I. Einführung

Polyacrylamid (kurz PAM) ist ein linearer Hochmolekülpolymer mit hervorragenden Flockungs-, Verdickungs- und Reibungsreduzierungseigenschaften und spielt eine unersetzliche Rolle in der Mineralverarbeitungsindustrie. Als wichtiges chemisches Mittel in der modernen Mineralverarbeitungstechnologie verbessert Polyacrylamid durch seine einzigartige molekulare Struktur und Leistungsmerkmale erheblich die Effizienz der Mineralseparation und die Wirkung der Abwasserbehandlung, während es den Energieverbrauch und die Kosten während der Mineralverarbeitung senkt. Mit den zunehmend verfeinerten und komplexen Mineralressourcen und der kontinuierlichen Verbesserung der Anforderungen an den Umweltschutz innoviert auch die Forschungs- und Anwendungstechnologie von Polyacrylamid für die Mineralverarbeitung ständig und bietet starke Unterstützung für die nachhaltige Entwicklung der Mineralverarbeitungsindustrie.

Ii. Grundlegende Eigenschaften von Polyacrylamid

1.Chemische Struktur und Klassifikation

Polyacrylamid ist eine hochmolekulare Verbindung, die durch die radikalische Polymerisationsreaktion von Acrylamidmonomeren gebildet wird. Seine Molekülkette enthält eine große Anzahl von Amidgruppen (-CONH₂), und diese aktiven Gruppen können durch Hydrolyse oder chemische Modifikation funktionelle Gruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften einführen. Je nach ionischen Eigenschaften wird Polyacrylamid, das in der Mineralverarbeitung verwendet wird, hauptsächlich in drei Kategorien eingeteilt:

Anionisches Polyacrylamid (APAM): Carbonsäuregruppen (-COO⁻) werden durch Hydrolyse oder Copolymerisation eingeführt, tragen eine negative Ladung und sind geeignet zur Behandlung von Mineralpartikeln mit einer positiv geladenen Oberfläche.

Kationisches Polyacrylamid (CPAM): Durch die Modifizierung und Einführung kationischer Gruppen wie quartäre Ammoniumsalze trägt es eine positive Ladung und wird hauptsächlich zur Behandlung von Zellstoff mit hohem Gehalt an organischen Stoffen verwendet.

Nichtionisches Polyacrylamid (NPAM): Es enthält keine ionischen Gruppen in seiner Molekülkette und funktioniert durch Wasserstoffbrücken und van-der-Waals-Kräfte, mit einem breiten pH-Anpassungsbereich.

2. Physikalische und chemische Eigenschaften

Polyacrylamid für die Mineralverarbeitung liegt normalerweise in Form von weißen Granulaten oder Pulver vor, mit einer Dichte von etwa 1,3 g/cm³, und es hat eine ausgezeichnete Wasserlöslichkeit und chemische Stabilität. Der Bereich des Molekulargewichts ist breit (von mehreren Millionen bis zu mehreren zehn Millionen Dalton), und es kann gemäß den Anforderungen verschiedener Mineralverarbeitungsprozesse angepasst werden. Polyacrylamid-Lösung hat bemerkenswerte viskoelastische Eigenschaften, und ihre Viskosität steigt stark mit der Erhöhung der Konzentration und des Molekulargewichts. In Anwendungen der Mineralverarbeitung sind die Löslichkeit und die Stabilität der Lösung von Polyacrylamid entscheidende Leistungsindikatoren. Im Allgemeinen ist es notwendig, die Lösungszeit und die Temperatur zu kontrollieren (die allgemeine Lösungstemperatur sollte 60℃ nicht überschreiten), um den besten Anwendungseffekt zu erzielen.

Iii. Hauptanwendungen von Polyacrylamid in der Mineralverarbeitung

1.Mineralpartikelflockung und Sedimentation

Im Fluss der mineralischen Verarbeitungstechnologie wird Polyacrylamid häufig als effizienter Flockungsmittel in den Konzentrations-, Sedimentations- und Filtrationsprozessen eingesetzt. Sein Wirkungsmechanismus umfasst hauptsächlich:

Brückenflokulation: Langkettige Polymere adsorbieren gleichzeitig multiple Mineralpartikel durch multiple aktive Stellen und bilden eine "Partikel-Polymer-Partikel" Brückenstruktur.

Ladungsneutralisation: Geladene Polyacrylamidmoleküle können die Oberflächenladungen von Mineralpartikeln neutralisieren, die Abstoßungskräfte zwischen den Partikeln verringern und die Agglomeration fördern.

Netzfang-Effekt: Die Polymerketten bilden eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, die mechanisch feine Partikel einfängt.

Bei der Trennung von Erzen wie Eisenerz, Kupfererz und Bauxit kann anionisches Polyacrylamid die Sedimentationsrate des Konzentrats erheblich erhöhen, wodurch die Verarbeitungskapazität des Verdickers um 30-50% gesteigert wird. Zum Beispiel stieg nach der Einführung von maßgeschneidertem hochmolekularem APAM in einem großen Eisenerzbergwerk die Konzentration des Unterlaufs während der Konzentration von 55% auf 68%, während die Trübung des Überlaufs auf unter 50 NTU sank.

