水基團(tuán)的憎水作用，使大分子鏈產(chǎn)生分子內(nèi)和分子間締合，形成具有一定強(qiáng)度的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 增大PAM的流體力學(xué)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(yōu)于PAM水解聚丙烯酰胺[5_8].

由于尾礦漿成分復(fù)雜且含鹽量極高，用普通PAM處理時(shí)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(zhì)特性的改性PAM，并對(duì)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(yīng)用效果進(jìn)行了評(píng)價(jià).

1實(shí)驗(yàn)部分 1.1試劑

丙烯酰胺(AM) : AR;亞硫酸氫鈉（NaHS03)，AR;過(guò)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?dú)?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(shí)向體系中通入氮?dú)?bull;通氮?dú)?0 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(zhuǎn)動(dòng)為宜）.待攪拌子無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，將燒杯取出，靜置48 h使其充分反應(yīng).將膠狀產(chǎn)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(cè)試方法 1.3.1粘均分子量測(cè)定

采用GB 12005.1 -89中的外推法測(cè)出特性粘數(shù)，依照GB/T 12005.10 -92計(jì)算分子量•

1.3.2溶解性能測(cè)定

按照GB 12005.2測(cè)定樣品不溶物含量和電導(dǎo)率，按照GB 12005.8測(cè)定溶解速率•

1.3.3絮凝效果評(píng)價(jià)

將絮凝劑配成1% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))水溶液備用，在100 mL燒杯中加入50 g固含量為10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(zhuǎn)移至100 mL量筒中，靜置，記錄出水體積隨時(shí)間的變化• 1 h后，測(cè)定上層清液量，計(jì)算出水率，并以蒸餾水為參比測(cè)定透光率•

2結(jié)果與討論

2.1疏水改性單體對(duì)聚合物分子量的影響

當(dāng)加人疏水性單體改性后，改性單體MMA和BA的用量對(duì)P( AM - MMA)和P( AM - BA)分子量的 影響如圖1所示.當(dāng)其它反應(yīng)條件不變時(shí)，對(duì)BA,由于其疏水性較強(qiáng)，側(cè)鏈基團(tuán)的空間位阻較大，不利于分 子鏈的增長(zhǎng)，因此，隨BA用量的增大，P(AM -BA)的分子量逐漸減小;對(duì)MMA,隨MMA用量的增大，疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對(duì)難沉降尾礦的絮凝性能研究，P (AM-MMA)分子量表現(xiàn)為先增大而后逐步減小的趨勢(shì)，顯然這一變化不能用疏水性和側(cè)鏈空間位阻來(lái) 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(nèi)和分子間的締合方式[7]，進(jìn)而導(dǎo)致 其在稀溶液中的流動(dòng)性質(zhì)不同，并改變了溶液的特性粘度•

2.2疏水改性單體對(duì)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(duì)P( AM - MMA)和P( AM - BA)不溶物含量的影響，顯而易見(jiàn)，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(shí),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(nèi)電導(dǎo)率基本達(dá)到平衡值,MMA改性的P( AM -MMA)溶解速率相對(duì)慢一些，但在2〇 min內(nèi)電導(dǎo)率也基本達(dá)到平衡值.

圖2疏水改性單體對(duì)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(duì)共聚物分子量影響 Fig.l Effect of hydrophobic monomers on molecular weight 

0 

020406080100120

時(shí)間/min

圖3 MMA用量對(duì)P(AM-MMA)溶解速率的影響 Fig.3 Effect of MMA content on dissolution rate

時(shí)間/min

圖4 BA用量對(duì)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(duì)尾礦漿絮凝效果的影響

沉降時(shí)間/min

圖6 P(AM-MMA)對(duì)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(duì)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(píng)價(jià)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(duì)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(duì) 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(duì)鐵尾礦漿就可獲得比 PAM更好的絮凝沉降效果;對(duì)MMA改性的P( AM - MMA)，參與共聚的MMA單體的用量應(yīng)大于30 mg/L 時(shí)，對(duì)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(duì) 云南東川包子鋪褐鐵礦尾礦漿的絮凝效果的影響見(jiàn)圖7和圖8,對(duì)BA改性的PAM，其對(duì)尾礦漿的用量在

0. 3% ~0. 6%均可使泌水率達(dá)到60%以上,但絮凝時(shí)間隨絮凝劑的用量較少而延長(zhǎng);對(duì)MMA改性的 PAM，其對(duì)尾礦漿的用量在0.4%以上時(shí)，泌水率才能達(dá)到60%以上,而且絮凝時(shí)間基本不受絮凝劑用量 影響.

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7 6 5 4 3 2

%/»•雲(yún)

可見(jiàn)，采用BA和MMA改性PAM對(duì)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(shí)間較長(zhǎng)，而采用MMA改性的P( AM - MMA) 絮凝劑用量較大，但絮凝時(shí)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(duì)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(duì)于云南 云錫公司氧化礦尾礦漿，無(wú)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(gè)別情況下絮凝效果與PAM較為接近，但總體看并沒(méi)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(duì)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(shì)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(tài)有關(guān)， 也與礦石的組成和選礦工藝有關(guān)，這種相互影響使得絮凝劑與尾礦漿之間形成了十分復(fù)雜的相互作用.一 方面，絮凝劑的結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的性質(zhì)和分子鏈在水溶液中分散形態(tài)等因素會(huì)直接影響其余礦渣離子間的相 互作用，進(jìn)而影響絮凝效果，另一方面,尾礦漿的電解質(zhì)組成、離子強(qiáng)度、顆粒形態(tài)、尺寸和分散狀態(tài)等因素 對(duì)各種絮凝劑的相互作用也不相同，導(dǎo)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(duì)這些相互作用的認(rèn)識(shí)還極為有限，因此，更多的時(shí)候還必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行判斷• 3結(jié)論

采用BA和MMA參與共聚對(duì)PAM的分子鏈進(jìn)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(duì)云南東川包子 鋪褐鐵礦尾礦漿具有更好的絮凝效果，但對(duì)云南云錫公司氧化礦尾礦漿的絮凝效果反而降低.可見(jiàn)，疏水改性聚丙烯酰胺的制備及其對(duì)難沉降尾礦的絮凝性能研究，對(duì)不 同的尾礦漿應(yīng)選擇不同的改性方法才能獲得更好的絮凝效果.

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