聚丙烯酰胺在礦業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

李大強(qiáng)

（安徽天潤(rùn)化學(xué)工業(yè)股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

引言

新時(shí)代，中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)日新月異，礦業(yè)發(fā)展也踏上了新征程。礦業(yè)領(lǐng)域踴躍發(fā)揚(yáng)市場(chǎng)在資源配置中的重要作用，致力于化解經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的突出矛盾和成果，積極推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域綠色安康穩(wěn)固發(fā)展[1-3]。十九大后礦業(yè)領(lǐng)域呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)，堅(jiān)持推進(jìn)資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，走深加工和可繼續(xù)開展之路。

近年來，在鼎力開發(fā)礦產(chǎn)資源的過程中，各種礦產(chǎn)資源已呈現(xiàn)出檔次低、伴生礦多等特點(diǎn)[4]。由于具有這些特點(diǎn)，使得礦物解離越來越細(xì)，增加了固液分離的難度。在國(guó)家不斷加強(qiáng)綠色開采、提高資源化利用率和節(jié)能減排政策的指引下，礦業(yè)領(lǐng)域需尋求科技創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，確保快速、平穩(wěn)、綠色、健康發(fā)展[5]。為了拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和促進(jìn)礦業(yè)綠色、高效、節(jié)能發(fā)展，研究了聚丙烯酰胺在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及其工藝。

1 應(yīng)用概況

隨著對(duì)聚丙烯酰胺絮凝劑的逐步深化研討，其在礦業(yè)范圍的使用愈發(fā)遭到器重。從低分子量到中分子量，再到高分子量和超高分子量，從繁多構(gòu)造到復(fù)合結(jié)構(gòu)，各種類型的聚丙烯酰胺都在礦業(yè)范圍有重要作用[6]。

1.1 礦物浮選

聚丙烯酰胺溶于水后，在水的溶劑化的作用下，高分子長(zhǎng)側(cè)鏈上的基團(tuán)較多，會(huì)發(fā)生水化水解反應(yīng)，側(cè)鏈的鈉離子會(huì)被礦物陽離子取代，在這些陽離子的作用下，易發(fā)生交聯(lián)作用，這就使得長(zhǎng)鏈高分子聚合物轉(zhuǎn)型為面型結(jié)構(gòu)，該構(gòu)造具備吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用，對(duì)細(xì)小礦物顆粒具有高效的吸附作用，便于完成細(xì)小顆粒礦物的浮選分離。

李鳳久等[7]采納常用絮凝劑和復(fù)合聚丙烯酰胺對(duì)繁多礦物和混合礦物實(shí)施絮凝浮選實(shí)驗(yàn)，考查了差異類型絮凝劑的選擇性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，丙烯酸化聚丙烯酰胺、磺化聚丙烯酰胺對(duì)赤鐵礦有較強(qiáng)的絮凝能力，石英礦物在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)絮凝成果欠佳。

岳雙凌等[8]利用丙烯酸化聚丙烯酰胺，研究使用絮凝-柱浮選輝鉬礦。在固定礦漿濃度與其他藥劑的情況下，當(dāng)聚丙烯酰胺的投加量為20 g/t 時(shí)，鉬的檔次由0.69%提高到4.6%，回收率到達(dá)75%。

常規(guī)聚丙烯酰胺和改性的聚丙烯酰胺均對(duì)細(xì)小礦粒有絮凝效果，后者的絮凝效果往往好于前者。在最佳投加量時(shí)，絮凝效果最佳，但用量過大，選擇性會(huì)顯著降落，從而使礦物的檔次與回收率降低。

1.2 礦漿浸出

浮選能提高礦物的品位，若浮選后的礦物品位降低，將會(huì)導(dǎo)致有價(jià)值礦物的浸出速率下降，使得固液很難分離，從而降低礦物浸出效率，提高浸出成本，這在工業(yè)上是很不經(jīng)濟(jì)的。為了有效解決上述難題，往往在浸出礦漿中添加聚丙烯酰胺。

謝添等[9]以剛果（金）高泥氧化銅浸出礦漿為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，展開聚丙烯酰胺選型實(shí)驗(yàn)，探究了最佳沉降成果下浸出礦漿濃度、絮凝劑品種和用量等工藝參數(shù)，又針對(duì)稠密機(jī)構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化晉級(jí)，并取得了較好的效果。

史淯升等[10]以云南某煉銅企業(yè)的浮選尾礦為原料，研討了差異改性聚丙烯酰胺對(duì)礦漿沉降的影響。結(jié)果表明，與未加入絮凝劑的比較，改性的陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑和改性的陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑均能較大幅度地提高礦漿的沉降速率。

傳統(tǒng)常規(guī)的聚丙烯酰胺在處理礦漿時(shí)，極易受到pH 值、溫度和礦漿濃度等因素的限制，沉降效果較差。改性后的聚丙烯酰胺，其絮凝功能得到了明顯增加，并且用量也相對(duì)更低。隨著改性聚丙烯酰胺的研討和工業(yè)化，將會(huì)不斷在礦物浸出中得到推廣使用。

2 在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 聚丙烯酰胺的應(yīng)用選型

圖1、圖2 考察了改性后聚丙烯酰胺和未改性聚丙烯酰胺對(duì)尾礦廢水濁度及COD 的去除效果，試驗(yàn)中廢水濁度為1 000 NTU，COD 為2 000 mg/L。

