I. Introduction

Le polyacrylamide (PAM en abrégé) est un polymère linéaire à haute molécule avec d'excellentes propriétés de floculation, d'épaississement et de réduction de traînée, et joue un rôle irremplaçable dans l'industrie du traitement des minéraux. En tant qu'agent chimique important dans la technologie moderne de traitement des minéraux, le polyacrylamide, grâce à sa structure moléculaire unique et à ses caractéristiques de performance, améliore considérablement l'efficacité de la séparation des minéraux et l'effet du traitement des eaux usées, tout en réduisant la consommation d'énergie et les coûts lors du traitement des minéraux. Avec des ressources minérales de plus en plus raffinées et complexes et l'amélioration continue des exigences en matière de protection de l'environnement, la recherche et la technologie d'application du polyacrylamide pour le traitement des minéraux innovent également constamment, fournissant un soutien solide au développement durable de l'industrie du traitement des minéraux.

Ii. Caractéristiques de base du polyacrylamide

1. Structure chimique et classification

Le polyacrylamide est un composé à haute molécule formé par la réaction de polymérisation par radical libre des monomères d'acrylamide. Sa chaîne moléculaire contient un grand nombre de groupes amides (-CONH₂), et ces groupes actifs peuvent introduire des groupes fonctionnels de propriétés différentes par hydrolyse ou modification chimique. Selon les caractéristiques ioniques, le polyacrylamide utilisé dans le traitement des minéraux est principalement classé en trois catégories :

Polyacrylamide anionique (APAM) : Des groupes acides carboxyliques (-COO⁻) sont introduits par hydrolyse ou copolymérisation, portant une charge négative, et sont adaptés au traitement des particules minérales ayant une surface chargée positivement.

Polyacrylamide cationique (CPAM) : En modifiant et en introduisant des groupes cationiques tels que des sels d'ammonium quaternaire, il porte une charge positive et est principalement utilisé pour traiter la pâte avec une teneur élevée en matière organique.

Polyacrylamide non ionique (NPAM) : Il ne contient pas de groupes ioniques dans sa chaîne moléculaire et fonctionne par l'intermédiaire de liaisons hydrogène et de forces de van der Waals, avec une large plage de pH d'adaptabilité.

2.Propriétés physiques et chimiques

Le polyacrylamide pour le traitement des minéraux se présente généralement sous forme de granulés ou de poudre blanche, avec une densité d'environ 1,3 g/cm³, et il possède une excellente solubilité dans l'eau et une stabilité chimique. Sa plage de poids moléculaire est large (de plusieurs millions à des dizaines de millions de Daltons), et il peut être personnalisé en fonction des exigences des différents processus de traitement des minéraux. La solution de polyacrylamide présente une remarquable viscosité élastique, et sa viscosité augmente fortement avec l'augmentation de la concentration et du poids moléculaire. Dans les applications de traitement des minéraux, la solubilité et la stabilité de la solution de polyacrylamide sont des indicateurs de performance clés. En général, il est nécessaire de contrôler le temps de dissolution et la température (la température de dissolution générale ne doit pas dépasser 60℃) pour obtenir le meilleur effet d'application.

Iii. Principales applications du polyacrylamide dans le traitement des minéraux

1.Floculation et sédimentation des particules minérales

Dans le flux de technologie de traitement minéral, le polyacrylamide est largement utilisé comme floculant efficace dans les processus de concentration, de sédimentation et de filtration. Son mécanisme d'action comprend principalement :

Floculation de pontage : Les polymères à longues chaînes adsorbent simultanément plusieurs particules minérales à travers plusieurs sites actifs, formant une structure de pontage "particule-polymère-particule".

Neutralisation de charge : Les molécules de polyacrylamide chargées peuvent neutraliser les charges de surface des particules minérales, réduire la force de répulsion entre les particules et favoriser l'agrégation.

Effet de capture net : Les chaînes polymères forment une structure en réseau tridimensionnelle, capturant mécaniquement les particules fines.

Dans la séparation des minerais métalliques tels que le minerai de fer, le minerai de cuivre et la bauxite, le polyacrylamide anionique peut augmenter de manière significative le taux de sédimentation du concentré, améliorant ainsi la capacité de traitement de l'épaississeur de 30 à 50 %. Par exemple, après qu'une grande mine de fer ait adopté un APAM personnalisé à haute masse moléculaire, la concentration du sous-flux pendant la concentration est passée de 55 % à 68 %, tandis que la turbidité du sur-flux a diminué à moins de 50 NTU.

