絮凝剂、选反性絮凝剂和分散剂
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：1011
一、絮凝与凝结 在固-液悬浮体系中,形成聚集体(Aggregates)的过程叫做絮凝或絮凝作用。如此所形成的聚集体就叫做絮凝物。能够促进絮凝过程的化学药品就叫做絮凝剂。 但是长期以来由于历史的原因,在目前的文献资料中，"絮凝(Flocculation)"与"凝(Coagulation)"这两个名词常常混淆不清或者互相通用。只是近年来，在文献中根据不同角度的认识才逐渐有比较明显的区别:（1）根据悬浮液“去稳定作用（Destabilization）”的机理，或者形成聚集体的形态划分："絮凝"意味着形成紧密的聚集体;（2）按照所用的化学药剂不同,絮凝用的是有机高分子聚合物,凝结用的是无机化学药剂;（3）根据工程操作步骤的不同,絮凝是通过颗粒的机械迁移步骤导致形成聚集体(调浆后颗粒之间的碰撞);凝结是通过化学药品调整颗凿;（4）根据某些工程的应用，絮凝仍然是颗粒迁移的步骤,而凝结则显示为总体的聚集作用过程。 简而言之，由絮凝所形成的聚集体，能够被相当微弱的机械力,或者由于固体和悬浮介质的界面上物理力的变化而受到扰乱和崩解，例如生成的絮凝体只要经过搅拌就能使它破碎，当搅拌一旦停止,又会重新形成絮凝体。按照较新的定义，絮凝是指使用高分子絮凝剂（例如淀粉或聚电解质）所产生的作用,它以线状的高聚物形式通过"桥联作用(Bridging)"把固体微粒连接在一起，形成一种任意的、具有三度空间的、松散的、多孔性的结构。也就是说，只有通过高聚物的"桥联作用"生成絮凝体的作用才能称作"絮凝"或"絮凝作用"。 絮凝剂的应用在浮选工艺中占有相当重要的作用。矿石细粒,在浮选过程中与气泡粘附之前就包含着一个絮凝过程；为了防止精矿的流失，在精矿浓缩机中加速精矿细粒的沉降，必要时要添加絮凝剂,以减少浓缩机溢流中精矿的损失；有的精矿矿浆很难过滤，添加絮凝剂可以大大提高过滤速度,减少滤饼中的水份。更重要的应用还在于尾矿水的净化，防止尾矿水对厂矿周围环境的污染，净化后的水可返回再利用，节约用水,降低生产成本。至于絮凝剂在其它化学工业方面应用，其范围就更加广泛了。 二、无机盐絮凝剂 严格地说，无机盐类应属于凝结剂,习惯上常常也包括在絮凝剂分类之中。铝盐:包括硫酸铝、多氯化铝、铝酸钠等。铝盐一般多制备成浓溶液储存，在使用时再临时稀释。 商品硫酸铝含结晶水14个，Al2(SO4)3·14H2O，性质稳定，可长期储存不变质，多用于水的净化。 多一氯化铝是三氯化铝部分水解产物，简称PAC,其实验分子式为Al(OH)1.5(SO4)0.125CI1.25，商品为溶液状态。一般认为它的絮凝效果比硫酸铝强而快速。 铁盐：水合三价铁离子的酸性比铝离子强，作为絮凝剂使用的主要为三氯化铁、硫酸铁及硫酸亚铁。 活性二氧化硅可用为阴离子型絮凝剂。石灰可以促进絮凝，常称为辅助絮凝剂。碳酸氢镁用于回水系统,添加膨润土及其他粘土类可作为絮凝助剂。 三、有机高分子絮凝剂 高分子絮凝剂都是水溶性聚合物，平均分子量范围在约103~5×106之间，最高的可达20×106。聚合物分子中如果有些亚基带有电荷则称为聚电解质。亚基带正电荷,例如聚胺盐，称为阳离子型聚合物；亚基带负电荷,例如聚丙烯酸钠，称为阴离子型聚合物；在分子中同时具有两种正负电荷的亚基，称为两性聚合物。不带电荷亚基的，例如聚氧乙烯，纯聚丙烯酰胺，则称为非离子型聚合物。 人工合成的高分子絮凝剂在外观上可以是粉末、颗粒、珠状、水溶液、水溶胶、水-油乳剂。它们的分子量愈高，其水溶液的粘度也愈大。 阳离子型高分子絮凝剂主要是季铵盐类。含有有机四价硫化物(锍)或含有磷钅翁(PR4+)基团的阳离子型高分子絮凝剂虽已有报告，但尚未见应用。 阴离子型高分子絮凝剂主要是含羧酸基团。一般要求分子量愈高愈好,强阴离子型而分子量低的高聚物反而具有分散剂的作用性质。 非离子型的高分子絮凝剂的主要代表是纯聚丙烯酰胺，或者含有羧基小于1%的聚丙烯酰胺。 在我国目前已经投入生产的人工合成絮凝剂有:聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮等。在选矿工艺中使用最广泛的仍然是聚丙烯酰胺，产品有胶状液、粉末两种。 常用絮凝剂的应用范围，列于表1。比较著名的合成有机絮凝剂，列于表2。国外合成絮凝剂商品牌号,列于表3。[next]表1 常用絮凝剂应用范围举例
