絮凝作用

在体系中加入高分子絮凝剂

絮凝作用主要是在体系中加入高分子絮凝剂，高分子絮凝剂通过自身的极性基或离子基团与质点形成氢键或离子对，加之范德华力而吸附于质点表面，在质点间进行桥连形成体积庞大的絮状沉淀而与水溶液分离。絮凝作用的特点是絮凝剂用量少，体积增大的速度快，形成絮凝体的速度快，絮凝效率高。

絮凝机理

当絮凝剂投量足够大，金属盐絮凝剂产生大量不定形的盐或铁盐氢氧化物沉淀将水中颗粒物包裹，此时网捕卷扫发挥主要作用。高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与未达完全脱稳的胶粒和细微悬浮物等发生连接作用，从而发挥吸附架桥作用。在絮凝过程中，絮凝效果的产生并不是在单一絮凝机理条件下形成的，而是以某一种絮凝机理为主导，因而在不同絮凝机理条件下所形成的絮体物化特性，如二维或三维分形维数、比表面积和絮体成长过程等会存在较大差异性，电性中和机理为主导形成的絮体较网捕卷扫机理为主导形成的絮体更加密实、分形维数大且比表面积更高，随着絮凝剂投量的增加，絮凝条件从电性中和逐渐向网捕卷扫过渡，FI指数逐渐降低。

桥连作用是质点和悬浮物通过高分子絮凝剂而被连接起来形成絮凝体的过程。主要通过高分子絮凝剂在质点表面的环式和尾式吸附架桥形成的桥连。主要分为两种情况：高分子絮凝剂与带有不同电荷的质点间的桥连（其脱稳作用是由于静电引力的原因，此过程中有机阳离子絮凝剂的分子量起着重要作用）和高分子絮凝剂与带有相同电荷的质点间的桥连（质点表面存在着正电荷区，带负电的絮凝体对质点有包裹作用且存在反离子作用）。

影响因素

絮凝作用受溶胶浓度、温度、电解质性质(如交换性阳离子的价数、水化度和阴离子种类)等因素的影响。根据絮凝速度不同，可分为慢絮凝区和快絮凝区。根据絮凝速度与电解质性质的关系，可分为只受动电电位影响的非专性絮凝和与电解质性质有关的专性絮凝。带有相反电荷的胶体物质的相互作用也可引起絮凝作用，如高岭石在低pH值时，带正电荷的边面可与邻近的带负电荷的基面相吸引而发生絮凝。

絮凝剂

能使溶胶或悬浮液产生絮凝作用的物质称为絮凝剂。可分为无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂。前者如明矾和硫酸亚铁等，后者如水溶性淀粉、动物胶和聚丙烯酰胺等。无机絮凝剂使胶体聚沉主要是由于与胶粒带相反电荷的离子的作用。至于有机高分子絮凝剂的作用机理，主要是高分子的“架桥”作用。当具有链状结构的有机高分子浓度较稀时，吸附在胶粒表面上的高分子长链，可能同时吸附在另一胶粒的表面上，通过“架桥”的方式，将两个或更多的分散相粒子聚集在一起而产生絮状沉淀。与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂有以下优点：①用量少，一般为无机絮凝剂的1/200到1/30；②絮块大，沉降快，便于分离。有机高分子絮凝剂多用于水处理和矿泥回收等方面。

絮凝实例

河流中的泥沙可分为粗泥沙和细颗粒泥沙。细颗粒泥沙因其具有粘性，又称为粘性泥沙。河水体中的细颗粒泥沙，由于晶格缺损、同晶取代等原因而带永久性负电荷。带负电荷的细颗粒泥沙，由于库伦斥力的作用，不能形成有效碰撞而成为大的颗粒，因此悬浮于水中，并可随水输移数千千米。悬浮泥沙在进入河口区以后，由于盐度的增高及在水体中多价阳离子、腐殖酸一类有机电解质的作用下，颗粒间水膜互相粘结而形成絮团状沉淀。

细粒泥沙絮凝作用的主要影响因素有盐度、水动力因素和有机物影响等。盐度对细颗粒泥沙絮凝作用的影响，就是通过减小双电层间的排斥作用，从而降低其稳定性。淡、咸水混合初期，由于对咸水中高价阳离子(主要是Ca2+和Mg2+)的吸附和离子强度的增大,细颗粒泥沙的电泳淌度突然显著减小，这就大大减小了双电层间的排斥作用，因而显著降低了细颗粒泥沙的稳定性，在盐度增大到3以前细颗粒泥沙即已完全脱稳，并在此处大量地絮凝沉降。

