優化鹽水精制中聚丙烯酰胺的使用方法

孫在勇，王 猛，李培賢

(山東海化股份有限公司純堿廠，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。而加灰反應生成的氫氧化鎂結晶很細，粒度僅為0.03～0.1 μm，其懸浮體系的Zeta電位高達45.2 mV，顆粒間靜電斥力較強，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，作用機理一般認為是吸附-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， 同時其高分子長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。在生產中，影響聚丙烯酰胺(PAM)發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，實現生產的連續穩定，本文將結合實際生產情況進行淺析。

1 PAM效果影響因素

1.1 PAM溶解濃度

PAM溶解濃度適當時，吸附在顆粒表面上的高分子長鏈同時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，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。

1.2 PAM溶解溫度

PAM在水溫低于5 ℃時溶解緩慢，溶解速度隨著水溫的升高而變快，但溫度高于40 ℃時，聚合物的降解會變快，其原因是PAM高分子溶液的分散相粒子彼此糾纏形成網狀結構的聚合體，溫度越高，網狀結構越容易破壞，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，一般溶解攪拌時間不應低于30 min。溶解時間過短，高聚物來不及形成網狀結構，甚至來不及溶解的PAM顆粒會出現“疙瘩”現象。但溶解時間過長，粘度也會下降，這是因為PAM在溶液中受機械剪切力等作用，使其結構發生松解所致。溶解時間過短或過長都會影響到使用效果。

1.4 PAM溶液進入系統后的混勻程度

溶解充分的PAM溶液加入系統后，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。當加入濃度較高時，部分膠狀PAM凝結成“魚眼球”排出(如圖1)。

圖1 PAM凝結成“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導致分子鏈斷裂降解，影響性能，在我們流程中能產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#罐的調和液泵等。對于產生較多剪切力的系統，選擇上應該對PAM分子量要求高一點，PAM分子量越高，其所產生的絮團越耐剪切。

2 PAM現有流程中存在的問題及優化

2.1 PAM溶液配制方法

在實際生產中，PAM溶液比較適合相對濃度低一些，流量大一些，因為這樣更容易與一次鹽水混合均勻。我們的濃度指標要求為0.08%～0.1%，采取定時投放PAM，連續加水，連續取出的方式，所以溶解罐內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PAM投放量及溶液取出量實時測算8 h濃度變化如圖2。

圖2 PAM溶液濃度8 h變化趨勢圖

通過圖2可以看出，不但濃度波動大，溶解時間也不足。投放PAM初期， 溶解罐內濃度高達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。

我們進行了初步優化，增加緩沖容積7 m3，控小系統加入量，投放PAM周期由2 h一次調整為1 h一次，測算濃度變化趨勢如圖3。

圖3 優化后PAM溶液濃度8 h變化趨勢圖

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

但因現流程緩沖能力不足，PAM攪拌溶解時間及濃度仍達不到最佳要求，且PAM固體投入周期縮短，增加勞動強度。保證PAM濃度及溶解時間最關鍵的還是增加溶解罐緩沖容積。我們重新設計流程，將緩沖能力由21 m3增加到100 m3，按0.1%濃度配置溶液，測算濃度變化趨勢如圖4。

圖4 增加緩沖容積后PAM溶液濃度8 h變化趨勢圖

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

2.2 用一次鹽水配制PAM溶液

現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，進入一次鹽水后氨味較大，導致氨損。若使用一次鹽水做溶劑，難點在于進水管線易結疤，難以清理。我們在新流程中改用一次鹽水，縮短進水管線并改為膠管，定期進行更換，以解決PAM溫度降解和氨損問題。

2.3 PAM溶液順時針切線進入一次鹽水

原流程中PAM溶液垂直加入集中槽，集中槽為深水區，后流經曲徑槽和流槽，混勻程度較差，我們將加入點后移至淺水區，并分布加入，增加其混勻程度。一次鹽水加PAM溶液后經流槽分配至各一次澄清桶中心筒中，進筒方式也是垂直加入，位差沖擊造成絮凝物粉碎，檢查中心筒內發現存在較多PAM膠狀物，分析原因為調和液進入中心筒后，除進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。又因澄清桶泥耙轉速較慢，即使加裝攪拌翅，也效果不大。我們改進中心筒方式為順時針切線進入，使中心筒液體旋流，達到混勻絮凝效果。對不能消除剪切力的位置，適當補充PAM溶液。

2.4 最佳PAM投入量

在實際操作中，最關鍵還是PAM固體投入量和PAM溶液加入量的把控，經測算，最佳投入量為0.021 kg/m3一次鹽水，在保證濃度穩定0.1%的基礎上，要根據不同負荷調整PAM固體投入量和PAM溶液加入量。

3 優化改造后的效果

流程改造后，PAM發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，進一步提升了一次澄清能力。