2. Rückstandsbehandlung und Entwässerung

Moderne Mineralaufbereitungsanlagen stehen unter erheblichem Druck bei der Behandlung von Rückständen. Polyacrylamid spielt eine Schlüsselrolle bei der Konzentration von Rückständen und der Trockenspeichertechnologie:

Schlammkonzentration: Durch die Optimierung des Typs und der Dosierung von Polyacrylamid kann der Feststoffgehalt des Tailings-Schlamms von 20-30% auf 45-55% erhöht werden, was die Wasserspeicherkapazität des Tailings-Ponds erheblich reduziert.

Druckfiltration Entwässerung: Bei Verwendung in Kombination mit kationischem Polyacrylamid kann der Feuchtigkeitsgehalt von Tailingsfilterkuchen um 2 bis 5 Prozentpunkte gesenkt werden, wodurch Bedingungen für das trockene Stapeln von Tailings geschaffen werden.

Vorbereitung der Paste: Die Vorbereitung von hochkonzentriertem Tailings-Paste beruht auf Polyacrylamid mit einer spezifischen Struktur, um ein Gleichgewicht zwischen Scherverdünnung und statischer Verdickung zu erreichen.

3.Anpassung der Viskosität der Pulpe

Im Prozess der komplexen Mineraltrennung kann Polyacrylamid als Viskositätsregulator verwendet werden, um die rheologischen Eigenschaften der Schlamms zu verbessern:

Turbulente Widerstände reduzieren: Eine geringe Menge Polyacrylamid (50-100 PPM) kann den Widerstand beim Pipeline-Transport um 30-70% reduzieren, indem die Bildung turbulenter Wirbel gehemmt wird.

Unterdrückung von feinen Schlamminterferenzen: Selektive Flockungsmittel können bevorzugt Gangue feinen Schlamm flocken, wodurch der "Bedeckung" -Effekt auf nützliche Mineralien verringert und die Trennungs-effizienz verbessert wird.

Schaumstabilitätskontrolle: Im Flotationsprozess kann PAM mit einem bestimmten Molekulargewicht die Stabilität der Schaumoberfläche anpassen und so die Güte und den Rückgewinnungsgrad des Konzentrats optimieren.

Iv. Auswahl und Prozessoptimierung von Polyacrylamid

1.Auswahlprinzipien

Für verschiedene Mineralsysteme und Prozessverbindungen muss bei der Auswahl von Polyacrylamid mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

Wichtige Punkte zur Auswahl von Faktoren, die zu berücksichtigen sind

Für die elektrischen Eigenschaften der Mineraloberflächen wird der anionische Typ für positiv geladene Oberflächen, der kationische Typ für negativ geladene Oberflächen und der nichtionische Typ in der Nähe des isoelektrischen Punkts ausgewählt.

Der kationische Typ des Zellstoff-pH-Wertes funktioniert besser unter sauren Bedingungen, während der anionische Typ unter alkalischen Bedingungen stabiler ist.

Die Partikelgrößenverteilung: Feine Partikelgrößen erfordern normalerweise ein höheres Molekulargewicht, während grobe Partikelgrößen ein mittleres Molekulargewicht wählen können.

Für Wasser mit hohem gelöstem Salzgehalt und hoher Salinität sollten salzresistente oder hydrophobe modifizierte Produkte ausgewählt werden.

Für Hochtemperaturumgebungen sollten vernetzte oder hitzebeständige modifizierte Produkte mit guter thermischer Stabilität ausgewählt werden.

2. Verwenden Sie Parameteroptimierung

In praktischen Anwendungen müssen die optimalen Prozessparameter durch Laboruntersuchungen und industrielle Fehlersuche bestimmt werden.

Vorbereitungs Konzentration: Üblicherweise 0,1-0,5%. Wenn sie zu hoch ist, führt dies zu unvollständiger Auflösung; wenn sie zu niedrig ist, erhöht sich das Volumen des hinzugefügten Reagenz.

Dosierungspunktwahl: Es sollte im turbulenten Bereich hinzugefügt werden, um eine gründliche Mischung zu gewährleisten, aber übermäßige Scherung vermeiden, die die molekulare Struktur beschädigen könnte.

Dosierungskontrolle: Im Allgemeinen sollte sie zwischen 5 und 200 g/t Trockenmineral liegen. Eine übermäßige Dosierung kann zu "Kolloid-Schutz" führen und stattdessen die Flokkulierung hemmen.

Mischintensität: Starke Mischintensität ist in der Anfangsphase erforderlich (Geschwindigkeitsgradient G>300s⁻¹), und die Rührintensität sollte in der späteren Phase reduziert werden (G<50s⁻¹).

