在矿物加工领域，高粘聚丙烯酰胺（HPAM）与矿粉的复合体系通过分子间相互作用，显著提高材料的抗压强度与耐水性能。

一、界面作用机制解析

分子链桥接强化

HPAM 的线性分子链（Mw=10⁶-10⁷Da）通过酰胺基团与矿粉表面羟基形成氢键，并与金属离子（Fe³⁺、Ca²⁺）发生配位吸附。动态光散射实验显示，0.2% HPAM 溶液中

分子链均方回转半径达 180nm，在颗粒间形成三维缠结网络，使抗压强度提高到 1200-1500N / 球。

双电层稳定效应

HPAM 的阴离子基团（-COO⁻）在矿粉表面形成双电层，通过静电斥力防止颗粒团聚。zeta 电位测试显示，添加 0.15% HPAM 可使铁矿粉表面电位从 - 25mV 降到 - 

40mV，絮团粒径从 5μm 增大到 15μm，增强颗粒间机械咬合。

疏水缔合防水膜

疏水改性 HPAM 在矿粉表面形成厚度约 50-100nm 的疏水膜，接触角从 65° 提高到 105°。AFM 扫描显示，该膜表面粗糙度 Ra<20nm，有效阻隔水分渗透，耐水时间延长

到 72 小时。

二、抗压强度关键影响因素

HPAM 浓度梯度效应

在铁矿粉中添加 HPAM，生球抗压强度呈现非线性增长：

0.1% 浓度：抗压强度 800N / 球

0.2% 浓度：抗压强度 1200N / 球

0.3% 浓度：抗压强度 1500N / 球

超过 0.3% 后，过量分子链导致颗粒间润滑过度，强度提高趋缓。

复配协同效应

HPAM / 膨润土（质量比 1:3）：生球抗压强度提高到 1800N / 球，抗爆裂温度从 450℃提高到 600℃

HPAM / 硅酸钠（质量比 2:1）：焙烧后球团抗压强度达 2200N / 球，同时改善还原性

三元复配体系（HPAM / 木质素磺酸钙 / CMC=3:1:1）：含锌除尘灰球团锌回收率提高到 88%

三、耐水性优化技术

疏水改性策略

通过接枝甲基丙烯酸酯基团，HPAM 的水接触角从 65° 提高到 105°，吸水率从 25% 降到 8%。FTIR 分析显示，改性后酰胺 I 带峰强减弱，表明氢键网络减少，疏水性能增

强。

纳m复合技术

与蒙脱土纳m片层（粒径 50-100nm）复合后，层间距离从 1.2nm 扩展到 2.8nm，形成致密防水屏障。耐水测试显示，复合体系在饱和水条件下抗压强度保持率达

 85%（30 天），而普通 HPAM 体系仅为 60%。

交联固化处理

采用戊二醛交联 HPAM，形成三维网状结构。DSC 分析显示，交联体系玻璃化转变温度（Tg）从 - 52℃提高到 - 38℃，耐热水性显著增强，在 80℃热水中浸泡 24 小时

后强度保持率达 75%。

四、工业应用实践

铁矿粉冷压球团

某钢厂采用 HPAM / 膨润土复配体系（质量比 1:3），球团品位从 58.6% 提高到 61.2%，焦比减少 8%，吨钢成本减少 35 元。工业试验显示，添加 0.15% HPAM 的球团在

 1000℃焙烧后抗压强度达 2200N / 球，耐水时间超过 72 小时。

含锌除尘灰处理

在转底炉工艺中，HPAM 与木质素磺酸钙复配（质量比 3:1）使锌回收率从 75% 提高到 88%，同时减少粉尘排放 40%。该技术已在首钢、鞍钢实现年处理量 10 万吨，年创

效 2000 万元。

尾矿资源化利用

某磷矿尾矿（-200 目占 90%）采用 HPAM/CMC 复合粘结剂（质量比 1:1），压制成型率达 98%，烧结后抗压强度 1800N / 球，耐水时间 48 小时，成功替代部分天然磷

矿石。

高粘聚丙烯酰胺通过分子链桥接、双电层稳定及疏水膜构建，显著提高矿粉复合材料的抗压与耐水性能。其浓度梯度效应、复配协同技术及纳m复合改性，为矿业提供了gao

效、环保的解决方案。未来研究将聚焦于生物基改性、智能响应体系及 CO₂矿化固定，以推动资源gao效利用与绿色生产。