接枝共聚物对细粒煤的脱水作用

2．4．5　PQAAM接枝共聚物对细粒煤的脱水作用

试验用煤样主要是庞庄矿选煤厂、大屯矿选煤厂浮选精煤过滤后的滤饼，经烘干、缩分处理后使用。试验煤样粒度组成如表2．1所示。

表2．1　试验煤样粒度组成

PQAAM接枝共聚物对庞庄矿选煤厂、大屯矿选煤厂浮选精煤的助滤脱水作用如图2．19、图2．20、图2．21、图2．22、表2．2所示。

图2．19　PQAAM对滤饼水分的影响

滤饼水分指湿滤饼中含有的水分，是判断过滤脱水效果好坏最直接的指标。图2．19表明：随着PQAAM用量增加，滤饼水分逐渐降低；但当PQAAM用量超过一定值后，滤饼水分又呈增加趋势。且脱水效果最佳时，庞庄矿选煤厂煤样药耗量为12ppm，滤饼水分降低2．32%；大屯矿选煤厂煤样药耗量为16ppm，滤饼水分降低2．62%。

图2．20　PQAAM对滤饼厚度的影响

图2．21　PQAAM对滤液体积的影响

滤饼厚度可用来表示滤饼产量，图2．20表明：随着PQAAM用量增加，滤饼厚度增加，说明PQAAM接枝共聚物有助于提高滤饼产量。

滤液体积与PQAAM接枝共聚物用量的关系如图2．21所示。图2．21表明：滤液体积随PQAAM接枝共聚物用量的增加呈上升趋势。但当PQAAM用量增加到一定值时，滤液体积随PQAAM用量的增加又呈下降趋势。细粒煤过滤效果最佳时，庞庄矿选煤厂煤样药耗量为12ppm，滤液体积为160mL；大屯矿选煤厂煤样药耗量为16ppm，滤液体积为152．5mL。

滤液体积与过滤时间的关系可用来表示过滤速度的大小。滤液体积与过滤时间的关系如图2．22所示，其中庞庄矿选煤厂煤样、大屯矿选煤厂煤样药耗量分别为12ppm、16ppm。图2．22表明：加入PQAAM接枝共聚物后，第一滴滤液流出的时间缩短，过滤速度提高，说明PQAAM接枝共聚物有助于提高过滤速率。

图2.22　滤液体积与过滤时间的关系

滤液固含量用单位体积滤液中的固体含量表示。用庞庄矿选煤厂、大屯矿选煤厂浮选精煤进行过滤试验，滤液固含量如表2．2所示。实验数据表明：添加PQAAM接枝共聚物后，滤液固含量降低，且随着PQAAM用量增加，滤液固含量呈显著下降趋势，说明PQAAM接枝共聚物对细粒煤具有良好的絮凝作用，有助于煤泥厂内回收、实现洗水闭路循环。

表2．2　滤液固含量

可见，PQAAM接枝共聚物对庞庄矿选煤厂、大屯矿选煤厂浮选精煤的助滤作用不同，这与其煤粒的表面性质、粒度组成密切相关。

众所周知，煤是多孔性的微粒，由于煤粒的孔密度较高，其总表面积（外表面积与内表面积之和）较大，因此煤泥滤饼内含有较多的不易脱除的水分，煤泥滤饼内水分主要以4种方式存在^［67］，如图2．23所示。

图2．23　滤饼内水分的存在状态

（1）水化膜———是指固液体系中，以薄膜形式覆盖于颗粒表面的水分，也称表面附着水。水是一种极性较强、表面张力较大的液体，若与之共存的固体物料也具有极性，水与固体颗粒表面以较强的化学键结合，水极易在固体表面形成“水化膜”，牢固地吸附于颗粒表面。这部分水难以用机械方法脱除。实践中，通过添加表面活性剂降低水的表面张力，以达到减少表面水的目的；也可以通过添加表面活性剂增加煤粒的疏水性，使水在煤粒表面难以形成“水化膜”，从而减少表面水。

（2）自由水———也称重力水，主要存在于固体颗粒之间或各种大孔隙中，含量一般远大于以其他几种方式存在的水，其运动受重力作用控制。这部分水无需任何其他外力即可从固液体系中分离出来，可以用机械方法或重力方法脱除，不是脱水过程中的困难所在。

（3）毛细水分———颗粒含有多种毛细管状的孔隙（间隙足够小），如颗粒接触时形成的毛细管状微孔、颗粒表面的裂隙、颗粒内的微孔等，这些孔隙内的水分都为毛细水分，也叫孔隙水。体系中毛细水分的含量，主要取决于孔隙数量和孔隙尺寸，还取决于水的表面张力。由于毛细管状孔隙的内径都很小（10～100μm），毛细水分用机械方法脱除时需要很大的压力差，具体要根据所采用的脱水方法及毛细管直径的大小，故这种水分可以脱除一部分，而不能全部脱除。

（4）内部吸附水———吸附于颗粒内部微孔和微毛细管内的水分，也称内在水分。由于毛细孔吸附力的作用，采用热力干燥也难于蒸发，难以用机械方法脱除。

此外，还存在化合水分，主要指以无机物结晶水形态存在的水分，往往在形成过程中就存在于煤中，因此不能用机械方法脱除。

当使用助滤剂辅助过滤脱水时，助滤剂与微粒形成絮团，增大微粒间的孔隙，易于脱除部分毛细水分和内部吸附水，此时除絮团间含大量水外，絮团内部也有一定水分。助滤剂相对分子质量愈高，形成的絮团愈大；助滤剂分子愈亲水，絮团内水分愈高。絮团内与絮团间的水分如图2．24所示。

图2．24　絮团内与絮团间的水分

庞庄矿选煤厂、大屯矿选煤厂浮选精煤粒度组成中＜0．074mm的含量均高于75%，孔隙度小，颗粒间结合水受毛细管作用大，难以脱除滤饼中的水分。细粒煤中加入PQAAM接枝共聚物后，有利于改善煤粒表面的疏水性、降低煤粒表面的电负性、促进细粒煤絮凝沉降，从而提高细粒煤悬浮液的固液分离效率，强化物料脱水。

本章小结

（1）采用自由基水溶液聚合法，以过硫酸铵与异丙醇作引发剂，合成了PQAAM接枝共聚物，并应用红外光谱表征其结构。

（2）通过测定单体转化率、聚合物的接枝率、阳离子度、特性粘度等指标，讨论了反应温度、反应时间、自由基浓度、聚季铵盐浓度、聚季铵盐与丙烯酰胺的原料配比、接枝共聚物浓度等因素对接枝共聚反应的影响，并结合聚合反应机理给予解释，确定了较适宜的合成实验条件。

（3）实验研究证明：PQAAM接枝共聚物对细粒煤具有一定的吸附作用，能够改善细粒煤的疏水性、降低煤粒表面电位、促进细粒煤絮凝沉降，上述特性都有利于PQAAM接枝共聚物在细粒煤脱水过程中发挥助滤作用，强化细粒煤脱水。