I. 소개

폴리아크릴아미드(PAM의 약어)는 우수한 응집, 점도 증가 및 항력 감소 특성을 가진 선형 고분자 폴리머로, 광물 가공 산업에서 대체할 수 없는 역할을 합니다. 현대 광물 가공 기술에서 중요한 화학 물질로서, 폴리아크릴아미드는 독특한 분자 구조와 성능 특성을 통해 광물 분리 효율과 폐수 처리 효과를 크게 향상시키며, 광물 가공 과정에서 에너지 소비와 비용을 줄입니다. 점점 더 정교하고 복잡해지는 광물 자원과 환경 보호 요구 사항의 지속적인 개선에 따라, 광물 가공을 위한 폴리아크릴아미드의 연구 및 응용 기술도 끊임없이 혁신하고 있으며, 광물 가공 산업의 지속 가능한 발전을 위한 강력한 지원을 제공합니다.

Ii. 폴리아크릴아미드의 기본 특성

1. 화학 구조 및 분류

폴리아크릴아미드는 아크릴아미드 단량체의 자유 라디칼 중합 반응에 의해 형성된 고분자 화합물입니다. 그 분자 사슬에는 많은 수의 아미드 그룹(-CONH₂)이 포함되어 있으며, 이러한 활성 그룹은 가수분해 또는 화학적 수정을 통해 다양한 성질의 기능성 그룹을 도입할 수 있습니다. 이온 특성에 따라, 광물 처리에 사용되는 폴리아크릴아미드는 주로 세 가지 범주로 분류됩니다:

음이온 폴리아크릴아미드 (APAM) : 카복실산 그룹 (-COO⁻)이 가수분해 또는 공중합을 통해 도입되어 음전하를 띠며, 양전하를 가진 표면을 가진 광물 입자를 처리하는 데 적합합니다.

양이온성 폴리아크릴아마이드 (CPAM) : 4급 암모늄 염과 같은 양이온 그룹을 수정하고 도입함으로써 양전하를 띠며, 주로 유기물 함량이 높은 펄프를 처리하는 데 사용됩니다.

비이온성 폴리아크릴아마이드 (NPAM) : 분자 사슬에 이온성 그룹이 포함되어 있지 않으며, 수소 결합과 반데르발스 힘을 통해 작용하며, 넓은 pH 범위에 적응할 수 있습니다.

2. 물리적 및 화학적 성질

광물 가공용 폴리아크릴아미드는 일반적으로 흰색 과립 또는 분말 형태로 존재하며, 밀도는 약 1.3g/cm³이고, 우수한 수용성과 화학적 안정성을 가지고 있습니다. 분자량 범위는 넓으며(수백만에서 수천만 달톤까지), 다양한 광물 가공 공정의 요구 사항에 따라 맞춤화할 수 있습니다. 폴리아크릴아미드 용액은 뛰어난 점탄성을 가지며, 농도와 분자량이 증가함에 따라 점도가 급격히 증가합니다. 광물 가공 응용에서 폴리아크릴아미드의 용해도와 용액 안정성은 주요 성능 지표입니다. 일반적으로 최상의 적용 효과를 얻기 위해 용해 시간과 온도(일반적인 용해 온도는 60℃를 초과하지 않아야 함)를 조절해야 합니다.

Iii. 광물 가공에서 폴리아크릴아미드의 주요 응용 분야

1. 미네랄 입자 응집 및 침전

광물 가공 기술 흐름에서 폴리아크릴아미드는 농축, 침전 및 여과 과정에서 효율적인 응집제로 널리 사용됩니다. 그 작용 메커니즘은 주로 다음을 포함합니다:

브리징 플록큘레이션: 긴 사슬 폴리머는 여러 활성 사이트를 통해 동시에 여러 광물 입자를 흡착하여 "입자-폴리머-입자" 브리징 구조를 형성합니다.

전하 중화: 전하를 띤 폴리아크릴아마이드 분자는 광물 입자의 표면 전하를 중화시킬 수 있으며, 입자 간의 반발력을 줄이고 응집을 촉진합니다.

넷 캡처 효과: 고분자 사슬이 3차원 네트워크 구조를 형성하여 미세 입자를 기계적으로 포획합니다.

