聚丙烯酰胺在礦冶領域的應用：

近年來有色金屬行業(yè)認真貫徹落實科學發(fā)展觀和各項宏觀調控政策，積極發(fā)揮市場在資源配置中的作用，努力化解經濟運行中的突出矛盾和問題，積極推動有色金屬工業(yè)又好又快發(fā)展。2007年，10種常用有色金屬產品產量達到2360萬t，連續(xù)6年位居世界前列。我國有色金屬行業(yè)的整體實力和在國際市場的影響力、競爭力及抗風險能力日趨增強，我國有色金屬生產及消費大國的地位正越來越引起國際同行業(yè)的關注。

在國外，聚丙烯酰胺在礦業(yè)領域的應用比較普遍，我國的應用是在近年礦產資源的大力開發(fā)過程中、在國家對節(jié)能減排措施日益加強的情況下，有色金屬工業(yè)尋求技術進步和科技創(chuàng)新、發(fā)展循環(huán)經濟，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)領域的成功應用，給這一領域帶來了可觀的經濟利益和社會效益，聚丙烯酰胺在這一領域的使用量正在逐步增加，應用前景非常廣闊。

概述

在礦業(yè)領域聚丙烯酰胺的應用主要涉及到采礦、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。使用適當劑型、適當用量的水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺，可以加速細粒物料的濃縮和提高過濾效率，從而達到很高的分離效果和提高設備的生產能力、減少有用礦物的流失、提高產率，加快尾礦廢水的回用等目的。隨著礦產資源的開發(fā)利用縱深發(fā)展，如何提高生產效率、節(jié)約能源、降低消耗、較大限度地利用有限的礦產資源，減少浪費已經成為目前礦業(yè)領域追求的目標。聚丙烯酰胺在這一領域的合理應用很大地推動了礦產資源的合理開發(fā)利用。

聚丙烯酰胺產品作為礦冶生產中助凝劑、絮凝劑、脫水劑，廣泛應用于采礦、選礦、礦冶污水處理、礦泥脫水處理等過程。目前已經成功應用于鐵礦、銅礦、金銀礦、鉬礦、釩鈾礦等行業(yè)礦冶領域，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用領域之一，用酸或磺酸鹽溶液瀝取鈾礦石時，在瀝取物的濃縮和過濾中，添加聚丙烯酰胺處理非常有效。隨著礦產資源的合理開發(fā)，聚丙烯酰胺在礦業(yè)領域也發(fā)揮著越來越重要的作用。

作用機理及功能

聚丙烯酰胺在礦冶領域的應用機理主要是基于聚丙烯酰胺的酰胺基（一CONH₂）可與許多物質親和、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)個甚至數(shù)十個粒子連在一起，生成絮團，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，從而達到礦物細顆粒和水有效分離的目的。

在礦冶領域的應用

1、在礦物加工過程中的應用

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。應用聚丙烯酰胺絮凝，可促進團粒下沉、液體澄清和泥餅脫水，從而可提高生產效率，減少尾礦流失和水消耗，降低設備投資和加工成本，并避免環(huán)境污染。

目前聚丙烯酰胺已經廣泛應用于金、銀、銅、鋁、鉛、鋅等選礦領域。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。適當劑型、適當用量的聚丙烯酰胺可促使有用的固體礦物很快下沉，因此濃密機得以在大量礦物處理過程的精礦和尾礦系統(tǒng)應用，聚丙烯酰胺的使用能夠加速細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、提高生產效率、減少尾礦流失和降低生產運行成本。

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，來說明聚丙烯酰胺絮凝劑在礦物加工過程中的應用。某選礦廠尾礦系統(tǒng)絮凝劑的選礦試驗：

（1）絮凝劑的選型試驗

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

表1 絮凝劑選型試驗結果

藥劑序號	藥劑用量	礦泥下沉刻度/mL		上清液澄清度對比
		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)試驗現(xiàn)象及試驗結果，在該試驗中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#絮凝劑在濃密機模擬裝置上進行較佳用量的選擇試驗。

（2）絮凝劑較佳用量試驗

將現(xiàn)場取尾礦漿加入濃密機模擬裝置，加入絮凝劑，開始以秒表準確記錄礦泥刻度與時間的對應值，得到不同絮凝劑用量下礦泥的沉降速度，作沉降速率-時間曲線如圖1。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及工藝設計要求，選取能達到生產要求的絮凝劑用量，即可進行濃密機中的工業(yè)試驗，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)礦物所處的介質不同，聚丙烯酰胺在礦物加工領域的使用量在10-200mg/t干泥量之間。

通過大量現(xiàn)場應用試驗可以看出，聚丙烯酰胺絮凝劑的加入可以明顯加快礦物細顆粒和水的分離速度，明顯提高上清液的澄清度，達到很高的分離效果和提高設備的生產能力、減少有用礦物的流失、提高產率，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顆粒礦物，經過大量實踐證明，適當劑型的聚丙烯酰胺在部分金屬的濕法冶煉過程中合理應用，可以達到令人滿意的分離效果。例如，適當劑型的聚丙烯酰胺應用于鉛鋅濕法冶金煉過程中，能促進漿液的快速沉降和澄清，使澄清溢流液澄清度好，固含量低，滿足生產需要。目前，國內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用于濕法煉鋅行業(yè)，能夠有效增強脫除雜質能力、提升最終產品質量、降低原輔材料和能源消耗、提高金屬回收率、便于有價金屬的綜合回收，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導致的資源綜合利用低的問題，提高了我國鋅資源綜合利用率，為促進我國鋅冶煉工藝的技術進步和產業(yè)升級起到積極作用。

