I. Introducción

Polyacrylamide (PAM for short) is a linear high-molecular polymer with excellent flocculation, thickening and drag reduction properties, and plays an irreplaceable role in the mineral processing industry. As an important chemical agent in modern mineral processing technology, polyacrylamide, through its unique molecular structure and performance characteristics, significantly enhances the efficiency of mineral separation and the effect of wastewater treatment, while reducing energy consumption and costs during the mineral processing. With the increasingly refined and complex mineral resources and the continuous improvement of environmental protection requirements, the research and application technology of polyacrylamide for mineral processing is also constantly innovating, providing strong support for the sustainable development of the mineral processing industry.

Ii. Características Básicas del Poliacrilamida

1.Estructura Química y Clasificación

El poliacrilamida es un compuesto de alto peso molecular formado por la reacción de polimerización por radicales libres de monómeros de acrilamida. Su cadena molecular contiene un gran número de grupos amida (-CONH₂), y estos grupos activos pueden introducir grupos funcionales de diferentes propiedades a través de la hidrólisis o modificación química. Según las características iónicas, el poliacrilamida utilizado en el procesamiento de minerales se clasifica principalmente en tres categorías:

Poliacrilamida aniónica (APAM): Se introducen grupos ácidos carboxílicos (-COO⁻) a través de hidrólisis o copolimerización, llevando una carga negativa, y son adecuados para tratar partículas minerales con una superficie cargada positivamente.

Poliacrilamida catiónica (CPAM): Al modificar e introducir grupos catiónicos como sales de amonio cuaternario, lleva una carga positiva y se utiliza principalmente para tratar pulpas con alto contenido de materia orgánica.

Poliacrilamida no iónica (NPAM): No contiene grupos iónicos en su cadena molecular y funciona a través de enlaces de hidrógeno y fuerzas de van der Waals, con un amplio rango de adaptabilidad de pH.

2.Propiedades físicas y químicas

El poliacrilamida para el procesamiento de minerales suele presentarse en forma de gránulos o polvo blanco, con una densidad de aproximadamente 1.3g/cm³, y tiene una excelente solubilidad en agua y estabilidad química. Su rango de peso molecular es amplio (de varios millones a decenas de millones de Daltons), y se puede personalizar según los requisitos de diferentes procesos de procesamiento de minerales. La solución de poliacrilamida tiene una notable viscoelasticidad, y su viscosidad aumenta drásticamente con el aumento de la concentración y el peso molecular. En las aplicaciones de procesamiento de minerales, la solubilidad y la estabilidad de la solución de poliacrilamida son indicadores clave de rendimiento. Generalmente, es necesario controlar el tiempo y la temperatura de disolución (la temperatura de disolución general no debe exceder los 60℃) para lograr el mejor efecto de aplicación.

Iii. Aplicaciones Principales del Poliacrilamida en el Procesamiento de Minerales

1.Floculación y sedimentación de partículas minerales

En el flujo de tecnología de procesamiento de minerales, el poliacrilamida se utiliza ampliamente como un floculante eficiente en los procesos de concentración, sedimentación y filtración. Su mecanismo de acción incluye principalmente:

Floculación de puente: Los polímeros de cadena larga adsorben simultáneamente múltiples partículas minerales a través de múltiples sitios activos, formando una estructura de puente "partícula-polímero-partícula".

Neutralización de carga: Las moléculas de poliacrilamida cargadas pueden neutralizar las cargas superficiales de las partículas minerales, reducir la fuerza de repulsión entre las partículas y promover la agregación.

Efecto de captura neta: Las cadenas de polímero forman una estructura de red tridimensional, capturando mecánicamente partículas finas.

En la separación de minerales metálicos como el mineral de hierro, mineral de cobre y bauxita, el poliacrilamida aniónica puede aumentar significativamente la tasa de sedimentación del concentrado, mejorando así la capacidad de procesamiento del espesador en un 30-50%. Por ejemplo, después de que una gran mina de hierro adoptara APAM de alto peso molecular personalizado, la concentración del subflujo durante la concentración aumentó del 55% al 68%, mientras que la turbidez del desbordamiento disminuyó a menos de 50 NTU.

