I. Introdução

O poliacrilamida (PAM, abreviação) é um polímero linear de alta massa molecular com excelentes propriedades de floculação, espessamento e redução de arrasto, e desempenha um papel insubstituível na indústria de processamento mineral. Como um importante agente químico na tecnologia moderna de processamento mineral, a poliacrilamida, através de sua estrutura molecular única e características de desempenho, melhora significativamente a eficiência da separação mineral e o efeito do tratamento de águas residuais, ao mesmo tempo em que reduz o consumo de energia e os custos durante o processamento mineral. Com os recursos minerais cada vez mais refinados e complexos e a contínua melhoria dos requisitos de proteção ambiental, a pesquisa e a tecnologia de aplicação da poliacrilamida para o processamento mineral também estão constantemente inovando, proporcionando um forte suporte para o desenvolvimento sustentável da indústria de processamento mineral.

Ii. Características Básicas do Poliacrilamida

1.Estrutura Química e Classificação

O poliacrilamida é um composto de alta molécula formado pela reação de polimerização por radicais livres de monômeros de acrilamida. Sua cadeia molecular contém um grande número de grupos amida (-CONH₂), e esses grupos ativos podem introduzir grupos funcionais de diferentes propriedades através de hidrólise ou modificação química. De acordo com as características iônicas, o poliacrilamida utilizado no processamento mineral é classificado principalmente em três categorias:

Poliacrilamida aniônica (APAM): Grupos ácidos carboxílicos (-COO⁻) são introduzidos por meio de hidrólise ou copolimerização, carregando uma carga negativa, e são adequados para tratar partículas minerais com uma superfície carregada positivamente.

Poliacrilamida catiônica (CPAM): Ao modificar e introduzir grupos catiônicos, como sais de amônio quaternário, ela carrega uma carga positiva e é principalmente utilizada para tratar polpa com alto teor de matéria orgânica.

Poliacrilamida não iônica (NPAM): Não contém grupos iônicos em sua cadeia molecular e funciona através de ligações de hidrogênio e forças de van der Waals, com uma ampla faixa de pH de adaptabilidade.

2. Propriedades físicas e químicas

O poliacrilamida para processamento mineral geralmente está na forma de grânulos brancos ou pó, com uma densidade de aproximadamente 1,3g/cm³, e possui excelente solubilidade em água e estabilidade química. Sua faixa de peso molecular é ampla (de vários milhões a dezenas de milhões de Daltons), e pode ser personalizada de acordo com os requisitos de diferentes processos de processamento mineral. A solução de poliacrilamida possui notável viscoelasticidade, e sua viscosidade aumenta acentuadamente com o aumento da concentração e do peso molecular. Em aplicações de processamento mineral, a solubilidade e a estabilidade da solução de poliacrilamida são indicadores-chave de desempenho. Geralmente, é necessário controlar o tempo de dissolução e a temperatura (a temperatura de dissolução geral não deve exceder 60℃) para alcançar o melhor efeito de aplicação.

Iii. Principais Aplicações do Poliacrilamida no Processamento Mineral

1.Floculação e sedimentação de partículas minerais

No fluxo da tecnologia de processamento mineral, o poliacrilamida é amplamente utilizado como um floculante eficiente nos processos de concentração, sedimentação e filtração. Seu mecanismo de ação inclui principalmente:

Floculação de ligação: Polímeros de cadeia longa adsorvem simultaneamente múltiplas partículas minerais através de múltiplos locais ativos, formando uma estrutura de ligação "partícula-polímero-partícula".

Neutralização de carga: Moléculas de poliacrilamida carregadas podem neutralizar as cargas superficiais das partículas minerais, reduzir a força repulsiva entre as partículas e promover a agregação.

Efeito de captura de rede: As cadeias poliméricas formam uma estrutura de rede tridimensional, capturando mecanicamente partículas finas.

Na separação de minérios metálicos, como minério de ferro, minério de cobre e bauxita, o poliacrilamida aniônica pode aumentar significativamente a taxa de sedimentação do concentrado, aumentando assim a capacidade de processamento do espessador em 30-50%. Por exemplo, após uma grande mina de ferro adotar APAM de alto peso molecular personalizado, a concentração do subfluxo durante a concentração aumentou de 55% para 68%, enquanto a turbidez do efluente diminuiu para abaixo de 50NTU.

