聚丙烯酰胺在礦冶領(lǐng)域的應(yīng)用：

近年來有色金屬行業(yè)認(rèn)真貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和各項(xiàng)宏觀調(diào)控政策，積極發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的作用，努力化解經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的突出矛盾和問題，積極推動(dòng)有色金屬工業(yè)又好又快發(fā)展。2007年，10種常用有色金屬產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)到2360萬t，連續(xù)6年位居世界前列。我國有色金屬行業(yè)的整體實(shí)力和在國際市場(chǎng)的影響力、競(jìng)爭力及抗風(fēng)險(xiǎn)能力日趨增強(qiáng)，我國有色金屬生產(chǎn)及消費(fèi)大國的地位正越來越引起國際同行業(yè)的關(guān)注。

在國外，聚丙烯酰胺在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用比較普遍，我國的應(yīng)用是在近年礦產(chǎn)資源的大力開發(fā)過程中、在國家對(duì)節(jié)能減排措施日益加強(qiáng)的情況下，有色金屬工業(yè)尋求技術(shù)進(jìn)步和科技創(chuàng)新、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保持快速、平穩(wěn)、健康發(fā)展的過程中逐步發(fā)展起來。聚丙烯酰胺在礦業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，給這一領(lǐng)域帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)效益，聚丙烯酰胺在這一領(lǐng)域的使用量正在逐步增加，應(yīng)用前景非常廣闊。

概述

在礦業(yè)領(lǐng)域聚丙烯酰胺的應(yīng)用主要涉及到采礦、選礦、冶金等礦物加工過程。在這些過程中需要使用大量的水，需要從水溶液中有效分離出固體礦物。使用適當(dāng)劑型、適當(dāng)用量的水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺，可以加速細(xì)粒物料的濃縮和提高過濾效率，從而達(dá)到很高的分離效果和提高設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少有用礦物的流失、提高產(chǎn)率，加快尾礦廢水的回用等目的。隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用縱深發(fā)展，如何提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、降低消耗、較大限度地利用有限的礦產(chǎn)資源，減少浪費(fèi)已經(jīng)成為目前礦業(yè)領(lǐng)域追求的目標(biāo)。聚丙烯酰胺在這一領(lǐng)域的合理應(yīng)用很大地推動(dòng)了礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)利用。

聚丙烯酰胺產(chǎn)品作為礦冶生產(chǎn)中助凝劑、絮凝劑、脫水劑，廣泛應(yīng)用于采礦、選礦、礦冶污水處理、礦泥脫水處理等過程。目前已經(jīng)成功應(yīng)用于鐵礦、銅礦、金銀礦、鉬礦、釩鈾礦等行業(yè)礦冶領(lǐng)域，包括煤礦、銅礦、金礦、鋁礦等的選礦；氧化鎂、鋅、鋼鐵、鋁冶煉廢水的處理；部分有色金屬濕法冶煉和稀土元素的提取過程中也發(fā)揮著重要的作用。

鈾礦提取是聚丙烯酰胺較早的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，用酸或磺酸鹽溶液瀝取鈾礦石時(shí)，在瀝取物的濃縮和過濾中，添加聚丙烯酰胺處理非常有效。隨著礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)，聚丙烯酰胺在礦業(yè)領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。

作用機(jī)理及功能

聚丙烯酰胺在礦冶領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)理主要是基于聚丙烯酰胺的酰胺基（一CONH₂）可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵。高分子量的聚丙烯酰胺在被吸附的粒子間形成橋聯(lián)，使數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)粒子連在一起，生成絮團(tuán)，加速粒子下沉，這使它成為較理想的絮凝劑。陰離子型、陽離子型和兩性型聚丙烯酰胺除了有以上作用外，還能同水中的膠體粒子或離子發(fā)生吸附、架橋及電性中和作用，形成較大的絮凝物，使懸浮物沉降或浮上，從而達(dá)到礦物細(xì)顆粒和水有效分離的目的。