| 类型 | 应用范围 |
| 无机盐 | 铝盐 | 城市供水澄清,脱色沉淀-絮凝,工业用水澄清,工业、城市废渣沉淀,磷酸盐沉淀-絮凝 |
| 铁盐 | 磷酸盐沉淀-絮凝；工业及城市废渣污泥沉淀及脱水 |
| 石灰 | pH值调整(水,废水,矿浆等),碳酸盐沉淀(供水软化),制糖精制辅助絮凝剂,污泥处理中磷酸盐沉淀,辅助絮凝剂等 |
| 合成有机高聚物 | 离子化程度 | 分子量 | |
| 阳离子型(40~80%) | 1~5×106 | 工业及城市废渣污泥脱水,制造TiO2时黑液澄清 |
| 阳离子型(40~80%) | 105~106 | 铁精矿及尾矿的浓缩,煤渣的浓缩(作为辅助絮凝剂),工业及城市废渣脱水 |
| 阳离子型(40~80%) | 103~105 | 铁精矿及尾矿的浓缩,城市及工业废渣污泥脱水 |
| 阳离子型(1~10%) | 1~5×106 | 城市及工业废渣、污泥脱水,制糖工业精浆净化 |
| 阴离子型(10~40%) | 1~5×106＞5×106 | 铝厂红泥(氧化铁)浓缩 |
| 阴离子型(80~100%) | ＞5×106 | 煤渣浓缩及脱水,铝污泥脱水,制糖工业糖浆净化 |
| 阴离子型(1~10%) | 1~5×106＞5×106 | 化学沉淀后使用的絮凝剂,钾盐尾矿(粘土细泥)浓缩,选矿絮凝剂 |
| 非离子型 | 同上 | 选矿絮凝剂,酸性矿浆及精矿浓缩,弱酸性废渣浓缩,铀萃取液沉降 |
| 天产品淀粉 | 淀 粉 | 铝厂红泥(氧化铁)浓缩,石英铁燧岩选择性絮凝 |
| 古耳胶 | 铀萃取液沉降剂,金矿萃取残渣助滤剂 |
| 蛋白胶 | 铀酸性萃取液沉降，酒、酒精饮料澄清剂 |
表2 著名的合成有机絮凝剂结构
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表3 国外合成絮凝剂商品牌号
| 商品牌号 | 厂 商 | 类 型 |
| AccoflocAmerflocAquaflocAronflocBetz PolymerBozeflocCalgonCatflocCoagulant AidCyflocDrewflocDiaclerFennoflocFlocogilFloergerHercoflocHimolocHi—SetMagnaflocMagniflocMontrekNalcoNalcolyteNopcoflocPEIPercolPolyflocPolyoxPraesrolPrimaflocPuriflocRohaflocSandolesSanflocSanploySedipurSeparanSumiflocSuperflocVersa-TLZetag | 1.Mitsui-Cyanamid(日本)2.Drew Chemical Corp(美)3.Dearborn chemical(美)4.Toagosei chemical Industry Co. ,(日本)5.Betz Laboratories ,Inc, (美)6.Nobel-Hoechst(法)7.The Calgon Corp(Merck & Co. )(美) 同 上 同 上8．Ametlean Cyanamid Co(美) 同 29．Mitsubishi Chemical Industrier(日本)10．KEMIRA Oy(芬兰)11．Rhone-Poulenc(法)12.Floerger(法)13.Hercules ,Inc(美)14.Kyoritsu Yuki(日本)15.Dai-Ichi Kogyo Seiyuku Co.(日本)16.Allied Colloids Ltd.(英国) 同 817.The Dow Chemical Co. (美)18.Nalco Chemical Co. (美) 同 上19.Dialmond Shamrock (美) 同 17 同 16 同 720.Union Carbide Corp (美)21.Chemische Fabrik Stockhausen & Cie(西德)22.Sandoz (美) 同 1723.Rohm G.m.b.H(西德) 同 2224.Sanyo Chemieal Industries(日本)25.Sankyo chemical Industries,Ltd(日本)26.BASF A.G.(西德) 同 1727.Sumitomo Chemical Co.Ltd. (日本) 同 828.Natiooal Starch Corp(美) 同 16 | aa b caa a}a b c a b ca b caaaa b ca baaaa b ca ba ba ba b ca baa bCa b cba ba bb ca ba ba ba ba ba b cca |