2.Tratamiento y deshidratación de relaves

Las plantas modernas de procesamiento de minerales enfrentan una presión severa en el tratamiento de relaves. El poliacrilamida juega un papel clave en la concentración de relaves y la tecnología de apilamiento en seco:

Concentración de relaves: Al optimizar el tipo y la dosis de poliacrilamida, el contenido sólido de la pulpa de relaves puede aumentarse del 20-30% al 45-55%, reduciendo significativamente la capacidad de almacenamiento de agua del estanque de relaves.

Filtración por presión deshidratación: Cuando se utiliza en combinación con poliacrilamida catiónica, puede reducir el contenido de humedad de los pasteles de filtración de relaves en 2 a 5 puntos porcentuales, creando condiciones para el apilamiento en seco de relaves.

Preparación de pasta: La preparación de pasta de relaves de alta concentración depende de poliacrilamida con una estructura específica para lograr un equilibrio entre el adelgazamiento por cizallamiento y el engrosamiento estático.

3.Ajuste de la viscosidad de la pulpa

En el proceso de separación mineral compleja, el poliacrilamida se puede utilizar como un regulador de viscosidad para mejorar las propiedades reológicas de la pulpa:

Reducir la resistencia turbulenta: Una cantidad traza de poliacrilamida (50-100 PPM) puede reducir la resistencia al transporte por tuberías en un 30-70% al inhibir la formación de vórtices turbulentos.

Supresión de la interferencia de lodos finos: Los floculantes selectivos pueden flocular preferentemente los lodos finos de ganga, reduciendo su efecto de "cubierta" sobre los minerales útiles y mejorando la eficiencia de separación.

Control de estabilidad de espuma: En el proceso de flotación, PAM con un peso molecular específico puede ajustar la estabilidad de la capa de espuma, optimizando la ley y la tasa de recuperación del concentrado.

Iv. Selección y Optimización de Procesos de Poliacrilamida

1.Principios de selección

Para diferentes sistemas minerales y enlaces de proceso, la selección de poliacrilamida necesita tener en cuenta múltiples factores:

Puntos clave para seleccionar factores a considerar

Para las propiedades eléctricas de la superficie mineral, se selecciona el tipo aniónico para superficies cargadas positivamente, el tipo catiónico para superficies cargadas negativamente y el tipo no iónico cerca del punto isoeléctrico.

El valor de pH del pulpa de tipo catiónico funciona mejor en condiciones ácidas, mientras que el tipo aniónico es más estable en condiciones alcalinas.

La distribución del tamaño de las partículas: El tamaño de las partículas finas generalmente requiere un peso molecular más alto, mientras que el tamaño de las partículas gruesas puede elegir un peso molecular medio.

Para agua con alto contenido de sal disuelta y alta salinidad, se deben seleccionar productos modificados resistentes a la sal o hidrofóbicos.

Para entornos de alta temperatura, se deben seleccionar productos modificados reticulados o resistentes al calor con buena estabilidad térmica.

2. Utilizar la optimización de parámetros

En aplicaciones prácticas, los parámetros de proceso óptimos deben determinarse a través de pruebas de laboratorio y depuración industrial.

Concentración de preparación: Normalmente 0.1-0.5%. Si es demasiado alta, conducirá a una disolución incompleta; si es demasiado baja, aumentará el volumen del reactivo añadido.

Selección del punto de dosificación: Debe añadirse en el área turbulenta para garantizar una mezcla completa, pero evitar el corte excesivo que podría dañar la estructura molecular.

Control de dosificación: Generalmente, debe estar entre 5 y 200 g/t de mineral seco. Una dosificación excesiva puede llevar a "protección coloidal" e inhibir la floculación en su lugar.

Intensidad de mezcla: Se requiere una mezcla fuerte en la etapa inicial (gradiente de velocidad G>300s⁻¹), y la intensidad de agitación debe reducirse en la etapa posterior (G<50s⁻¹).

3.Tecnología de compounding

Para mejorar el efecto de procesamiento y reducir costos, a menudo se adopta una estrategia de uso compuesto:

Cuando se utiliza en combinación con floculantes inorgánicos: Primero, agregue sales de aluminio/sales de hierro para la neutralización de carga, y luego agregue PAM para la floculación por puente, lo que puede reducir la dosis de floculantes orgánicos en un 30-40%.