在礦冶領(lǐng)域的應(yīng)用

1、在礦物加工過程中的應(yīng)用

采礦過程中，通常使用大量水，最后常需回收水中的有用固體，并將廢水凈化回收使用。應(yīng)用聚丙烯酰胺絮凝，可促進(jìn)團(tuán)粒下沉、液體澄清和泥餅脫水，從而可提高生產(chǎn)效率，減少尾礦流失和水消耗，降低設(shè)備投資和加工成本，并避免環(huán)境污染。

目前聚丙烯酰胺已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金、銀、銅、鋁、鉛、鋅等選礦領(lǐng)域。在這些過程中需要使用大量的水，從水溶液中有效分離出礦物固體，使用聚丙烯酰胺作絮凝劑或助濾劑。適當(dāng)劑型、適當(dāng)用量的聚丙烯酰胺可促使有用的固體礦物很快下沉，因此濃密機(jī)得以在大量礦物處理過程的精礦和尾礦系統(tǒng)應(yīng)用，聚丙烯酰胺的使用能夠加速細(xì)粒物料的濃縮和提高過濾效率，從而提高了礦物和水的分離效果、提高生產(chǎn)效率、減少尾礦流失和降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

下面通過某選礦廠在精礦和尾礦系統(tǒng)中絮凝劑的選型試驗(yàn)，來說明聚丙烯酰胺絮凝劑在礦物加工過程中的應(yīng)用。某選礦廠尾礦系統(tǒng)絮凝劑的選礦試驗(yàn)：

（1）絮凝劑的選型試驗(yàn)

將現(xiàn)場(chǎng)取回的尾礦漿加入500mL容器中，根據(jù)工業(yè)應(yīng)用常用量50g/t干泥量，依次加入絮凝劑溶液，記錄不同時(shí)間礦泥下沉刻度，觀察上清液澄清度等試驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)果如表1。

表1 絮凝劑選型試驗(yàn)結(jié)果

藥劑序號(hào)	藥劑用量	礦泥下沉刻度/mL		上清液澄清度對(duì)比
		10min	20min
1#	50g/t干泥量	304	272	3#＞2#＞1#＞4#
2#		340	300
3#		270	245
4#		400	342
空白	/	430	380	混濁

依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象及試驗(yàn)結(jié)果，在該試驗(yàn)中3#絮凝劑絮凝效果好，沉降速率快，因此在該系統(tǒng)中可以選擇3#絮凝劑在濃密機(jī)模擬裝置上進(jìn)行較佳用量的選擇試驗(yàn)。

（2）絮凝劑較佳用量試驗(yàn)

將現(xiàn)場(chǎng)取尾礦漿加入濃密機(jī)模擬裝置，加入絮凝劑，開始以秒表準(zhǔn)確記錄礦泥刻度與時(shí)間的對(duì)應(yīng)值，得到不同絮凝劑用量下礦泥的沉降速度，作沉降速率-時(shí)間曲線如圖1。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及工藝設(shè)計(jì)要求，選取能達(dá)到生產(chǎn)要求的絮凝劑用量，即可進(jìn)行濃密機(jī)中的工業(yè)試驗(yàn)，最終得到合理的使用量。絮凝劑在精礦沉降過程中的選型過程與尾礦類似。根據(jù)礦物所處的介質(zhì)不同，聚丙烯酰胺在礦物加工領(lǐng)域的使用量在10-200mg/t干泥量之間。

通過大量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)可以看出，聚丙烯酰胺絮凝劑的加入可以明顯加快礦物細(xì)顆粒和水的分離速度，明顯提高上清液的澄清度，達(dá)到很高的分離效果和提高設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少有用礦物的流失、提高產(chǎn)率，加快尾礦廢水的回用等。

