ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 1, с. 57-59
УДК 541.6
ОСАЖДЕНИЕ УГОЛЬНО-ГЛИНИСТЫХ ДИСПЕРСИЙ БИНАРНЫМ ПОЛИМЕРНЫМ ФЛОКУЛЯНТОМ (краткое сообщение)
© 2013 г. Г. А. Мандров, В. И. Клишин, Ю. Ф. Патраков
Институт угля СО РАН, Кемерово
E-mail: yupat@icc.kemsc.ru Поступила в редакцию 27.02.2012 г.
Показано, что бинарный флокулянт, представляющий собой композицию типа блок-сополимеров из частично гидролизованного полиакриламида (ПАА) и амидо-имидного полимера (АИП), эффективно осаждает угольно-глинистые дисперсии и может успешно использоваться при осветлении техногенных вод.
Б01: 10.7868/80023117713010064
Несмотря на внедрение в последние годы современных технологий обогащения углей, количество техногенных отходов, складируемых в водно-шламовых отстойниках угледобывающих предприятий и обогатительных фабрик, возрастает. С другой стороны, высокомеханизированные способы подземной добычи увеличивают долю мелких фракций поступающего на обогащение угля. Наличие тонких шламовых частиц, в свою очередь, ухудшает технико-экономические показатели работы обогатительного оборудования и приводит к потерям угольной массы. В связи с этим улучшение эффективности реагентов, используемых при флотации углей и осветлении техногенных вод, продолжает оставаться актуальной задачей.
Цель настоящей работы — повышение флоку-лирующей активности отечественного полиакрил-амида (ПАА), который к настоящему времени является самым распространенным органическим флокулянтом с достаточно хорошо отработанной технологией производства.
В экспериментах использован шлам угля марки "Д", отобранный из наружных отстойников шахты "Инская" (Кузбасс) следующих характеристик: (мас. %): влажность Ж" — 6.5; зольность Ал — 15.3; выход летучих Уй" — 27.5; высшая теплота сгорания 01аа = 6300 ккал/кг; углерод С ^ = 78.0; водород Н^ = 5.0; кислород О^ = 12.5. Отмывкой из шлама выделяли угольно-глинистую суспензию с размером частиц менее 30 мкм и зольностью сухого остатка 68—70%.
В качестве флокулянта испытана бинарная композиция из частично гидролизованного полиакриламида (ПАА) и амидо-имидного полиме-
ра (АИП), представляющяя собой блок-сополимер, в котором один из блоков растворяется в воде, а другой нет. Нерастворяющиеся блоки могут объединяться в мицеллы, служащие узлами физической сетки между макромолекулами. В таких системах отдельные группы макромолекул способны к сильным специфическим взаимодействиям [1].
Амидо-имидный полимер представляет собой хлопьевидный продукт с узорчатой гидрофобно-гидрофильной структурой, содержащий амидные и имидные звенья, способный, благодаря наличию в молекуле электроотрицательных атомов кислорода, к образованию достаточно прочных водородных связей с гидроксильными группами частично гидролизованного полиакрилами-да. В результате образования водородных связей между частично гидролизованным полиакрила-мидом и амидо-имидным полимером образуется бинарный флокулянт с разветвленной хлопьевидной структурой. Об образовании водородных связей между двумя полимерами можно судить по приращению полос поглощения в ИК-спектрах бинарного флокулянта (рис 1). В бинарном фло-кулянте в области 800—1300 см-1 появился новый "частокол" полос поглощения, свидетельствующий о межмолекулярных взаимодействиях в структурированной системе.
Появление дополнительных полос поглощения позволяет предположить характер межмолекулярных взаимодействий между полимерами в водной среде. В структурированной тройной системе для отдельных молекул оптимальные энергетические состояния и связанные с ними пространственные позиции приводят к образованию водородных связей. Одним из таких путей являет-
58
МАНДРОВ и др.
Интенсивность
3500
2500
1500
500 -1
V, см
Рис. 1. ИК-спектры полимеров и бинарной композиции: 1 — ПАА, 2 — АИП, 3 — ПАА + АИП.
CH2CH-CH2-CH-CH2CH-
CH2CH-
O=C—NH—C=O
I
C=O ... HO-C=O
I
NH2
CH2-CH-],
C=O
NH2
Рис. 2. Модель структурной формулы бинарного полимера (ПАА + АИП).
ся образование водородной связи между гидро-ксильной группой частично гидролизованного полиакриламида и карбонильным кислородом амидо-имидного полимера. Это должно способствовать удержанию ПАА в развернутом состоянии, т.е. увеличивать "эффективную" молекулярную массу и флокулирующую активность бинарного полимера. На рис. 2 приведена возможная модель структурной формулы бинарной полимерной композиции.
Для сравнения флокулирующей активности бинарного композиционного полимера в качестве эталона сравнения использовали отечественный частично гидролизованный полиакриламид с молекулярной массой в пределах 800 а.е.м. и "Магнафлок-1597" английской фирмы "Сиба", представляющий собой полиамин с молекулярной массой в пределах 1000 000 а.е.м. Во всех опы-
тах использовали концентрацию флокулянтов 5.0 г/дм3. Мерный цилиндр с притертой пробкой, внутренним диаметром 38 мм, общей вместимостью 0.300 дм3, наполняли исследуемой суспензией в количестве 0.250 дм3, с концентрацией твердого 9.0 г/дм3 при рН 6.5, добавляли флокулянт в количестве 0.1 г/дм3 и перемешивали путем пятикратного переворачивания цилиндра, а затем оставляли отстаиваться на сутки. Через сутки в сливе определяли концентрацию твердой фазы, отбирая в стеклянный бюкс 20 мл осветленной суспензии, которую затем ставили в сушильный шкаф. После полного испарения воды бюкс охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Далее рассчитывали массу сухих остатков, по которым определяли эффективность процесса флокуляции. Остаточное содержание твердого в суспензии (г/дм3) составляло для частично гидролизованного по-
2
1
y
ОСАЖДЕНИЕ УГОЛЬНО-ГЛИНИСТЫХ ДИСПЕРСИЙ
59
Рис. 3. Микрофотография поверхности дендритоподобной бинарной полимерной композиции (ПАА + АИП).
лиакриламида, магнофлока-1597 и композиции ПАА + АИП соответственно 2.15; 1.05; 0.35, что показывает высокую эффективность бинарного флокулянта.
Отличительный признак полученной бинарной полимерной композиции — наличие тиксо-тропных свойств. Подвергнутая разрушению при напряжениях сдвига выше предела текучести, она через короткое время после снятия напряжения полностью восстанавливает свою первоначальную хлопьевидную форму. Это выгодно отличает бинарную композицию от многих других полимерных гидрогелей, не обладающих тиксотропи-ей. При высушивании бинарной композиции узоры на пластинках сохраняются. Электронная микрофотография (сканирующий микроскоп "Jeol JSM 6390 LAS) узорчатой поверхности би-
нарной полимерной композиции приведена на рис. 3.
Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования бинарных композиций типа блок-сополимеров для осветления тонкодисперсных угольно-глинистых суспензий. Один из блоков, имеющий гидрофобно-гидрофильную структуру, способен к межмолекулярным взаимодействиям с другим полимерным блоком за счет образования водородных связей, что в целом увеличивает "эффективную" молекулярную массу и флокулирующую активность бинарного полимера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Роговина Л.З., Васильев В.Г., Чурочкина Н.А. и др. // Высокомолек. соед. Сер. А. 2004. Т. 46. № 4. С. 644.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.