Compuesto catiónico y aniónico: El compuesto de PAM catiónico y aniónico en una proporción específica puede formar una estructura de red, que es particularmente adecuada para sistemas de partículas finas pegajosas.

En combinación con tensioactivos: En el tratamiento de relaves de flotación, la adición de tensioactivos no iónicos puede mejorar el rendimiento de adsorción por difusión de PAM.

V. Progreso Tecnológico y Tendencias de Desarrollo

1.Desarrollo de nuevo poliacrilamida

Tipo resistente a altas temperaturas y sal: Al introducir grupos resistentes a altas temperaturas como grupos sulfonicos y grupos hidroxipropílicos, se desarrollan productos adecuados para pulpas de alta temperatura y alta salinidad.

Tipo de respuesta ambiental: sensible al pH, sensible a la temperatura, sensible a REDOX y otros PAM inteligentes, logrando floculación y floculación controlables.

Tipo funcional compuesto: Un agente integrado con múltiples funciones como floculación, inhibición y espumación, simplificando el proceso de procesamiento de minerales.

Tipo biodegradable: Desarrollar floculantes ecológicos modificados a partir de polímeros naturales para reducir la carga ambiental.

2.Aplicar innovación tecnológica

Tecnología de floculación de microinterfaz: Utilizando microburbujas y microgotas de aceite como "Puentes" para mejorar el efecto de floculación selectiva del PAM.

Tecnología de floculación magnética: Combinando nanopartículas magnéticas y PAM para lograr una sedimentación rápida y recuperación magnética.

Tecnología asistida por ultrasonido: Al regular la conformación y el estado de dispersión de las moléculas de PAM a través de ultrasonido, se mejora la eficiencia de utilización.

Optimización de gemelos digitales: Basado en big data y algoritmos de IA, se establece un sistema de gemelos digitales para la dosificación de PAM para lograr un control de optimización en tiempo real.

3.Desarrollo verde y sostenible

Con regulaciones de protección ambiental cada vez más estrictas, la ecologización del poliacrilamida utilizada en el procesamiento de minerales se ha convertido en una dirección de desarrollo importante:

Limpieza de materias primas: Utilizar monómeros de acrilamida de origen biológico para reducir la dependencia de materias primas basadas en petróleo.

Proceso de bajo carbono: Desarrollar procesos de producción verdes como la síntesis a baja temperatura y el secado de bajo consumo energético.

Product harmlessness: Control estricto del contenido de monómeros residuales (≤0.05%) y desarrollar un sistema catalítico de baja toxicidad y libre de metales pesados.

Modelo de economía circular: Investigación sobre la tecnología de reciclaje y regeneración de PAM y exploración de esquemas de uso de reciclaje en circuito cerrado.

Vi. Conclusión

El poliacrilamida, como un agente químico clave en la industria moderna de procesamiento de minerales, su nivel de tecnología de aplicación afecta directamente la eficiencia del procesamiento de minerales, la tasa de utilización de recursos y el rendimiento ambiental. Con la creciente complejidad de los objetos de procesamiento de minerales y la creciente demanda de "cero descarga" de aguas residuales de procesamiento de minerales, los productos de poliacrilamida se están desarrollando rápidamente hacia la especialización, alta eficiencia y sostenibilidad. La futura investigación y desarrollo de poliacrilamida para el procesamiento de minerales debería centrarse en tres direcciones: Primero, el desarrollo de sistemas de floculación dedicados para minerales emergentes como el litio, tierras raras y metales estratégicos; El segundo es profundizar la investigación básica sobre la aplicación de polímeros inteligentes responsivos en el procesamiento de minerales; El tercero es establecer un sistema de evaluación ecológica que cubra todo el ciclo de vida. A través de la innovación colaborativa entre la industria, la academia y la investigación, el valor de aplicación de la poliacrilamida en el campo del procesamiento de minerales se mejora continuamente, proporcionando apoyo técnico para el desarrollo eficiente y sostenible de los recursos minerales.