2、在部分有色金屬冶煉過程中的應(yīng)用

金屬的冶煉采用火法和濕法兩種冶煉方法。濕法冶煉需要在pH值范圍變化較大、溫度較高的溶液中分離出細(xì)顆粒礦物，經(jīng)過大量實(shí)踐證明，適當(dāng)劑型的聚丙烯酰胺在部分金屬的濕法冶煉過程中合理應(yīng)用，可以達(dá)到令人滿意的分離效果。例如，適當(dāng)劑型的聚丙烯酰胺應(yīng)用于鉛鋅濕法冶金煉過程中，能促進(jìn)漿液的快速沉降和澄清，使澄清溢流液澄清度好，固含量低，滿足生產(chǎn)需要。目前，國內(nèi)絕大部分鋅冶煉企業(yè)采用“焙燒-低酸浸出-電積，揮發(fā)窯處理浸出渣”的濕法煉鋅工藝。聚丙烯酰胺絮凝劑應(yīng)用于濕法煉鋅行業(yè)，能夠有效增強(qiáng)脫除雜質(zhì)能力、提升最終產(chǎn)品質(zhì)量、降低原輔材料和能源消耗、提高金屬回收率、便于有價(jià)金屬的綜合回收，是我國目前新建濕法煉鋅企業(yè)的主流生產(chǎn)方式。圖2為濕法煉鋅工藝低酸浸出工序中聚丙烯酰胺絮凝劑的使用示例。

聚丙烯酰胺絮凝劑應(yīng)用于濕法煉鋅行業(yè)，解決了我國鋅冶煉工業(yè)普遍存在的因工藝原因?qū)е碌馁Y源綜合利用低的問題，提高了我國鋅資源綜合利用率，為促進(jìn)我國鋅冶煉工藝的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)起到積極作用。

3、在氧化鋁生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

在氧化鋁生產(chǎn)赤泥沉降中，聚丙烯酰胺作為一類較廣泛的絮凝劑從20世紀(jì)80年代起就開始有應(yīng)用。在拜耳法、燒結(jié)法或聯(lián)合法處理一水硬鋁石、三水鋁石或混合型鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)工藝過程中，溶出后的赤泥漿液是一種由鋁酸鈉溶液和不同粒級(jí)的赤泥顆粒組成的分散物系，即赤泥懸浮液。這種懸浮液只有通過沉降分離，葉濾機(jī)過濾才能得到滿足分解條件的鋁酸鈉溶液，最終分解出品質(zhì)較高的氧化鋁產(chǎn)品。

氧化鋁行業(yè)中需要將浸出的漿液迅速進(jìn)行固液分離，而漿液中穩(wěn)定的分散著大量帶正電荷的懸浮粒子，沉降速度慢，直接影響濃密機(jī)濃縮溢流操作，加入適當(dāng)劑型的聚丙烯酰胺絮凝劑可使懸浮粒子電性中和，微顆粒絮成大團(tuán)，而促進(jìn)快速沉降和得到符合要求的溢流清液，滿足生產(chǎn)需要。

聚丙烯酰胺絮凝劑在堿石灰燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用如下：氧化鋁生產(chǎn)中合成高分子絮凝劑的應(yīng)用較為普遍。合成高分子絮凝劑與赤泥易形成多點(diǎn)吸附，這緣于赤泥中非平衡態(tài)的固體表面有陽離子，而絮凝劑中羥基、羧基等水解后產(chǎn)生的陰離子能形成較強(qiáng)的作用力，絮凝劑與赤泥產(chǎn)生吸附后，形成絮團(tuán)，通過重力場(chǎng)的作用進(jìn)行沉降，達(dá)到液固分離的目的。