3、在氧化鋁生產過程中的應用

在氧化鋁生產赤泥沉降中，聚丙烯酰胺作為一類較廣泛的絮凝劑從20世紀80年代起就開始有應用。在拜耳法、燒結法或聯(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，最終分解出品質較高的氧化鋁產品。

氧化鋁行業(yè)中需要將浸出的漿液迅速進行固液分離，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，直接影響濃密機濃縮溢流操作，加入適當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，而促進快速沉降和得到符合要求的溢流清液，滿足生產需要。

聚丙烯酰胺絮凝劑在堿石灰燒結法氧化鋁生產工藝中的應用如下：氧化鋁生產中合成高分子絮凝劑的應用較為普遍。合成高分子絮凝劑與赤泥易形成多點吸附，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、羧基等水解后產生的陰離子能形成較強的作用力，絮凝劑與赤泥產生吸附后，形成絮團，通過重力場的作用進行沉降，達到液固分離的目的。

4、在稀土元素制備過程中的應用

稀土元素具有豐富的物理化學性質，它的用途較為廣泛，可用于醫(yī)療領域、陶瓷領域、農用領域、永磁體領域、玻璃領域等等。此外，稀土元素還具有豐富的光學、電學及磁學特性，在新材料領域，得到了廣泛應用。在高技術領域，稀土新材料發(fā)揮著重要的作用。應用稀土可生產熒光材料、稀土金屬氫化物電池材料、電光源材料、永磁材料、儲氫材料、催化材料、陶瓷材料、激光材料、超導材料、磁致伸縮材料、磁致冷材料、磁光存儲材料、光導纖維材料等。

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相當復雜的過程，首先利用化學處理從氟碳鑭礦或獨居石中獲得稀土氯化物或氧化物的混合物，然后再進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溶劑中分配的不同，將稀土的鹽類與有機相及水相多次接觸，不斷地進行再分配而將它們一一分離。在這個過程中部分伴生的金屬元素難以通過上述方法完全除去，因此造成產品純度低，影響稀土元素的應用效果。在生產過程中根據(jù)部分工藝條件的變更，添加其他助劑使少量雜質形成少量細小顆粒，加人適當劑型、適當用量的聚丙烯酰胺使少量雜質細小顆粒絮凝、分離除去，達到純化稀土元素的目的。

5、鈦白粉行業(yè)的應用

鈦白粉的生產工藝中，也要使用絮凝劑將浸出的鈦液進行沉降。鈦白粉的生產工藝的沉降過程中，酸解浸取、還原以后的體系是一個復雜的體系，含有可溶性雜質和不溶性的雜質。鐵、釩、鉻、錳等金屬的硫酸鹽為可溶性的雜質，在結晶或水解、水洗的過程中除去。不溶性雜質中的大多數(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，但具有很高的動力穩(wěn)定性，需要加入適當劑型的聚丙烯酰胺絮凝劑，強化沉降澄清過程。在鈦白粉的生產過程中合理使用聚丙烯酰胺絮凝劑，簡化了使用環(huán)節(jié)，直接降低了生產成本，具有沉降速度快、工藝簡單、生產成本低等優(yōu)點。

6、洗煤行業(yè)的應用

在煤炭洗滌過程中產生了大量的煤粉，均勻地分散在水中，需要經濃縮機濃縮沉降來回收。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，同時高分子鏈在被吸附的粒子間形成橋聯(lián)，對粒度大、灰分低的原生煤泥沉降效果較好，而對粒度細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兩種

煤泥水的絮凝效果差別較大，對粒度細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的負電荷。這時，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、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。對煤泥水處理而言，同時要考慮煤泥水的性質，選擇不同類型的聚丙烯酰胺，調整其陰離子度或陽離子度。

展望

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

針對在這一領域的應用，聚丙烯酰胺的復雜性導致推廣應用的困難，建議在實際應用中能從如下兩方面開展工作。

1、專用絮凝劑的推廣

針對聚丙烯酰胺在礦冶領域應用所面臨的實際情況，在多年實踐的基礎上，聚丙烯酰胺絮凝劑生產企業(yè)在礦冶領域推廣應用產品的過程中，應該在具備各種離子型的產品劑型和部分共聚產品的生產技術和生產能力的基礎上、根據(jù)礦石特性和使用介質，在初步選型結束后，具有隨時根據(jù)使用效果，調整產品配方、改變產品某些特性的技術能力，逐步做到針對不同的礦物介質和不同的礦物加工工藝為使用廠家提供專用的絮凝劑產品、協(xié)助使用廠家確定較佳的加藥點等相關技術服務工作，以利于聚丙烯酰胺絮凝劑在礦冶領域應用范圍的不斷拓展。

2、精細化發(fā)展戰(zhàn)略

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