当水流切应力小于絮凝体的抗剪强度时，水流中絮凝现象的产生取决于颗粒碰撞条件。在强的水流切应力时，絮凝体更易破碎，使絮凝过程变得可逆。

河口水中有机物的主体是腐殖质，它是分子量从几百到几万,结构中含有大量梭基和轻基等离解性官能团的大分子化合物，其本身带有很强的负电荷，当其被吸附到悬浮颗粒上之后增加了颗粒的表面负电荷，这将增大悬浮颗粒的稳定性；此外，空间稳定作用也增大了悬浮颗粒的稳定性。当去除天然悬浮泥沙的有机覆盖层后其絮凝速率显著增大，换言之，有机覆盖层增大了悬浮泥沙的稳定性。

应用

絮凝作用，对于细颗粒泥沙在河口区运动规律的研究、航道整治及港口建设皆有重要的参考价值。细颗粒泥沙的絮凝过程，能将水体中的污染物一起载带下来，使水体得到净化。这种自净能力(或称“自净资源”)也常被利用。

絮凝作用还广泛用于工业和日常生活中，如用明矾和PAM净化水，卤水点豆腐。为了加速污水中的污泥沉淀，提高沉淀效率，对各种不同性质的污水添加的化学药剂，如絮凝剂，加剂后的污水，能加速悬浮物的凝聚沉降，并能调节水质稳定。在药剂学上常利用絮凝剂来改善某些混悬剂的质量。

矿业中的应用

我国的废水排放量逐年增加，其中以工业废水为主。据统计，选矿是我国废水排放量最多的行业之一。选矿废水主要来自三个方面：选前的矿石准备作业（磨矿和分级）、选别作业和选后的脱水作业。

以铝土矿为例：由于在铝土矿的磨矿和浮选过程中，大量的细粒铝硅酸盐矿物及黏土矿物进入尾矿中，使得尾矿颗粒较细，比表面积大，表面能高，颗粒间的静电斥力大，矿浆高度分散，沉降困难。为了实现尾矿浆的快速沉降脱水，需向尾矿浆中加入絮凝剂助其沉降。

河南某铝土矿选矿厂，生产中主要使用铝硅比为2.5~3.0的低铝硅比铝土矿，处理量为1500 t/d，其尾矿产率约为50%。为加速尾矿浆沉降脱水，处理尾矿时向尾矿浆中添加了一定量的聚丙烯酰胺，沉降溢流水和压滤水直接返回浮选系统。以该厂生产中原矿为研究对象，以分子量为1200万~1400万的阴离子型聚丙烯酰胺作为主要的絮凝剂，研究回水返回后对铝土矿浮选的影响。

回水对铝土矿浮选的影响：使用回水进行浮选试验，不仅会降低精矿产率和Al2O3回收率，还会影响捕收剂对铝土矿的分选效果。

絮凝剂浓度对铝土矿浮选的影响：当聚丙烯酰胺浓度增大到一定值时，不仅将降低捕收剂的选择性，同时会抑制矿物的上浮。此外，由试验结果可知，絮凝剂在回水中的累积是造成现场铝土矿浮选指标恶化的重要原因。

降低絮凝剂对铝土矿浮选影响的研究：1.分散剂用量：六偏磷酸钠降低了聚丙烯酰胺对浮选的影响，抑制了脉石矿物的上浮，改善了铝、硅矿物的分选效果。2.搅拌时间：在絮凝初期，适宜的搅拌有利于絮凝的发生，当絮体生长到一定粒径后，继续搅拌非但不利于絮体的生长，还会破坏絮体结构，对絮凝起到相反的作用。3.增大捕收剂用量：在实现一水硬铝石和脉石矿物的充分分散后，增加捕收剂用量能够部分抵消聚丙烯酰胺对一水硬铝石的抑制作用、增强对一水硬铝石的捕收，实现铝、硅矿物的有效分离。4.降低回水中絮凝剂浓度：降低回水返回比例后，回水仍然可用，且随着回水比例的降低，铝、硅矿物的分选效果逐渐变好。

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