2.Tratamento e desaguamento de rejeitos

As plantas modernas de processamento mineral estão enfrentando uma pressão severa no tratamento de rejeitos. O poliacrilamida desempenha um papel fundamental na concentração de rejeitos e na tecnologia de empilhamento a seco:

Concentração de rejeitos: Ao otimizar o tipo e a dosagem de poliacrilamida, o teor sólido da polpa de rejeitos pode ser aumentado de 20-30% para 45-55%, reduzindo significativamente a capacidade de armazenamento de água da barragem de rejeitos.

Filtração por pressão desaguamento: Quando utilizado em combinação com poliacrilamida catiônica, pode reduzir o teor de umidade dos bolos de filtro de rejeitos em 2 a 5 pontos percentuais, criando condições para empilhamento a seco de rejeitos.

Preparação da pasta: A preparação de pasta de rejeitos de alta concentração depende de poliacrilamida com uma estrutura específica para alcançar um equilíbrio entre afinamento por cisalhamento e espessamento estático.

3.Ajuste da viscosidade da polpa

No processo de separação mineral complexa, o poliacrilamida pode ser usado como um regulador de viscosidade para melhorar as propriedades reológicas da polpa:

Reduzindo a resistência turbulenta: Uma quantidade traço de poliacrilamida (50-100 PPM) pode reduzir a resistência ao transporte por pipeline em 30-70% ao inibir a formação de vórtices turbulentos.

Supressão da interferência de lodo fino: Floculantes seletivos podem flocular preferencialmente lodo fino de ganga, reduzindo seu efeito de "cobertura" sobre minerais úteis e melhorando a eficiência de separação.

Controle de estabilidade da espuma: No processo de flotação, o PAM com um peso molecular específico pode ajustar a estabilidade da camada de espuma, otimizando o grau e a taxa de recuperação do concentrado.

Iv. Seleção e Otimização de Processos de Poliacrilamida

1.Princípios de seleção

Para diferentes sistemas minerais e links de processo, a seleção de poliacrilamida precisa levar em conta múltiplos fatores:

Pontos-chave para selecionar fatores a considerar

Para propriedades elétricas de superfície mineral, o tipo aniônico é selecionado para superfícies carregadas positivamente, o tipo catiônico para superfícies carregadas negativamente e o tipo não iônico próximo ao ponto isoelétrico.

O valor de pH do tipo catiónico de polpa funciona melhor em condições ácidas, enquanto o tipo aniônico é mais estável em condições alcalinas.

A distribuição do tamanho das partículas: O tamanho de partículas finas geralmente requer um peso molecular mais alto, enquanto o tamanho de partículas grossas pode escolher um peso molecular médio.

Para água com alto teor de sal dissolvido e alta salinidade, devem ser selecionados produtos modificados resistentes ao sal ou hidrofóbicos.

Para ambientes de alta temperatura, devem ser selecionados produtos reticulados ou modificados resistentes ao calor com boa estabilidade térmica.

2. Use otimização de parâmetros

Em aplicações práticas, os parâmetros de processo ideais precisam ser determinados por meio de testes laboratoriais e depuração industrial.

Concentração de preparação: Normalmente 0,1-0,5%. Se for muito alta, levará a uma dissolução incompleta; se for muito baixa, aumentará o volume do reagente adicionado.

Seleção do ponto de dosagem: Deve ser adicionado na área turbulenta para garantir uma mistura completa, mas evitar cisalhamentos excessivos que possam danificar a estrutura molecular.

Controle de dosagem: Geralmente, deve estar entre 5 e 200g/t de minério seco. Dosagem excessiva pode levar à "proteção coloidal" e, em vez disso, inibir a floculação.

Intensidade de mistura: Uma mistura forte é necessária na fase inicial (gradiente de velocidade G>300s⁻¹), e a intensidade de agitação deve ser reduzida na fase posterior (G<50s⁻¹).

3.Tecnologia de compostagem

Para melhorar o efeito de processamento e reduzir custos, uma estratégia de uso de compostos é frequentemente adotada:

Quando usado em combinação com floculantes inorgânicos: Primeiro, adicione sais de alumínio/sais de ferro para neutralização de carga e, em seguida, adicione PAM para floculação por ponte, o que pode reduzir a dosagem de floculantes orgânicos em 30-40%.