圖1 不同絮凝劑對(duì)濁度去除率的影響

圖2 不同絮凝劑對(duì)COD 去除率的影響

由圖1、2 可以看出，在絮凝時(shí)間相同情況下，改性后聚丙烯酰胺絮凝效果明顯好于未改性聚丙烯酰胺。當(dāng)絮凝工夫?yàn)?0 min 時(shí)，絮凝后濁度降為100 NTU，COD 降為134 mg/L，去除率η 區(qū)分到達(dá)90%和93.3%，而未改性聚丙烯酰胺絮凝后濁度降為150 NTU，COD 降為240 mg/L，去除率η 分別為85%和88%。

改性后聚丙烯酰胺絮凝劑與懸浮顆粒所帶電荷相反，同時(shí)增大了相反電荷的覆蓋面，此時(shí)絮凝劑發(fā)揮電性中和作用較未改性聚丙烯酰胺明顯增強(qiáng)，絮凝劑與懸浮顆粒發(fā)生的吸附作用也比未改性聚丙烯酰胺更大[11]。

2.2 絮凝工藝的影響因素

2.2.1 絮凝劑用量

應(yīng)用改性后聚丙烯酰胺作為絮凝劑，控制絮凝時(shí)間在30 min，研討絮凝劑投加量對(duì)尾礦廢水濁度及COD 的去除問題，實(shí)驗(yàn)中廢水濁度和COD 同上，絮凝劑投加量曲線見圖3、圖4。

圖3 絮凝劑投加量對(duì)濁度去除率的影響

圖4 絮凝劑投加量對(duì)COD 去除率的影響

圖3、圖4 分別是絮凝劑投加量在30 g/t、40 g/t、50 g/t、60 g/t、70 g/t 時(shí)尾礦廢水濁度及COD 去除率曲線。由圖可以看出，應(yīng)用改性后聚丙烯酰胺絮凝劑，當(dāng)絮凝工夫?yàn)?0 min 時(shí)，濁度及COD 去除率均是先不停增大、后出現(xiàn)遲緩降落趨向，最佳絮凝劑投加量為50 g/t。究其原因，當(dāng)絮凝劑投加量過大時(shí)，絮體可能會(huì)產(chǎn)生電荷反轉(zhuǎn)而擴(kuò)散，對(duì)絮凝構(gòu)成負(fù)面效應(yīng)。

2.2.2 pH 值

應(yīng)用改性后聚丙烯酰胺作為絮凝劑，控制絮凝時(shí)間在30 min，絮凝劑投加量為50 g/t，在pH=4～10 范圍內(nèi)，研究pH 值對(duì)尾礦廢水絮凝過程中澄清界面下降速度和澄清液的吸光度的影響，試驗(yàn)中廢水濁度和COD 同上，pH 值曲線見圖5、圖6。

圖5 pH 值對(duì)改性后聚丙烯酰胺沉降速度的影響

圖6 pH 值對(duì)改性后聚丙烯酰胺澄清液吸光度的影響

不同pH 值下，尾礦廢水添加改性后聚丙烯酰胺絮凝劑后的澄清界面下降速度與pH 值的關(guān)系見圖5。由圖5 可知，隨著pH 值的增大，尾礦廢水澄清界面下降速度波動(dòng)較大，但總體呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)。由圖6可知，隨著pH 值的增大，廓清液的吸光度也穩(wěn)固較大，但總體呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)。

綜合考慮尾礦廢水絮凝過程中澄清界面下降速度和澄清液的吸光度，在pH 值為5 時(shí)，參加改性后聚丙烯酰胺絮凝劑后，澄清界面下降速度為2.18 mm/s，澄清液的吸光度為0.01，絮凝沉淀效果較好。

3 結(jié)論

（1） 隨著無機(jī)高分子絮凝劑的開發(fā)、消費(fèi)和應(yīng)用研討，聚丙烯酰胺類絮凝劑逐步展示出了其優(yōu)越的特點(diǎn)，普遍應(yīng)用于采礦、選礦等過程。

（2） 改性后聚丙烯酰胺絮凝效果明顯好于未改性聚丙烯酰胺。改性后聚丙烯酰胺對(duì)濁度和COD 去除率分別達(dá)到90%和93.3%，而未改性聚丙烯酰胺去除率分別為85%和88%。

（3） 研討了改性后聚丙烯酰胺絮凝劑投加量對(duì)尾礦廢水濁度及COD 的去除問題，當(dāng)絮凝時(shí)間為30 min 時(shí)，濁度及COD 去除率均是先一直增大、后出現(xiàn)緩慢降落趨向，最佳絮凝劑投加量為50 g/t。

（4） 當(dāng)絮凝時(shí)間為30 min、絮凝劑投加量為50 g/t 時(shí)，研究了pH 值對(duì)尾礦廢水絮凝過程中澄清界面下降速度和澄清液的吸光度的影響，隨著pH 值的增大，尾礦廢水澄清界面下降速度和澄清液的吸光度均波動(dòng)較大，但前者總體呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，后者總體呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)。在pH 值為5 時(shí)，澄清界面下降速度為2.18 mm/s，澄清液的吸光度為0.01，絮凝沉淀效果較好。