금속 광석(예: 철광석, 구리광석 및 보크사이트)의 분리에서 음이온 폴리아크릴아마이드(anionic polyacrylamide)는 농축물의 침전 속도를 상당히 증가시켜 두꺼운 물질의 처리 능력을 30-50% 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 대규모 철광산이 맞춤형 고분자량 APAM을 채택한 후, 농축 과정에서 언더플로우의 농도가 55%에서 68%로 증가했으며, 오버플로우의 탁도는 50NTU 이하로 감소했습니다.

2. 폐기물 처리 및 탈수

현대 광물 가공 공장은 폐기물 처리에서 심각한 압박을 받고 있습니다. 폴리아크릴아미드는 폐기물 농축 및 건조 적재 기술에서 중요한 역할을 합니다:

Tailings concentration: 폴리아크릴아미드의 종류와 용량을 최적화함으로써, 테일링 슬러리의 고형물 함량을 20-30%에서 45-55%로 증가시킬 수 있으며, 이는 테일링 저수지의 물 저장 용량을 크게 줄입니다.

압력 여과 탈수: 양이온 폴리아크릴아마이드와 함께 사용될 때, 테일링 필터 케이크의 수분 함량을 2에서 5 퍼센트 포인트 줄일 수 있으며, 테일링의 건조 적재를 위한 조건을 만듭니다.

페이스트 준비: 고농도 테일링 페이스트의 준비는 전단 희석과 정적 농도를 균형 있게 유지하기 위해 특정 구조를 가진 폴리아크릴아미드를 사용합니다.

3.펄프 점도 조정

복잡한 광물 분리 과정에서 폴리아크릴아마이드가 점도 조절제로 사용되어 슬러리의 유변학적 특성을 개선할 수 있습니다:

난류 저항 감소: 소량의 폴리아크릴아미드(50-100 PPM)는 난류 소용돌이 형성을 억제하여 파이프라인 운송 저항을 30-70% 감소시킬 수 있습니다.

미세 슬러지 간섭 억제: 선택적 응집제가 광물의 유용한 미네랄에 대한 "덮개" 효과를 줄이고 분리 효율성을 향상시키기 위해 갱구 미세 슬러지를 우선적으로 응집할 수 있습니다.

폼 안정성 제어: 부양 과정에서 특정 분자량을 가진 PAM은 폼 층의 안정성을 조절하여 농축물의 등급과 회수율을 최적화할 수 있습니다.

Iv. 폴리아크릴아미드의 선택 및 공정 최적화

1. 선택 원칙

다양한 광물 시스템 및 프로세스 링크에 대해 폴리아크릴아미드의 선택은 여러 가지 요소를 고려해야 합니다:

선택할 요소를 고려할 때의 주요 사항

광물 표면 전기적 특성에 대해서는 양전하 표면에 대해 음이온 유형이 선택되고, 음전하 표면에 대해 양이온 유형이 선택되며, 등전위점 근처에서는 비이온 유형이 선택됩니다.

양이온형 펄프 pH 값은 산성 조건에서 더 잘 작동하며, 음이온형은 알칼리성 조건에서 더 안정적입니다.

입자 크기 분포: 미세 입자 크기는 일반적으로 더 높은 분자량을 요구하며, 거친 입자 크기는 중간 분자량을 선택할 수 있습니다.

고농도 용해염 및 높은 염분 함량의 물에는 내염 또는 소수성 수정 제품을 선택해야 합니다.

고온 환경에서는 우수한 열 안정성을 가진 가교 또는 내열성 수정 제품을 선택해야 합니다.

2. 매개변수 최적화 사용

실제 응용에서 최적의 프로세스 매개변수는 실험실 테스트와 산업 디버깅을 통해 결정되어야 합니다.

준비 농도: 일반적으로 0.1-0.5%입니다. 농도가 너무 높으면 불완전한 용해로 이어지고; 농도가 너무 낮으면 첨가되는 시약의 부피가 증가합니다.

투여 지점 선택: 철저한 혼합을 보장하기 위해 난류 지역에 추가해야 하지만, 분자 구조를 손상시킬 수 있는 과도한 전단은 피해야 합니다.

복용량 조절: 일반적으로 건조 광석의 경우 5에서 200g/t 사이여야 합니다. 과도한 복용량은 "콜로이드 보호"를 초래할 수 있으며, 대신 응집을 억제할 수 있습니다.

혼합 강도: 초기 단계에서는 강한 혼합이 필요하며 (속도 기울기 G>300s⁻¹), 후반 단계에서는 교반 강도를 줄여야 합니다 (G<50s⁻¹).