Compounding catiônico e aniônico: A mistura de PAM catiônico e aniônico em uma proporção específica pode formar uma estrutura de rede, que é particularmente adequada para sistemas de partículas finas pegajosas.

Em combinação com surfactantes: No tratamento de rejeitos de flotação, a adição de surfactantes não iônicos pode melhorar o desempenho de adsorção por difusão do PAM.

V. Progresso Tecnológico e Tendências de Desenvolvimento

1.Desenvolvimento de novo poliacrilamida

Tipo resistente a altas temperaturas e sal: Ao introduzir grupos resistentes a altas temperaturas, como grupos sulfonicos e grupos hidroxipropílicos, são desenvolvidos produtos adequados para polpas de alta temperatura e alto sal.

Tipo de resposta ambiental: sensível ao pH, sensível à temperatura, sensível ao REDOX e outros PAM inteligentes, alcançando floculação controlável e floculação.

Tipo funcional composto: Um agente integrado com múltiplas funções, como floculação, inibição e formação de espuma, simplificando o processo de beneficiamento mineral.

Tipo biodegradável: Desenvolver floculantes ecológicos modificados com base em polímeros naturais para reduzir a carga ambiental.

2.Aplicar inovação tecnológica

Tecnologia de floculação por microinterface: Utilizando micro-bolhas e micro-gotas de óleo como "Pontes" para melhorar o efeito de floculação seletiva do PAM.

Tecnologia de floculação magnética: Combinando nanopartículas magnéticas e PAM para alcançar sedimentação rápida e recuperação magnética.

Tecnologia assistida por ultrassom: Ao regular a conformação e o estado de dispersão das moléculas de PAM por meio de ultrassom, a eficiência de utilização é melhorada.

Otimização de gêmeos digitais: Com base em big data e algoritmos de IA, um sistema de gêmeo digital para dosagem de PAM é estabelecido para alcançar controle de otimização em tempo real.

3.Desenvolvimento verde e sustentável

Com regulamentos de proteção ambiental cada vez mais rigorosos, a "verde" do poliacrilamida utilizada no processamento mineral tornou-se uma importante direção de desenvolvimento:

Limpeza de matéria-prima: Use monômeros de acrilamida à base de biocombustíveis para reduzir a dependência de matérias-primas à base de petróleo.

Processo de baixo carbono: Desenvolver processos de produção verdes, como síntese a baixa temperatura e secagem de baixo consumo de energia.

Product harmlessness: Controlar rigorosamente o conteúdo de monômeros residuais (≤0,05%) e desenvolver um sistema catalítico de baixa toxicidade e livre de metais pesados.

Modelo de economia circular: Pesquisa sobre a tecnologia de reciclagem e regeneração de PAM e exploração de esquemas de uso de reciclagem em ciclo fechado.

Vi. Conclusão

O poliacrilamida, como um agente químico chave na moderna indústria de processamento mineral, seu nível de tecnologia de aplicação afeta diretamente a eficiência do processamento mineral, a taxa de utilização de recursos e o desempenho ambiental. Com a crescente complexidade dos objetos de processamento mineral e a demanda crescente por "zero descarte" de águas residuais do processamento mineral, os produtos de poliacrilamida estão se desenvolvendo rapidamente em direção à especialização, alta eficiência e sustentabilidade. A pesquisa e desenvolvimento futuros de poliacrilamida para processamento mineral devem se concentrar em três direções: Primeiro, o desenvolvimento de sistemas de floculação dedicados para minerais emergentes, como lítio, terras raras e metais estratégicos; O segundo é aprofundar a pesquisa básica sobre a aplicação de polímeros responsivos inteligentes no processamento mineral; O terceiro é estabelecer um sistema de avaliação ambientalmente amigável que cubra todo o ciclo de vida. Através da inovação colaborativa entre indústria, academia e pesquisa, o valor de aplicação da poliacrilamida no campo do processamento mineral é continuamente aprimorado, fornecendo suporte técnico para o desenvolvimento eficiente e sustentável de recursos minerais.