高粘聚丙烯酰胺（HPAM）分子链的吸附机理对矿粉球团致密化的影响是一个多wei度的物理化学过程，其核心机制涉及分子链与矿物颗粒表面的相互作用、颗粒间桥接效应以

及工艺参数的协同调控。

一、HPAM 分子链的吸附机理

1. 表面电荷匹配与静电吸附

矿粉表面特性：矿粉（如铁精矿、磷矿等）表面通常带有负电荷（pH 值高于等电点时），而 HPAM 作为阴离子型高分子，其分子链上的酰胺基团（-CONH₂）在水中离解后

带负电。两者通过静电斥力作用形成稳定的吸附层，但高粘度 HPAM 的长链结构可通过 “电荷补丁” 效应局部中和颗粒表面电荷，促进吸附。

典型案例：在洗煤废水处理中，HPAM 通过电中和作用使带负电的煤泥颗粒脱稳，形成粗大絮团。

2. 氢键与化学吸附

活性位点结合：HPAM 的酰胺基团可与矿粉表面的羟基（-OH）或金属氧化物（如 Fe₂O₃、SiO₂）形成氢键或配位键。例如，HPAM 在赤铁矿表面的吸附通过酰胺基团与 

Fe³⁺的配位作用实现。

吸附层结构：高粘度 HPAM 可能形成 “Flattened 吸附层”（紧密吸附）和 “loosely 吸附层”（松散吸附）的双层结构，前者通过强相互作用增强颗粒间结合，后者通过桥接效应促进团聚。

3. 空间位阻与分子链构象

分子链伸展：高粘度 HPAM 的长链结构在溶液中呈伸展状态，增加与颗粒表面的接触面积，形成更多吸附位点。例如，分子量 1600 万的 HPAM 在矿粉表面的吸附量比低分

子量产品高 30% 以上。

缠结效应：高粘度导致分子链间缠结增强，形成三维网络结构，进一步提高絮团稳定性。

二、HPAM 对矿粉球团致密化的影响机制

1. 桥接作用与絮团结构优化

颗粒间桥接：HPAM 分子链通过吸附在多个颗粒表面，形成 “颗粒 - 聚合物 - 颗粒” 的桥接结构，促进颗粒团聚。例如，HPAM 在铁精矿球团中可使生球落下强度从 5次

/ 0.5m 提高到 10 次 / 0.5m。

絮团致密化：高粘度 HPAM 形成的絮团结构更紧密，孔隙率减少。实验表明，HPAM 添加量为 0.2% 时，球团孔隙率可从 45% 降到 30%。

2. 界面强度增强与传质调控

界面结合力：HPAM 吸附层通过分子链缠结和氢键作用，增强颗粒间界面强度。例如，HPAM 处理后的球团抗压强度可达 2678N，比未处理球团提高 40%。

传质阻力：高粘度 HPAM 溶液增加液相粘度，延缓颗粒沉降速度，促进均匀分布，减少局部孔隙。

3. 焙烧过程协同作用

孔隙结构调控：HPAM 在焙烧过程中分解，形成的气体逸出通道可优化球团孔隙分布，提高透气性。例如，添加 HPAM 的球团在焙烧后微孔（<1μm）比例增加 20%。

晶相转化促进：HPAM 分解产生的碳残留可作为还原剂，促进赤铁矿（Fe₂O₃）向磁铁矿（Fe₃O₄）转化，增强固结强度。

三、关键影响因素

1. HPAM 分子参数

分子量：分子量越高，桥接效率越高，但过高（>2000 万）可能导致吸附层过厚，产生排斥力。实验表明，分子量 1600 万的 HPAM 在铁精矿中xiao果zui佳。

水解度：水解度 25%-35% 的 HPAM 因离子化程度适中，静电吸附与桥接作用平衡，适用于大多数矿粉体系。

2. 矿粉特性

表面电荷：表面负电荷密度高的矿粉（如赤铁矿）对 HPAM 的吸附量更大，致密化xiao果更显著。

粒度分布：细颗粒（<45μm）比例高的矿粉需更高 HPAM 用量，以充fen覆盖表面活性位点。

3. 工艺参数

添加量：存在zui佳添加量（通常 0.1%-0.3%），过量会导致絮团过大、孔隙率增加。例如，HPAM 添加量超过 0.3% 时，球团抗压强度下降 15%。

搅拌强度：高剪切力可能破坏 HPAM 分子链，建议搅拌速度控制在 50-100rpm。

pH 值：中性到弱碱性（pH 7-9）条件下，HPAM 吸附xiao果zui佳，酸性条件易导致分子链卷曲。

四、优化策略与应用案例

1. 分子设计与改性

疏水缔合型 HPAM：引入疏水基团（如烷基链），通过分子内疏水缔合增强溶液粘度，提高桥接效率。例如，疏水改性 HPAM 在高温高盐油藏中增粘xiao果提高 50%。

双功能基团 HPAM：同时引入羧基（-COOH）和酰胺基（-CONH₂），兼顾静电吸附与氢键作用，适用于复杂矿粉体系。

2. 协同工艺集成

高压辊磨预处理：结合高压辊磨（HPGR）提高矿粉比表面积，增强 HPAM 吸附xiao果。例如，边料循环 50% 的铁精矿比表面积从 1200 cm²/g 增到 1650 cm²/g，生球质

量显著改善。

复合添加剂：与膨润土、氧化镁等协同使用，减少 HPAM 用量。例如，HPAM 与膨润土复配可减少 1.1% 膨润土用量，同时保持球团强度。

3. 典型应用案例

铁精矿球团：HPAM 添加量 0.2% 时，生球落下强度达 10 次 / 0.5m，焙烧球团抗压强度 2678N，满足工业生产要求。

磷矿粉造粒：HPAM 通过桥接作用使磷矿粉团聚体抗压强度从 15N / 粒提高到 50N / 粒，提高运输和冶炼效率。

高粘聚丙烯酰胺通过静电吸附、氢键作用和桥接效应，显著改善矿粉球团的致密化过程。其核心机制在于分子链构象、吸附层结构与颗粒表面特性的协同作用。