注：a—非离子型、阴离子型及阳离子型聚丙烯酰胺； b—聚胺类、季铵类； c—环氧化聚合物（POE）及其他。[next] 四、天然高分子絮凝剂 最早用于净化饮用水的絮凝剂是来自天然产物（杏仁、豆类及核果）,当前使用的天然高分子絮凝剂包括淀粉、多种类型的淀粉衍生物、植物胶、海藻萃取物、纤维素衍生物、蛋白质及单宁等,其中最重要、用量最大的是淀粉，其次是古耳胶（Guargum）.天然絮凝剂比人工合成的絮凝剂便宜,但用量偏高，储存易变质。目前合成絮凝剂已逐渐取代天然絮凝剂。例如在铀萃取工艺中，聚丙烯酰胺取代了蛋白胶体絮凝剂。 淀粉含两种“聚糖”，即直链淀粉与歧链淀粉。一般含歧链淀粉较多，其分子量也较高，可达106，可用于制铝厂作为红泥的絮凝剂。由玉米、小麦、高梁、稻米、土豆、木薯制成的淀粉都可以作为絮凝剂。淀粉经过加工还可以制成阳离子或阴离子型多种多样的絮凝剂。 羧甲基纤维素钠，其取代度一般为0.4~1.5，其特点是性质稳定，不易被生物降解或水解。 单宁据报告也是一种絮凝剂，见英国1973年1310491号专利。 五、选择性絮凝剂 在一个含有两种以上组分的稳定悬浮液中,当加入某种高分子絮凝剂之后,由于两种组分的表面性质不同,这种絮凝剂在不同组分之间产生了有选择性的吸附作用,通过“桥联”产生絮凝物而沉降；而另一种组分仍然分散在悬浮液中不受影响,从而达封使两种组分分离的目的,这种作用就叫做选择性絮凝(也叫做“优先絮凝”)；能够起这种作用的絮凝剂就叫做选择性絮凝剂。 在浮选工业中，有关选择性絮凝的研究自从20世纪初以来断断续续已将近60年,直至1974年才获得应用,美国克利夫兰-克利夫斯钢铁公司，在研究时用木薯淀粉，后在投产时改用玉米淀粉作为选择性絮凝剂，处理极细粒嵌布的石英铁燧岩获得成功，于1974年建立了一个年产400万吨精矿的选矿厂并投产。 部分水解的聚丙烯酰胺进行选择性絮凝，可以使极细粒长石-赤铁矿人工混合物达到分离的目的。变换聚丙烯酰胺的阴离子性能，可以从一种混合物中优先絮凝赤铁矿或者优先絮凝硅酸盐。例如,强阴离子型聚丙烯酰胺促进赤铁矿的选择性絮凝；而弱阴离子型的则优先絮凝硅酸盐。聚丙烯酰胺还可以选择絮凝锡石;选择絮凝石英与方铅矿的人工混合矿;选择絮凝硅孔雀石与石英。还试用于高岭土与粘土的分选。水解聚丙烯酰胺试用于高岭土与铝土矿的选择性絮凝。 羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、合成单宁等可用于锰矿泥的选择性絮凝。羧甲基纤维素还可用于铬铁矿的选择性絮凝及铅、锌硫化矿的选择性絮凝,木薯粉还可用于粘土质含铁物料的选择性絮凝脱泥。用聚甲基丙烯酸钠选择性絮凝煤与粘土。用聚氧乙烯选择性絮凝铜铀云母。 近些年来，在我国已有不少单位对选择性絮凝剂及其作用进行了研究并取得成绩。所用絮凝剂包括:腐殖酸钠、腐殖酸铵，硝化腐殖酸、水解聚丙烯酰胺，磺化聚丙烯酰胺、淀粉、橡子淀粉、芭蕉芋粉等。 六、分散剂 与絮凝剂相对应的是分散剂。凡是能够在浮选矿浆中使固体细粒悬浮的药剂都可以称为分散剂。它们必须能够吸附在作用物上进行分散作用,并给予负电荷。分散剂主要包括缩聚磷酸盐(多磷酸盐)、有机聚合物、无机盐及有机化合物。一些常见的分散剂见表4。表4 分散剂
| 无机分散剂 | 有机分散剂 | 有机聚合物分散剂 |
| 氢氧化钠水玻璃硅酸铝Al2(SiO3)3三聚磷酸钠（STPP）六偏磷酸钠（NaPO3）6焦磷酸四钠Na4P2O7氟化钠碳酸钠硼酸钠（硼砂）铝酸钠NaAlO2或Na3AlO3 | 柠檬酸钠葡萄糖酸钠草酸钠酒石酸钠抗坏血酸多胺类氨基醇类膦酸盐磺酸盐 | 葡糠醛酸海藻酸干酪素明胶、阿位伯胶卵膦脂单宁酸盐木素磺酸盐降解的聚糖类多种人工合成的高聚物 |
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