2. Traitement des résidus et déshydratation

Les usines modernes de traitement des minéraux font face à une pression sévère dans le traitement des résidus. Le polyacrylamide joue un rôle clé dans la concentration des résidus et la technologie de stockage à sec :

Concentration des résidus : En optimisant le type et la dose de polyacrylamide, la teneur en solides de la boue de résidus peut être augmentée de 20-30 % à 45-55 %, réduisant ainsi considérablement la capacité de stockage d'eau du bassin de résidus.

Filtration sous pression déshydratation : Lorsqu'il est utilisé en combinaison avec du polyacrylamide cationique, il peut réduire la teneur en humidité des gâteaux de filtration des résidus de 2 à 5 points de pourcentage, créant ainsi des conditions pour l'empilement à sec des résidus.

Préparation de la pâte : La préparation de pâte de résidus à haute concentration repose sur le polyacrylamide avec une structure spécifique pour atteindre un équilibre entre l'amincissement par cisaillement et l'épaississement statique.

3.Ajustement de la viscosité de la pulpe

Dans le processus de séparation minérale complexe, le polyacrylamide peut être utilisé comme régulateur de viscosité pour améliorer les propriétés rhéologiques de la pulpe :

Réduction de la résistance turbulente : Une faible quantité de polyacrylamide (50-100 PPM) peut réduire la résistance au transport par pipeline de 30 à 70 % en inhibant la formation de tourbillons turbulents.

Suppression de l'interférence des boues fines : Les floculants sélectifs peuvent floculer préférentiellement les boues fines de gangue, réduisant son effet de "couvrement" sur les minéraux utiles et améliorant l'efficacité de séparation.

Contrôle de la stabilité de la mousse : Dans le processus de flottation, le PAM avec un poids moléculaire spécifique peut ajuster la stabilité de la couche de mousse, optimisant la teneur et le taux de récupération du concentré.

Iv. Sélection et optimisation du processus de polyacrylamide

1.Principes de sélection

Pour différents systèmes minéraux et liens de processus, la sélection du polyacrylamide doit prendre en compte plusieurs facteurs :

Points clés pour sélectionner les facteurs à considérer

Pour les propriétés électriques de surface minérale, le type anionique est sélectionné pour les surfaces chargées positivement, le type cationique pour les surfaces chargées négativement, et le type non ionique près du point isoélectrique.

Le type cationique de la valeur de pH de la pâte fonctionne mieux dans des conditions acides, tandis que le type anionique est plus stable dans des conditions alcalines.

La distribution de la taille des particules : La taille des particules fines nécessite généralement un poids moléculaire plus élevé, tandis que la taille des particules grossières peut choisir un poids moléculaire moyen.

Pour l'eau avec une forte teneur en sels dissous et une haute salinité, des produits modifiés résistants au sel ou hydrophobes doivent être sélectionnés.

Pour les environnements à haute température, des produits modifiés réticulés ou résistants à la chaleur avec une bonne stabilité thermique doivent être sélectionnés.

2. Utilisez l'optimisation des paramètres

Dans les applications pratiques, les paramètres de processus optimaux doivent être déterminés par des tests en laboratoire et un débogage industriel.

Concentration de préparation : Généralement 0,1-0,5 %. Si elle est trop élevée, cela entraînera une dissolution incomplète ; si elle est trop basse, cela augmentera le volume du réactif ajouté.

Sélection du point de dosage : Il doit être ajouté dans la zone turbulente pour garantir un mélange complet, mais éviter un cisaillement excessif qui pourrait endommager la structure moléculaire.

Contrôle de dosage : En général, il devrait être compris entre 5 et 200 g/t de minerai sec. Un dosage excessif peut entraîner une "protection colloïdale" et inhiber la floculation à la place.

Intensité de mélange : Un mélange fort est requis au stade initial (gradient de vitesse G>300s⁻¹), et l'intensité de brassage doit être réduite au stade ultérieur (G<50s⁻¹).

