煤泥选择性絮凝浮选中聚丙烯酰胺的疏水改性及其性能研究

As one of the important separation method for fine coal, selective flocculation flotation has broad prospects in application. Polyacrylamide is the common flocculant. However, the poor flocculation selectivity of polyacrylamide and instability separation efficiency become prominent. In order to improve the selective flocculation flotation of fine coal, the polyacrylamide is proposed to hydrophobically modified with the hydrophobic monomers of hexadecyl dimethyl allyl ammonium chloride, 2- acrylamide based dodecane sodium sulfonate and their homologues in this project. The adsorption mechanism of hydrophobically modified polyacrylamide, with different type, size and content of hydrophobic groups, onto coking coal or kaolinite will be revealed using the molecular dynamics simulation. And the molecular structure parameters will be determined. The adsorption behavior, floc structure and the effect of physicochemical propertied of the surface of coal or kaolinite will be investigated for the structural optimization of hydrophobically modified polyacrylamide. At last, separation experiments of fine coking coal will be carried out. The molecular structure design method of hydrophobically modified polyacrylamide based on the selectivity of flocculation will be formed. This project would deepen the mechanism research of the polyacrylamide in selective flocculation flotation and its molecular structure design method, and it would provide the theoretical guarantee for the development and application of selective flocculation flotation technology.

选择性絮凝浮选作为微细粒煤泥高效分选的重要手段之一，应用前景广阔；但是现有絮凝剂聚丙烯酰胺的絮凝选择性差、分选效果不稳定的问题突出。本项目拟以十六烷基二甲基稀丙基氯化铵、2-丙烯酰胺基十二烷磺酸钠及各自的同系物为疏水单体对聚丙烯酰胺进行疏水改性，以强化煤泥选择性絮凝浮选效果。采用分子动力学模拟揭示疏水基团类型、大小和含量不同的疏水改性聚丙烯酰胺在焦煤和高岭石表面的吸附机理，并确定聚丙烯酰胺疏水改性的分子结构参数；合成所设计的疏水改性聚丙烯酰胺，从吸附行为、絮体结构以及对颗粒表面物理化学性质的影响三方面研究其对超低灰焦煤和高岭石的絮凝选择性，并进行结构优化；最后，进行焦煤煤泥分选验证试验，形成基于絮凝选择性的聚丙烯酰胺疏水改性的分子结构设计方法。本项目深化聚丙烯酰胺在煤泥选择性絮凝浮选中的作用机理及其分子结构设计的基础理论研究，为煤泥选择性絮凝浮选技术的开发与推广应用提供理论保障。

我国资源面临微细化、高含杂等难选特点，选择性絮凝浮选作为微细粒煤泥高效分选的重要手段之一，应用前景广阔；但是现有絮凝剂聚丙烯酰胺的絮凝选择性差、分选效果不稳定的问题突出。.本研究对常用的高分子絮凝剂进行疏水改性，合成了疏水单体分别为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵及疏水单体含量不同的疏水改性聚丙烯酰胺，通过红外光谱分析、氢谱核磁共振、粘均分子量等进行了表征；以超低灰煤与纯高岭土为研究对象，通过吸附等温线、絮体粒度分布、絮体显微结构分析、红外光谱分析对比了300万阴离子型聚丙烯酰胺APAM、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵为疏水单体分子量为246万的疏水改性聚丙烯酰胺HPAM-1、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵为疏水单体分子量为240万的HMPAM-2对煤及高岭土的选择性吸附行为，研究表明，HMPAM-1及HMPAM-2对煤及高岭土的吸附选择性得到提高；煤吸附HMPAM-1、HMPAM-2后，长链烷基基团的特征吸收峰增强，疏水性较APAM有所增强。絮凝剂HMPAM-2用量为5g/t时获得了最佳的煤泥分选效果，浮选精煤产率为69.77%、灰分为9.94%，可燃体回收率为80.34%，浮选完善指标为48.51%，分选选择性评价指标为43.69%，与常规浮选相比，APAM、HMPAM-1、HMPAM-2的浮选完善指标分别提高了1.58个百分点、2.02个百分点、2.09个百分点，分选选择性评价指标分别提高了1.30个百分点、1.65个百分点、1.69个百分点，选择性絮凝-浮选促进了细粒物料的回收，缩短了浮选时间。疏水改性聚丙烯酰胺在疏水矿物表面及亲水性矿物表面的粘附力均较常规聚丙烯酰胺增强，聚合物构象变化和相互作用变化导致疏水改性聚丙烯酰胺在高矿化度溶液中的吸附能力高于在低盐度溶液(即1 mM KCl)中的吸附能力，聚合物粒径测量表明，聚合物在100 mM KCl溶液中被压缩而卷曲，AFM测试表明高盐度能增强HMPAM疏水链和与模拟煤表面的相互作用，添加分散剂如六偏磷酸钠等可显著抑制亲水矿物表面，却不能抑制疏水矿物表面，添加六偏磷酸钠后，疏水改性聚丙烯酰胺在疏水矿物表面的选择性能力较亲水矿物表面有极大提高。