3. Verfahrens-Technologie

Um die Verarbeitungseffizienz zu steigern und die Kosten zu senken, wird oft eine kombinierte Nutzungsstrategie angewendet:

Bei der Verwendung in Kombination mit anorganischen Flockungsmitteln: Zuerst Aluminium- oder Eisensalze zur Ladungsneutralisation hinzufügen und dann PAM zur Brückenflockung hinzufügen, was die Dosierung von organischen Flockungsmitteln um 30-40% reduzieren kann.

Kationische und anionische Mischung: Die Mischung von kationischem und anionischem PAM in einem bestimmten Verhältnis kann eine Netzwerkstruktur bilden, die besonders geeignet für klebrige Feinstpartikelsysteme ist.

In Kombination mit Tensiden: Bei der Behandlung von Flotationsrückständen kann die Zugabe von nichtionischen Tensiden die Diffusionsadsorptionsleistung von PAM verbessern.

V. Technologischer Fortschritt und Entwicklungstrends

1. Entwicklung von neuem Polyacrylamid

Hochtemperatur- und salzbeständige Art: Durch die Einführung von hochtemperaturbeständigen Gruppen wie Sulfonsäuregruppen und Hydroxypropylgruppen werden Produkte entwickelt, die für hochtemperatur- und hochsalzhaltige Zellstoff geeignet sind.

Umweltreaktionstyp: pH-sensitiv, temperatur-sensitiv, REDOX-sensitiv und andere intelligente PAM, die kontrollierbare Flockung und Flockung erreichen.

Verbundfunktionstyp: Ein integrierter Agent mit mehreren Funktionen wie Flockung, Hemmung und Schäumung, der den Mineralverarbeitungsprozess vereinfacht.

Biologisch abbaubare Art: Entwickeln Sie umweltfreundliche Flockungsmittel, die auf natürlichen Polymeren basieren, um die Umweltbelastung zu reduzieren.

2.Anwenden technologischer Innovation

Mikro-Interface-Flockungstechnologie: Nutzung von Mikrobubbles und Mikro-Öltropfen als "Brücken", um den selektiven Flockungseffekt von PAM zu verstärken.

Magnetische Flockungstechnologie: Kombination von magnetischen Nanopartikeln und PAM zur Erreichung einer schnellen Sedimentation und magnetischen Rückgewinnung.

Ultraschallunterstützte Technologie: Durch die Regulierung der Konformation und des Dispersionszustands von PAM-Molekülen mittels Ultraschall wird die Nutzungseffizienz verbessert.

Digitale Zwillingsoptimierung: Basierend auf Big Data und KI-Algorithmen wird ein digitales Zwillingssystem für die PAM-Dosierung eingerichtet, um eine Echtzeit-Optimierungssteuerung zu erreichen.

3. Grüne und nachhaltige Entwicklung

Mit zunehmend strengen Umweltschutzvorschriften ist die Begrünung von Polyacrylamid, das in der Mineralverarbeitung verwendet wird, zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung geworden:

Rohmaterialreinigung: Verwenden Sie biobasierte Acrylamidmonomere, um die Abhängigkeit von erdölbasierten Rohstoffen zu verringern.

Niedrig-Kohlenstoffprozess: Entwickeln Sie grüne Produktionsprozesse wie Niedertemperatursynthese und energieeffiziente Trocknung.

Produktunbedenklichkeit: Strengste Kontrolle des Gehalts an Restmonomeren (≤0,05%) und Entwicklung eines niedertoxischen und schwermetallfreien Katalysesystems.

Kreislaufwirtschaftsmodell: Forschung zur Recycling- und Regenerationstechnologie von PAM und Erkundung von geschlossenen Recyclingnutzungsschemata.

Vi. Fazit

Polyacrylamid, als ein wichtiger chemischer Wirkstoff in der modernen Mineralverarbeitungsindustrie, beeinflusst das Anwendungsniveau direkt die Effizienz der Mineralverarbeitung, die Ressourcennutzungsrate und die Umweltleistung. Mit der zunehmenden Komplexität der Mineralverarbeitungsobjekte und der steigenden Nachfrage nach "Null-Entladung" von Abwasser aus der Mineralverarbeitung entwickeln sich Polyacrylamidprodukte schnell in Richtung Spezialisierung, hohe Effizienz und Umweltfreundlichkeit. Die zukünftige Forschung und Entwicklung von Polyacrylamid für die Mineralverarbeitung sollte sich auf drei Richtungen konzentrieren: Erstens, die Entwicklung von speziellen Flockungssystemen für aufkommende Mineralien wie Lithium, Seltene Erden und strategische Metalle; Zweitens, die Vertiefung der Grundlagenforschung zur Anwendung von intelligenten reaktionsfähigen Polymeren in der Mineralverarbeitung; Drittens, die Etablierung eines umweltfreundlichen Bewertungssystems, das den gesamten Lebenszyklus abdeckt. Durch kollaborative Innovationen zwischen Industrie, Wissenschaft und Forschung wird der Anwendungswert von Polyacrylamid im Bereich der Mineralverarbeitung kontinuierlich gesteigert, was technische Unterstützung für die effiziente und nachhaltige Entwicklung von Mineralressourcen bietet.