4、在稀土元素制備過程中的應(yīng)用

稀土元素具有豐富的物理化學(xué)性質(zhì)，它的用途較為廣泛，可用于醫(yī)療領(lǐng)域、陶瓷領(lǐng)域、農(nóng)用領(lǐng)域、永磁體領(lǐng)域、玻璃領(lǐng)域等等。此外，稀土元素還具有豐富的光學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)特性，在新材料領(lǐng)域，得到了廣泛應(yīng)用。在高技術(shù)領(lǐng)域，稀土新材料發(fā)揮著重要的作用。應(yīng)用稀土可生產(chǎn)熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲(chǔ)氫材料、催化材料、陶瓷材料、激光材料、超導(dǎo)材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲(chǔ)材料、光導(dǎo)纖維材料等。

溶劑萃取和離子交換是目前分離稀土的較好方法。稀土元素的制備是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，首先利用化學(xué)處理從氟碳鑭礦或獨(dú)居石中獲得稀土氯化物或氧化物的混合物，然后再進(jìn)行單一稀土元素的分離和提取，主要方法有溶劑萃取法。利用稀土元素在水和有機(jī)溶劑中分配的不同，將稀土的鹽類與有機(jī)相及水相多次接觸，不斷地進(jìn)行再分配而將它們一一分離。在這個(gè)過程中部分伴生的金屬元素難以通過上述方法完全除去，因此造成產(chǎn)品純度低，影響稀土元素的應(yīng)用效果。在生產(chǎn)過程中根據(jù)部分工藝條件的變更，添加其他助劑使少量雜質(zhì)形成少量細(xì)小顆粒，加人適當(dāng)劑型、適當(dāng)用量的聚丙烯酰胺使少量雜質(zhì)細(xì)小顆粒絮凝、分離除去，達(dá)到純化稀土元素的目的。

5、鈦白粉行業(yè)的應(yīng)用

鈦白粉的生產(chǎn)工藝中，也要使用絮凝劑將浸出的鈦液進(jìn)行沉降。鈦白粉的生產(chǎn)工藝的沉降過程中，酸解浸取、還原以后的體系是一個(gè)復(fù)雜的體系，含有可溶性雜質(zhì)和不溶性的雜質(zhì)。鐵、釩、鉻、錳等金屬的硫酸鹽為可溶性的雜質(zhì)，在結(jié)晶或水解、水洗的過程中除去。不溶性雜質(zhì)中的大多數(shù)，如未分解的鈦礦、沙粒等靠重力的作用可以自然沉降除掉。不溶性雜質(zhì)中的另一部分是硅和鋁的膠體化合物，以及一些早期水解了的鈦，雖然數(shù)量并不大，但具有很高的動(dòng)力穩(wěn)定性，需要加入適當(dāng)劑型的聚丙烯酰胺絮凝劑，強(qiáng)化沉降澄清過程。在鈦白粉的生產(chǎn)過程中合理使用聚丙烯酰胺絮凝劑，簡化了使用環(huán)節(jié)，直接降低了生產(chǎn)成本，具有沉降速度快、工藝簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

6、洗煤行業(yè)的應(yīng)用

在煤炭洗滌過程中產(chǎn)生了大量的煤粉，均勻地分散在水中，需要經(jīng)濃縮機(jī)濃縮沉降來回收。絮凝劑在沉降過程中，其具有的吸附架橋作用可將懸浮在水中的煤粉顆粒絮凝而加速沉降，達(dá)到固液分離的目的，溢流出的清水還可循環(huán)使用。

普通聚丙烯酰胺的酰胺基（-CONH2）與煤泥粒子親和、吸附形成氫鍵，同時(shí)高分子鏈在被吸附的粒子間形成橋聯(lián)，對(duì)粒度大、灰分低的原生煤泥沉降效果較好，而對(duì)粒度細(xì)灰分高的浮選尾煤絮凝效果稍差，這種差別主要是煤泥的粒度特性造成的。離子型聚丙烯酰胺對(duì)兩種

煤泥水的絮凝效果差別較大，對(duì)粒度細(xì)灰分高的浮選尾煤絮凝效果好于粒度大灰分低的原生煤泥，這是由于粒度細(xì)灰分高的浮選尾煤中富含高嶺土等硅酸鹽類膠體粒子，該類膠體粒子表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電荷。這時(shí)，聚丙烯酰胺的作用除了前面討論的吸附、架橋和絮凝外，電性中和起了主要作用。因而離子型聚丙烯酰胺適合處理粒度細(xì)、灰分高的浮選尾煤。

