絮凝剂的应用
第四节 絮凝剂的应用
一.应用目的
在赤泥沉降过程中使用絮凝剂是为了加速赤泥沉降,得到高压缩比的底流和澄清度好的溢流。而悬浮离子的自由沉降速度正比于粒子的直径。因此,为了加速其沉降,就要设法破坏粒子在悬浮液中的稳定性,促使其碰撞、凝聚以便增大粒子的粒度。由于悬浮离子絮凝成较大絮团的程度,与粒子间互相碰撞的或然率、发生碰撞以后粘合力的大小有关。而粒子碰撞的或然率取决于加入悬浮液中的能量。这种能量可能是自然能源,也可能是加入的能源。因而通过加入一种或几种絮凝剂有可能增加粒子粘附的或然率。
二.作用机理
一般认为,絮凝剂絮凝赤泥的机理有以下三种形式:
1. 电荷中和。通常认为,在固体粒子的表面存在双电位,双电层的静电性物质由于电荷即ξ电位的产生,相同的固体粒子间互相排斥,阻碍其相互碰撞,而稳定地悬浮在液体中不能沉降。因此加入一种与固体粒子电荷相反的絮凝剂,使其双电层的ξ电位下降,固体颗粒相互接触而絮凝成絮团沉降。
2. 吸附架桥作用。高分子絮凝剂分子量大、链长,沿链的长度有很多活性
度好的浮游物的能力上来衡量的。一般说来,沉降速度随絮凝剂用量的增加而增大,浮游物随沉降速度的增大而减少。但是,如果絮凝剂过量,则会在以后的过滤阶段降低过滤速度。因此为了实现最佳操作和把对过滤的不利影响降至最小,应选用对赤泥固体具有高亲和力的絮凝剂。此外,必须提供足够的接触时间,以便使絮凝剂基本上完全吸附在固体上。
四.常用絮凝剂种类
赤泥沉降过程常用絮凝剂有以下几种:
1. 淀粉,丙烯酸基聚合物(—(CH2CHCOOH)x(CH2CHCONH2)y—)
2. 含羟基酰胺的聚合物(—(CH2CHCONHOH)x(CH2CHCOOH)y(CH2CHCONH2)z—),它除含有羧酸和酰胺基官能团外,还含有羟基酰胺官能
团
3. 含羟肟酸酯官能团的聚合物
4. 新型生物聚合物
使用这些絮凝剂,可以改善赤泥的沉降过程。而且所用絮凝剂分子量越大,效果越好。这是因为絮凝剂的分子量越大,链越长,链节上所含的有效官能团越多,它在赤泥表面的吸附速度越快,降低颗粒表面ξ电位的能力大,从而絮凝作用增强,产生较大的絮团。若链太短,会发生固体粒子被絮凝剂分子禁固而孤立起来的现象,因而不易架桥,或使连结松驰,絮团被破坏。但是,絮凝剂的分子量不能无限升高,因为当絮凝剂分子超过一定长度时,将降低链上官能团与微粒的接触而影响凝聚。因此絮凝剂的分子量有一定范围,一般为200—900万。对于1类型的絮凝剂来说,丙烯酸基聚合物的应用效果要优于淀粉。与淀粉相比,合成絮凝剂添加量小,仅为干赤泥量的20—300ppm,沉降速度快,压缩液固比小,能全部被赤泥颗粒吸附,不会在流程中积累[11]。且用聚丙烯酸钠絮凝剂,赤泥的沉淀速率比淀粉的高10倍。这是因为两者的作用机理不同。淀粉由链淀粉和胶淀粉组成,胶淀粉部分先吸附到赤泥粒子上,以后又从溶液中分离出去来促进絮凝。而聚丙烯酰胺含有的高活性亲水性基团—酰胺基(CONH2)能吸附在悬浮固体颗粒上,使所吸附的颗粒间架桥连接,把许多颗粒聚集成大絮团。因而添加少量的合成絮凝剂(聚丙烯酸、聚丙烯酰胺的共聚物),即可在赤泥上对吸附和除去腐殖酸提供更多的吸附点。而2由于含有羟基酰胺官能团,使其对赤泥粒子的吸附力增强,从而获得更稳固的不易破碎的絮团,并提高了溢流液的清澈度,使沉降速度更快,底流密度更大,沉降槽的操作更稳定,且改善了溢流的过滤。而3中含有的羟肟酸酯官能团能产生更强的附着力,这种附着力相互作用,使每个羟肟酸分子在许多点处吸附在每个固体粒子上,相对而言与每个分子相联系的粒子数量就少,从而使其能更迅速、更紧密地粘结赤泥粒子,形成小而稳定的絮凝物,这些小的絮凝物在进一步添加絮凝剂时很容易地被聚集在一起,得到较高的沉降速度以及非常好的澄清度。这类含羟肟酸基和聚多糖类的高分子聚合物,絮凝性能好,用量少,经处理后的母液不仅澄清度高,生成的絮团耐剪切力,水溶性好,经沉降分离后,底流泥渣的过滤脱水性能好,滤饼疏松,而且增加絮凝剂用量可使澄清度得到实质性改善。而1 用量增加时,溢流中的浮游物含量增加,澄清度差。这是因为采用过量絮凝剂时,固体粒子表面吸附了过多的同种电荷的絮凝剂而产生静电斥力,使ξ电位升高所致。但新型生物聚合物Alclar C1结合传统的聚丙烯酰胺使用,可以提高澄清度。采用阴离子水溶性羟氨基聚合物,并以0.01-20mg/l的量加入, 也可以得到很好的澄清度。
若考虑絮凝剂对沉降槽底流的影响,2、3的优势更为明显。因为在拜耳法工厂的生产过程中,保持较高的泥浆固含很重要。高固含可产生高效益,就沉降槽或中间的洗涤步骤而言,增加底流固含可改善洗涤效果,减少氧化铝和氧化钠的损失,使所需要的洗涤次数减少。然而底流密度不能无限增大,它有一个极限值,即必须使泥浆保持足够的流动性,使其易于输送。而聚合的絮凝剂在拜耳法底流泥浆中产生大范围的絮状沉淀结构,从而导致屈服应力的显著增加,降低了泥浆的流动性而产生消极影响。尤其是1,在过量时会使赤泥变稠、发粘。因为使用过量絮凝剂时,悬浮液粘度增加,生成了稳定的凝胶状结构网,包裹固体颗粒使沉降难于进行。高分子絮凝剂加入过多,会使悬浮液中生成的大块絮凝物过多,这种桥式聚合物,妨碍微粒互相靠近和絮凝体内部液体的排出,导致赤泥的液体含量高,降低沉降槽底流的固含。而2、3由于与矿物颗粒形成絮状沉淀的行为
机制不同于1,它们形成了坚固的、较小的絮状沉淀,而较大的絮状沉淀是松散地结合在一起的,从而获得较低的屈服应力。因而在提高底流浓度的同时,还能具有较好的流变学特性。另外,还可以添加亲水性聚合物或合成分散剂来调整赤泥的流变学特性。