3. 복합 기술

처리 효과를 향상시키고 비용을 줄이기 위해, 복합 사용 전략이 종종 채택됩니다:

무기 응집제와 함께 사용될 때: 먼저, 전하 중화를 위해 알루미늄 염/철 염을 추가한 후, 교량 응집을 위해 PAM을 추가합니다. 이를 통해 유기 응집제의 사용량을 30-40% 줄일 수 있습니다.

양이온 및 음이온 혼합: 특정 비율로 양이온 및 음이온 PAM을 혼합하면 네트워크 구조를 형성할 수 있으며, 이는 특히 점성이 있는 미세 입자 시스템에 적합합니다.

In combination with surfactants: 부유물 처리에서 비이온 계면활성제를 추가하면 PAM의 확산 흡착 성능을 향상시킬 수 있습니다.

V. 기술 발전 및 개발 동향

1. 새로운 폴리아크릴아미드 개발

고온 및 염분 저항형: 설폰산 그룹 및 하이드록시프로필 그룹과 같은 고온 저항 그룹을 도입하여 고온 및 고염 펄프에 적합한 제품이 개발됩니다.

환경 반응 유형: pH 민감, 온도 민감, REDOX 민감 및 기타 지능형 PAM, 제어 가능한 응집 및 응집을 달성합니다.

복합 기능형: 응집, 억제 및 발포와 같은 여러 기능을 갖춘 통합 에이전트로, 광물 가공 과정을 단순화합니다.

생분해성 유형: 자연 고분자를 기반으로 수정된 환경 친화적인 응집제를 개발하여 환경 부담을 줄입니다.

2.기술 혁신 적용

마이크로 인터페이스 응집 기술: 마이크로 버블과 마이크로 오일 방울을 "다리"로 활용하여 PAM의 선택적 응집 효과를 향상시킵니다.

자기 응집 기술: 자기 나노입자와 PAM을 결합하여 빠른 침전 및 자기 회수를 달성합니다.

초음파 보조 기술: 초음파를 통해 PAM 분자의 구조와 분산 상태를 조절함으로써 활용 효율성이 향상됩니다.

디지털 트윈 최적화: 빅 데이터와 AI 알고리즘을 기반으로 PAM 투여를 위한 디지털 트윈 시스템이 구축되어 실시간 최적화 제어를 달성합니다.

3.녹색 및 지속 가능한 개발

점점 더 엄격해지는 환경 보호 규제로 인해 광물 가공에 사용되는 폴리아크릴아미드의 친환경화가 중요한 개발 방향이 되었습니다:

원료 청소: 생물 기반 아크릴아마이드 모노머를 사용하여 석유 기반 원료에 대한 의존도를 줄입니다.

저탄소 공정: 저온 합성 및 저에너지 소비 건조와 같은 친환경 생산 공정을 개발합니다.

제품 무해성: 잔여 단량체의 함량(≤0.05%)을 엄격히 관리하고, 저독성 및 중금속이 없는 촉매 시스템을 개발합니다.

순환 경제 모델: PAM의 재활용 및 재생 기술에 대한 연구와 폐쇄형 순환 사용 계획 탐색.

Vi. 결론

폴리아크릴아미드(Polyacrylamide)는 현대 광물 가공 산업에서 핵심 화학 물질로, 그 응용 기술 수준은 광물 가공 효율, 자원 활용률 및 환경 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 광물 가공 대상의 복잡성이 증가하고 "제로 배출"의 광물 가공 폐수에 대한 수요가 높아짐에 따라, 폴리아크릴아미드 제품은 전문화, 고효율 및 친환경성을 향해 빠르게 발전하고 있습니다. 광물 가공을 위한 폴리아크릴아미드의 미래 연구 개발은 세 가지 방향에 집중해야 합니다: 첫째, 리튬, 희토류 및 전략 금속과 같은 신흥 광물에 대한 전용 응집 시스템 개발; 둘째, 광물 가공에서 지능형 반응성 폴리머의 응용에 대한 기초 연구 심화; 셋째, 전체 생애 주기를 포괄하는 환경 친화적 평가 시스템 구축. 산업, 학계 및 연구 간의 협력 혁신을 통해 폴리아크릴아미드의 광물 가공 분야에서의 응용 가치는 지속적으로 향상되며, 광물 자원의 효율적이고 지속 가능한 개발을 위한 기술 지원을 제공합니다.