在洗煤行業(yè)中不同類型的聚丙烯酰胺，其絮凝效果有差別。對(duì)煤泥水處理而言，同時(shí)要考慮煤泥水的性質(zhì)，選擇不同類型的聚丙烯酰胺，調(diào)整其陰離子度或陽離子度。

展望

聚丙烯酰胺在礦冶領(lǐng)域的應(yīng)用范圍比較廣，由于礦業(yè)領(lǐng)域涉及的介質(zhì)成分復(fù)雜，顆粒分布范圍廣，pH值變化范圍大（強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液居多），有些介質(zhì)溫度較高，在諸多不利的客觀因素影響下，致使聚丙烯酰胺在這一領(lǐng)域的應(yīng)用變得復(fù)雜。大量實(shí)踐證明，普通聚丙烯酰胺在多數(shù)情況下難以達(dá)到預(yù)期的目的，一般情況下需要根據(jù)使用介質(zhì)、使用地點(diǎn)進(jìn)行劑型選擇試驗(yàn)來確定合適的劑型和初步使用量，再進(jìn)行工業(yè)化動(dòng)態(tài)試驗(yàn)來確定較佳投藥點(diǎn)和較佳投藥量。

針對(duì)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用，聚丙烯酰胺的復(fù)雜性導(dǎo)致推廣應(yīng)用的困難，建議在實(shí)際應(yīng)用中能從如下兩方面開展工作。

1、專用絮凝劑的推廣

針對(duì)聚丙烯酰胺在礦冶領(lǐng)域應(yīng)用所面臨的實(shí)際情況，在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上，聚丙烯酰胺絮凝劑生產(chǎn)企業(yè)在礦冶領(lǐng)域推廣應(yīng)用產(chǎn)品的過程中，應(yīng)該在具備各種離子型的產(chǎn)品劑型和部分共聚產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上、根據(jù)礦石特性和使用介質(zhì)，在初步選型結(jié)束后，具有隨時(shí)根據(jù)使用效果，調(diào)整產(chǎn)品配方、改變產(chǎn)品某些特性的技術(shù)能力，逐步做到針對(duì)不同的礦物介質(zhì)和不同的礦物加工工藝為使用廠家提供專用的絮凝劑產(chǎn)品、協(xié)助使用廠家確定較佳的加藥點(diǎn)等相關(guān)技術(shù)服務(wù)工作，以利于聚丙烯酰胺絮凝劑在礦冶領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷拓展。

2、精細(xì)化發(fā)展戰(zhàn)略

聚丙烯酰胺絮凝劑的生產(chǎn)廠家，為了在礦業(yè)領(lǐng)域推廣產(chǎn)品，應(yīng)該采取精細(xì)化的發(fā)展方向，精細(xì)化戰(zhàn)略的前提就是技術(shù)開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新。企業(yè)還要不斷吸收這一領(lǐng)域的新知識(shí)、新思路、新產(chǎn)品、新技術(shù)。同時(shí)，要在加強(qiáng)自身技術(shù)隊(duì)伍和技術(shù)開發(fā)能力上下功夫，將工藝開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)的主力軍角色擔(dān)負(fù)起來，具備聚丙烯酰胺這一精細(xì)化工產(chǎn)品的多品種生產(chǎn)技術(shù)，擁有靈活便捷的、易于改變劑型的生產(chǎn)工藝，擁有掌握技術(shù)、熟悉聚丙烯酰胺絮凝劑產(chǎn)品性能的開發(fā)推廣人員，以“專用絮凝劑”為指導(dǎo)思想，以礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)利用為契機(jī)，不斷拓展聚丙烯酰胺絮凝劑在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。