優(yōu)化鹽水精制中聚丙烯酰胺的使用方法

孫在勇，王 猛，李培賢

(山東?；煞萦邢薰炯儔A廠，山東濰坊 262737)

在石灰碳酸銨法鹽水精制過程中，加灰除鎂后的一次鹽水要求Mg2+必須清除完全，濁度保證在150 ppm以下。而加灰反應(yīng)生成的氫氧化鎂結(jié)晶很細(xì)，粒度僅為0.03～0.1 μm，其懸浮體系的Zeta電位高達(dá)45.2 mV，顆粒間靜電斥力較強(qiáng)，加之在比重較大的一次鹽水中，所以沉降速度極慢。我廠選用陰離子聚丙烯酰胺(APAM)作為助沉劑，作用機(jī)理一般認(rèn)為是吸附-電中和-架橋，與氫氧化鎂顆粒表面電荷相反的PAM，能迅速吸附顆粒并使氫氧化鎂顆粒表面電位下降， 同時(shí)其高分子長(zhǎng)鏈將更多顆粒吸附凝聚在一起，架橋形成較大的絮凝物，提高沉降速度。在生產(chǎn)中，影響聚丙烯酰胺(PAM)發(fā)揮最佳效果的因素較多，如何消除影響因素，保證一次鹽水除鎂徹底，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定，本文將結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行淺析。

1 PAM效果影響因素

1.1 PAM溶解濃度

PAM溶解濃度適當(dāng)時(shí)，吸附在顆粒表面上的高分子長(zhǎng)鏈同時(shí)吸附在其他顆粒表面，通過“架橋”方式將更多的顆粒連在一起，從而形成絮凝。而“架橋”的必要條件是顆粒上存在空白表面，如果溶解濃度過高，顆粒表面已完全被所吸附的高分子所覆蓋，形成膠團(tuán)，效果反而變差；若溶解濃度過低，則很難消除氫氧化鎂顆粒表面電荷，過低濃度的PAM絮凝效果很難體現(xiàn)。

1.2 PAM溶解溫度

PAM在水溫低于5 ℃時(shí)溶解緩慢，溶解速度隨著水溫的升高而變快，但溫度高于40 ℃時(shí)，聚合物的降解會(huì)變快，其原因是PAM高分子溶液的分散相粒子彼此糾纏形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合體，溫度越高，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越容易破壞，溶液的粘度也隨溫度的升高而降低，影響到使用效果。

1.3 PAM溶解時(shí)間

PAM顆粒充分溶解后，由于分子間靜電排斥以及同一分子上不同鏈節(jié)之間的陰離子排斥力使得分子在溶液中伸展并相互纏繞，溶液變得粘稠，一般溶解攪拌時(shí)間不應(yīng)低于30 min。溶解時(shí)間過短，高聚物來不及形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，甚至來不及溶解的PAM顆粒會(huì)出現(xiàn)“疙瘩”現(xiàn)象。但溶解時(shí)間過長(zhǎng)，粘度也會(huì)下降，這是因?yàn)镻AM在溶液中受機(jī)械剪切力等作用，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生松解所致。溶解時(shí)間過短或過長(zhǎng)都會(huì)影響到使用效果。

1.4 PAM溶液進(jìn)入系統(tǒng)后的混勻程度

溶解充分的PAM溶液加入系統(tǒng)后，必須要保證混合均勻，若混合不均，因PAM溶液(精鹽水配置)與一次鹽水密度差異，部分PAM溶液漂浮于一次鹽水上部，助沉效果差。當(dāng)加入濃度較高時(shí)，部分膠狀PAM凝結(jié)成“魚眼球”排出(如圖1)。

圖1 PAM凝結(jié)成“魚眼球”

1.5 剪切力影響

PAM分子鏈在溶液中受到剪切力作用會(huì)導(dǎo)致分子鏈斷裂降解，影響性能，在我們流程中能產(chǎn)生較大剪切力的有溶解罐攪拌、助沉劑泵、因流槽位差和曲徑造成的湍流、去2#罐的調(diào)和液泵等。對(duì)于產(chǎn)生較多剪切力的系統(tǒng)，選擇上應(yīng)該對(duì)PAM分子量要求高一點(diǎn)，PAM分子量越高，其所產(chǎn)生的絮團(tuán)越耐剪切。

2 PAM現(xiàn)有流程中存在的問題及優(yōu)化

2.1 PAM溶液配制方法

在實(shí)際生產(chǎn)中，PAM溶液比較適合相對(duì)濃度低一些，流量大一些，因?yàn)檫@樣更容易與一次鹽水混合均勻。我們的濃度指標(biāo)要求為0.08%～0.1%，采取定時(shí)投放PAM，連續(xù)加水，連續(xù)取出的方式，所以溶解罐內(nèi)PAM溶液濃度有從高到低的變化過程，因緩沖罐容積小，所以初始濃度偏高，末期濃度偏低。

