Chất kết bông trong chế biến khoáng sản: Ứng dụng và tiến bộ kỹ thuật của polyacrylamide

I. Giới thiệu

Trong ngành chế biến khoáng sản hiện đại, quy trình tách và cô đặc hiệu suất cao có ý nghĩa to lớn trong việc cải thiện việc sử dụng tài nguyên, giảm tiêu thụ năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Polyacrylamide (PAM) là một chất kết bông polyme tổng hợp quan trọng. Do cấu trúc phân tử độc đáo và các đặc tính có thể kiểm soát được, nó đã trở thành một chất phụ gia hóa học không thể thiếu trong chế biến khoáng sản. Bài báo này sẽ thảo luận toàn diện về nguyên lý ứng dụng, lựa chọn loại, quy trình ứng dụng và tiến bộ công nghệ mới nhất của PAM trong chế biến khoáng sản.

2. đặc điểm cơ bản của polyacrylamide

Polyacrylamide là một loại polymer được trùng hợp từ monome acrylamide. Chuỗi phân tử của nó chứa một số lượng lớn các nhóm amid, có thể đưa vào các nhóm chức năng khác nhau thông qua biến đổi hóa học. PAM có các đặc điểm nổi bật sau:

2-1. Trọng lượng phân tử có thể điều chỉnh: Trọng lượng phân tử của PAM công nghiệp có thể dao động từ hàng triệu đến hàng chục triệu dalton để đáp ứng nhu cầu về tốc độ lắng khác nhau;

2-2. Có thể kiểm soát được đặc tính ion: có thể thu được sản phẩm anion, cation hoặc không ion thông qua quá trình đồng trùng hợp hoặc sau biến tính;

2-3. Khả năng hấp phụ cầu nối: Các chuỗi phân tử dài có thể hình thành “cầu nối” giữa nhiều hạt để thúc đẩy sự hình thành bông cặn;

2-4. Độ ổn định tốt: có thể duy trì độ ổn định hóa học lâu dài trong điều kiện thích hợp;

2-5.Liều lượng thấp và hiệu quả cao: thông thường chỉ cần thêm vài ppm để cải thiện đáng kể hiệu quả lắng.

3. Cơ chế của PAM trong chế biến khoáng sản

Trong các ứng dụng chế biến khoáng sản, PAM hoạt động chủ yếu thông qua các cơ chế sau:

3-1. Trung hòa điện tích

Đối với hệ thống hạt tích điện, PAM có điện tích trái dấu có thể trung hòa điện tích bề mặt hạt thông qua tác động tĩnh điện, giảm thế Zeta, làm yếu lực đẩy giữa các hạt và thúc đẩy sự kết tụ hạt. Cơ chế này đặc biệt quan trọng trong xử lý khoáng sét.

3-2. Cầu nối hấp phụ

Các nhóm hoạt động trên chuỗi phân tử PAM có thể hấp phụ nhiều hạt cùng một lúc và kết nối nhiều hạt thông qua hiệu ứng "cầu nối" của chuỗi dài polyme để tạo thành cấu trúc mạng lưới ba chiều của bông cặn. Đây là cơ chế chính của PAM.

3-3.Hiệu ứng quét lưới

PAM có trọng lượng phân tử cao có thể tạo thành cấu trúc mạng trong nước và giữ lại các hạt lơ lửng như một bộ lọc trong quá trình lắng, điều này đặc biệt dễ thấy trong các hoạt động cô đặc.

4. Các loại chính và lựa chọn PAM cho chế biến khoáng sản

Theo nhu cầu chế biến khoáng sản khác nhau, PAM có thể được chia thành các loại chính sau:

4-1.Polyacrylamide không ion (NPAM)

Tính năng: Không tích điện, hấp phụ bằng liên kết hydro và lực van der Waals

Kịch bản ứng dụng:

Bột giấy trung tính hoặc có tính axit yếu

Xử lý các khoáng chất không có điện tích mạnh trên bề mặt

Quá trình tách nhạy cảm với môi trường ion

4-2.Polyacrylamid anion (APAM)

Đặc điểm: Chứa nhóm cacboxyl và các nhóm điện tích âm khác, trọng lượng phân tử thường cao hơn

Kịch bản ứng dụng:

Xử lý khoáng chất tích điện dương (như quặng sắt)

Môi trường bột giấy kiềm

Hoạt động cô đặc đòi hỏi bông cặn lớn

4-3.Polyacrylamid cationic (CPAM)

Tính năng: Chứa các nhóm dương như muối amoni bậc bốn, mật độ điện tích có thể điều chỉnh được

Kịch bản ứng dụng:

Xử lý khoáng sét tích điện âm

Tách nước chất thải mịn

Xử lý bột giấy hữu cơ

4-4.Polyacrylamid lưỡng tính

Tính năng: Chứa các nhóm điện tích dương và âm cùng một lúc, dễ thích nghi hơn

Kịch bản ứng dụng:

Bột giấy thành phần phức tạp

Hệ thống xử lý có độ pH dao động lớn

Quy trình tách khoáng đặc biệt

Nguyên tắc lựa chọn:

Chọn loại điện tích ngược lại theo tính chất điện bề mặt của khoáng chất

Chọn trọng lượng phân tử theo yêu cầu về tốc độ lắng (trọng lượng phân tử càng lớn, tốc độ lắng càng nhanh)

Xem xét giá trị pH của bột giấy để phù hợp với phạm vi pH áp dụng của PAM

Mô hình tốt nhất được xác định bằng thử nghiệm chai trong phòng thí nghiệm

5. Ứng dụng chính của PAM trong chế biến khoáng sản

5-1. Tách rắn-lỏng trong quá trình lựa chọn khoáng chất

Sau khi tuyển nổi, tách từ và các quá trình làm sạch khác, PAM được sử dụng để tăng tốc độ lắng của chất cô đặc và chất thải đuôi và cải thiện hiệu quả của máy làm đặc. Ví dụ, trong quá trình xử lý chất cô đặc sắt, APAM được lựa chọn đúng cách có thể tăng tốc độ lắng lên 3-5 lần và nồng độ dòng chảy dưới 10-15%.

