高分子絮凝剂作用下的拜耳法赤泥沉降行为研究

论文摘要

我国一水硬铝石型铝土矿高压溶出后的赤泥沉降性能差，需添加高效絮凝剂以促进赤泥沉降。目前，国内使用的此类絮凝剂大多是进口产品。而且，对赤泥分离用高分子絮凝剂的设计和选型还没有有效的理论指导。本文对拜耳法赤泥在不同絮凝剂作用下的沉降行为进行研究，旨在探索赤泥与絮凝剂的相互作用机理。采用酸碱电位滴定研究了赤泥的表面电性。结果表明，聚丙烯酸钠（SPA）的吸附使赤泥表面羟基增多，零电点（PZC）下降；聚丙烯酰胺（PAM）的吸附使赤泥表面羟基减少，PZC升高。絮凝剂添加量增加，赤泥表面羟基的变化量增加。硅矿物（尤其是方钠石）含量越高，赤泥的表面羟基越多，PZC越低。通过赤泥沉降实验研究了赤泥沉降效果的影响因素。结果表明，过量的表面负电荷或正电荷使赤泥膨胀而难于下沉；絮凝剂添加量过多或过少都不利于赤泥沉降；SPA对赤泥沉降的促进作用不如PAM，对赤泥矿浆的澄清效果比PAM好；赤泥沉降速度随PAM的水解度增大明显降低；聚丙烯酰胺基甲基三甲基氯化铵（PATAC）对赤泥的沉降效果远不如SPA。采用电导／pH滴定和稀溶液粘度法分别测得PAM经NaOH溶液溶解后的水解度和特性粘度。结果表明，随着溶解PAM所用的NaOH浓度增大，PAM的水解度增大，生成的分子内氢键使PAM的特性粘度先增大后减小。热重和红外光谱分析表明，PATAC在高温高碱度溶液中不稳定，分解产物HPATAH中含有的-CH2-OH和-CONH2两种官能团形成-CH2-OH～-CONH2分子内氢键。对高分子絮凝剂与赤泥的相互作用机理作了一些探讨。SPA或PAM通过氢键或Ca2+等阳离子的“架桥”作用与赤泥表面发生吸附，不能有效降低赤泥矿浆的上清液浊度；水杨酸基团与赤泥表面的铁离子形成六元环螯合物，明显提高了赤泥矿浆的澄清度；高分子链上分子内氢键的形成使絮凝剂对赤泥的絮凝性能严重下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 赤泥
• 1.2.1 赤泥的结构特征
• 1.2.2 赤泥的表面电性
• 1.2.3 赤泥的沉降性能
• 1.3 赤泥分离用高分子絮凝剂
• 1.3.1 赤泥分离用高分子絮凝剂的种类和结构特征
• 1.3.2 赤泥分离用合成高分子絮凝剂的研究进展
• 1.3.3 赤泥分离用高分子絮凝剂的使用特点
• 1.4 高分子絮凝剂的作用机理
• 1.4.1 絮凝作用与高分子的架桥机理
• 1.4.2 高分子絮凝剂与微粒表面的吸附作用
• 1.4.3 高分子絮凝剂与赤泥的相互作用
• 1.4.4 高分子絮凝剂的作用机理研究
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 第二章 赤泥的表面电性及其对赤泥沉降性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 赤泥悬浮液沉降实验
• 2.2.3 赤泥悬浮液的酸碱电位滴定
• 2.3 赤泥表面电荷对其沉降性能的影响及机理分析
• 2.4 赤泥悬浮液的酸碱电位滴定结果及讨论
• 2.4.1 赤泥颗粒表面的活性-OH总量
• 2.4.2 赤泥颗粒的表面电荷密度
• 2.4.3 絮凝剂及矿物组成对赤泥表面电荷的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 赤泥沉降现象及机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 絮凝剂溶液配制
• 3.2.3 赤泥悬浮液沉降实验
• 3.2.4 赤泥矿浆沉降实验
• 3.2.5 PAM溶液电导/pH滴定
• 3.2.6 PAM特性粘度测定
• 3.3 赤泥悬浮液在絮凝剂作用下的絮凝机理讨论
• 3.4 赤泥矿浆在SPA或PAM作用下的沉降规律
• 3.5 絮凝剂官能团对赤泥矿浆澄清效果的影响
• 3.6 聚丙烯酞胺水解度对其絮凝赤泥性能的影响
• 3.6.1 絮凝剂溶液碱浓度对赤泥矿浆沉降效果的影响
• 3.6.2 PAM的水解度和特性粘度
• 3.6.3 PAM的水解度对其分子形态的影响
• 3.6.4 水解PAM絮凝赤泥的性能讨论
• 3.7 本章小结
• 第四章 PATAC在赤泥分离过程中的行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 赤泥矿浆沉降实验
• 4.2.3 PATAC的碱处理
• 4.2.4 热重分析
• 4.2.5 PATAC和PATAH的热处理
• 4.2.6 红外光谱分析
• 4.3 PATAC对赤泥的沉降效果
• 4.4 PATAC和 PATAH的热分解行为
• 4.5 红外光谱分析结果
• 4.6 PATAC絮凝赤泥的性能讨论
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果