根據(jù)PAM投放量及溶液取出量實(shí)時(shí)測(cè)算8 h濃度變化如圖2。

圖2 PAM溶液濃度8 h變化趨勢(shì)圖

通過圖2可以看出，不但濃度波動(dòng)大，溶解時(shí)間也不足。投放PAM初期， 溶解罐內(nèi)濃度高達(dá)0.18%，投放0.5 h左右，濃度降至合格線以下，1 h以后，溶液不再粘稠，幾乎不含助沉劑狀態(tài)。

我們進(jìn)行了初步優(yōu)化，增加緩沖容積7 m3，控小系統(tǒng)加入量，投放PAM周期由2 h一次調(diào)整為1 h一次，測(cè)算濃度變化趨勢(shì)如圖3。

圖3 優(yōu)化后PAM溶液濃度8 h變化趨勢(shì)圖

通過圖3可以看出，優(yōu)化流程及操作后，在PAM投放周期內(nèi)，濃度變化幅度變小，最高達(dá)到0.13%，最低至0.07%，能保證始終含有助沉劑狀態(tài)。

但因現(xiàn)流程緩沖能力不足，PAM攪拌溶解時(shí)間及濃度仍達(dá)不到最佳要求，且PAM固體投入周期縮短，增加勞動(dòng)強(qiáng)度。保證PAM濃度及溶解時(shí)間最關(guān)鍵的還是增加溶解罐緩沖容積。我們重新設(shè)計(jì)流程，將緩沖能力由21 m3增加到100 m3，按0.1%濃度配置溶液，測(cè)算濃度變化趨勢(shì)如圖4。

圖4 增加緩沖容積后PAM溶液濃度8 h變化趨勢(shì)圖

通過圖4可以看出，緩沖量增大后，濃度變化更緩，8 h內(nèi)，最低0.07%，最高0.11%，溶解時(shí)間和濃度完全達(dá)到使用要求。

2.2 用一次鹽水配制PAM溶液

現(xiàn)流程溶劑使用精鹽水，精鹽水溫度偏高(>40 ℃)，容易造成PAM降解，且精鹽水鹽分比一次鹽水鹽分低，混勻程度不如同比重液體，易漂浮在一次鹽水上方，再就是含氨偏高，進(jìn)入一次鹽水后氨味較大，導(dǎo)致氨損。若使用一次鹽水做溶劑，難點(diǎn)在于進(jìn)水管線易結(jié)疤，難以清理。我們?cè)谛铝鞒讨懈挠靡淮嘻}水，縮短進(jìn)水管線并改為膠管，定期進(jìn)行更換，以解決PAM溫度降解和氨損問題。

2.3 PAM溶液順時(shí)針切線進(jìn)入一次鹽水

原流程中PAM溶液垂直加入集中槽，集中槽為深水區(qū)，后流經(jīng)曲徑槽和流槽，混勻程度較差，我們將加入點(diǎn)后移至淺水區(qū)，并分布加入，增加其混勻程度。一次鹽水加PAM溶液后經(jīng)流槽分配至各一次澄清桶中心筒中，進(jìn)筒方式也是垂直加入，位差沖擊造成絮凝物粉碎，檢查中心筒內(nèi)發(fā)現(xiàn)存在較多PAM膠狀物，分析原因?yàn)檎{(diào)和液進(jìn)入中心筒后，除進(jìn)液位置下方液體湍流局部混合外，其它位置不能有效混合，未充分混合的PAM因比重小，漂浮積累。又因澄清桶泥耙轉(zhuǎn)速較慢，即使加裝攪拌翅，也效果不大。我們改進(jìn)中心筒方式為順時(shí)針切線進(jìn)入，使中心筒液體旋流，達(dá)到混勻絮凝效果。對(duì)不能消除剪切力的位置，適當(dāng)補(bǔ)充PAM溶液。

2.4 最佳PAM投入量

在實(shí)際操作中，最關(guān)鍵還是PAM固體投入量和PAM溶液加入量的把控，經(jīng)測(cè)算，最佳投入量為0.021 kg/m3一次鹽水，在保證濃度穩(wěn)定0.1%的基礎(chǔ)上，要根據(jù)不同負(fù)荷調(diào)整PAM固體投入量和PAM溶液加入量。

3 優(yōu)化改造后的效果

流程改造后，PAM發(fā)揮出了最大助沉效果，一次鹽水濁度由150 ppm以上降至70～90 ppm，進(jìn)一步提升了一次澄清能力。