3. Technologie de composition

Pour améliorer l'effet de traitement et réduire les coûts, une stratégie d'utilisation par combinaison est souvent adoptée :

Lorsqu'il est utilisé en combinaison avec des floculants inorganiques : Tout d'abord, ajouter des sels d'aluminium/sels de fer pour la neutralisation de charge, puis ajouter du PAM pour la floculation par pontage, ce qui peut réduire le dosage de floculants organiques de 30 à 40 %.

Cationique et anionique : Le mélange de PAM cationique et anionique dans une proportion spécifique peut former une structure en réseau, qui est particulièrement adaptée aux systèmes de particules fines collantes.

En combinaison avec des tensioactifs : Dans le traitement des résidus de flottation, l'ajout de tensioactifs non ioniques peut améliorer la performance d'adsorption par diffusion du PAM.

V. Progrès technologique et tendances de développement

1.Développement de nouveaux polyacrylamides

Type résistant aux hautes températures et au sel : En introduisant des groupes résistants aux hautes températures tels que des groupes sulfoniques et des groupes hydroxypropyles, des produits adaptés aux pulpes à haute température et à haute salinité sont développés.

Type de réponse environnementale : sensible au pH, sensible à la température, sensible au REDOX et autres PAM intelligents, permettant d'atteindre une floculation et une floculation contrôlables.

Type fonctionnel composé : Un agent intégré avec plusieurs fonctions telles que la floculation, l'inhibition et la mousse, simplifiant le processus de traitement des minéraux.

Type biodégradable : Développer des floculants écologiques modifiés à partir de polymères naturels pour réduire la charge environnementale.

2.Appliquer l'innovation technologique

Technologie de floculation par micro-interface : Utilisation de micro-bulles et de micro-gouttelettes d'huile comme "Ponts" pour améliorer l'effet de floculation sélective du PAM.

Technologie de floculation magnétique : Combinaison de nanoparticules magnétiques et de PAM pour obtenir une sédimentation rapide et une récupération magnétique.

Technologie assistée par ultrasons : En régulant la conformation et l'état de dispersion des molécules de PAM par ultrasons, l'efficacité d'utilisation est améliorée.

Optimisation du jumeau numérique : Basé sur les big data et les algorithmes d'IA, un système de jumeau numérique pour le dosage PAM est établi pour atteindre un contrôle d'optimisation en temps réel.

3.Développement vert et durable

Avec des réglementations de protection de l'environnement de plus en plus strictes, le verdissement du polyacrylamide utilisé dans le traitement des minéraux est devenu une direction de développement importante :

Nettoyage des matières premières : Utiliser des monomères d'acrylamide biosourcés pour réduire la dépendance aux matières premières pétrolières.

Processus bas carbone : Développer des processus de production verts tels que la synthèse à basse température et le séchage à faible consommation d'énergie.

Harmfulness du produit : Contrôler strictement le contenu des monomères résiduels (≤0,05 %) et développer un système catalytique à faible toxicité et sans métaux lourds.

Modèle d'économie circulaire : Recherche sur la technologie de recyclage et de régénération du PAM et exploration des schémas d'utilisation du recyclage en boucle fermée.

Vi. Conclusion

Le polyacrylamide, en tant qu'agent chimique clé dans l'industrie moderne du traitement des minéraux, son niveau de technologie d'application affecte directement l'efficacité du traitement des minéraux, le taux d'utilisation des ressources et la performance environnementale. Avec la complexité croissante des objets de traitement des minéraux et la demande croissante pour un "zéro décharge" des eaux usées du traitement des minéraux, les produits de polyacrylamide se développent rapidement vers la spécialisation, l'efficacité élevée et l'écologie. La recherche et le développement futurs du polyacrylamide pour le traitement des minéraux devraient se concentrer sur trois directions : Premièrement, le développement de systèmes de floculation dédiés pour les minéraux émergents tels que le lithium, les terres rares et les métaux stratégiques ; Deuxièmement, approfondir la recherche fondamentale sur l'application des polymères intelligents réactifs dans le traitement des minéraux ; Troisièmement, établir un système d'évaluation respectueux de l'environnement couvrant l'ensemble du cycle de vie. Grâce à l'innovation collaborative entre l'industrie, le monde académique et la recherche, la valeur d'application du polyacrylamide dans le domaine du traitement des minéraux est continuellement renforcée, fournissant un soutien technique pour le développement efficace et durable des ressources minérales.