5-2. Xử lý chất thải và khử nước

Ứng dụng PAM trong tách nước đuôi quặng đuôi ngày càng rộng rãi do yêu cầu xả khô đuôi quặng đuôi trong các mỏ hiện đại. Bằng cách tối ưu hóa loại PAM và phương pháp bổ sung, hàm lượng nước trong bánh lọc đuôi quặng đuôi có thể giảm 2-4 phần trăm và diện tích ao chứa đuôi quặng đuôi có thể giảm đáng kể.

5-3. Xử lý nước nhờn

Trong quá trình rửa than, PAM có thể giải quyết hiệu quả vấn đề lắng cặn bùn mịn. CPAM được biến đổi đặc biệt cho thấy hiệu quả keo tụ tuyệt vời đối với bùn chứa đất sét và độ đục của nước tuần hoàn có thể được kiểm soát dưới 50NTU.

5-4.Quặng laterit và các loại khoáng sản đặc biệt khác

Đối với các khoáng chất chịu nhiệt như laterit và bauxit, các sản phẩm PAM chịu nhiệt độ cao và chịu muối đã được phát triển, có thể duy trì hiệu suất tốt trong môi trường có cường độ ion cao.

5-5. Vận chuyển đường ống bùn

Bổ sung lượng PAM thích hợp có thể làm giảm sức cản vận chuyển đường ống của bột giấy nồng độ cao và thực hiện tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ. Trong một số trường hợp, mức tiêu thụ năng lượng truyền tải đã giảm 15-20%.

6.PAM sử dụng các điểm quy trình

6-1. Giải thể cấu hình

Nên sử dụng thiết bị hòa tan phân tán chuyên dụng

Nồng độ cấu hình thường là 0,1-0,5%

Nhiệt độ nước dung dịch nên được kiểm soát ở mức 30-50℃

Tốc độ trộn phải vừa phải để tránh sự phân hủy cơ học

6-2. Thêm phương pháp

Chính sách thêm nhiều điểm được áp dụng

Đảm bảo pha loãng đủ trước khi thêm (0,01-0,05%)

Vị trí bổ sung nên được chọn ở vùng hỗn loạn để đảm bảo trộn nhanh

Hệ thống định lượng tự động cải thiện độ ổn định

6-3.Kiểm soát liều lượng

Phạm vi liều dùng điển hình:

Hoạt động cô đặc: 5-50g/t chất rắn

Chất lọc: 100-500g/t chất rắn

Mất nước đuôi: 200-800g/t rắn

Cần phải thử nghiệm để xác định liều lượng tối ưu và việc sử dụng quá mức có thể dẫn đến hiệu ứng phân tán.

7. Tiến bộ công nghệ và xu hướng phát triển

7-1. Phát triển sản phẩm PAM mới

Nanocomposite PAM: Giới thiệu vật liệu nano để cải thiện khả năng chịu nhiệt và muối

PAM phản ứng với môi trường: Chất keo tụ thông minh phản ứng với pH/nhiệt độ

PAM phân hủy sinh học: giảm thiểu rủi ro tích lũy cho môi trường

7-2.Ứng dụng đổi mới công nghệ

Công nghệ keo tụ giao diện vi mô: cải thiện tỷ lệ sử dụng tác nhân hóa học

Hệ thống keo tụ tổng hợp: PAM và chất keo tụ vô cơ được sử dụng cùng nhau

Giám sát trực tuyến và định lượng thông minh: kiểm soát vòng kín dựa trên độ đục và điện thế Zeta

7-3.Phát triển xanh

Giảm hàm lượng monome còn lại (<0,05%)

Phát triển các quy trình sản xuất thân thiện hơn với môi trường

Cải thiện hiệu quả sản phẩm để giảm thiểu việc sử dụng

8. Kết luận

Polyacrylamide là chất kết bông hiệu suất cao trong chế biến khoáng sản, ứng dụng khoa học của nó có ý nghĩa to lớn trong việc nâng cao hiệu quả tuyển quặng, giảm tiêu thụ năng lượng và hiện thực hóa sản xuất sạch hơn. Với nguồn tài nguyên khoáng sản ngày càng mỏng và tinh chế, yêu cầu về hiệu suất của các sản phẩm PAM cũng ngày càng tăng. Sự phát triển trong tương lai của PAM sẽ chú trọng hơn đến chuyên môn hóa, trí tuệ và xanh, đồng thời cung cấp các giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn cho ngành chế biến khoáng sản. Trong ứng dụng thực tế của việc lựa chọn cây trồng, chúng ta nên chú ý đến thử nghiệm lựa chọn và tối ưu hóa quy trình, đồng thời phát huy đầy đủ các lợi thế về mặt kỹ thuật và kinh tế của PAM.