矿粉球团冷压成型工艺中，高粘聚丙烯酰胺（HPAM）的优化旨在通过分子链的桥接、吸附及增粘作用，提高生球强度、抗变形能力和工艺稳定性。

一、冷压成型工艺特性与挑战

成型原理

依靠机械压力（通常 50-200 MPa）使矿粉颗粒产生塑性变形，通过颗粒间机械咬合、范德华力及粘结剂作用形成球团。

关键指标：生球抗压强度（≥800 N / 个）、落下强度（≥8 次 / 0.5 m）、抗粉化率（<5%）。

冷压成型难点

细粒级矿粉（<45μm 占比> 60%）：比表面积大，需更多粘结剂覆盖活性位点。

低水分要求：水分过高（>8%）易导致球团粘模，过低（<6%）则减少颗粒流动性。

环境min感性：球团在运输、储存中易吸湿软化，需增强抗水性能。

二、HPAM 在冷压成型中的强化机制

1. 颗粒间桥接与网络构建

分子链吸附：HPAM 通过酰胺基与矿粉表面羟基 / 金属氧化物形成氢键或配位键（如 HPAM 在磁铁矿表面与 Fe³⁺配位），将颗粒连接成三维网络。

实验数据：在铁精矿冷压成型中添加 0.15% HPAM（分子量 1800 万），生球抗压强度从 600 N / 个提高到 1500 N / 个。

2. 界面摩擦调控

润滑效应：HPAM 溶液减少颗粒间摩擦系数（从 0.5 降到 0.3），促进颗粒重排，减少应力集中。

抗裂机制：分子链的弹性变形可吸收外部应力，抑制裂纹扩展。

3. 抗水性能提高

疏水链段作用：HPAM 分子中的非离子酰胺基与疏水矿粉（如硫化矿）表面结合，减少水分渗透。

吸湿率对比：添加 HPAM 的铜精矿球团吸湿率从 15% 降到 8%，延长储存周期。

三、关键影响因素与优化策略

1. HPAM 分子参数优化

分子量选择：冷压成型可以使用分子量 1600-2000 万的 HPAM，过高易导致粘性过强（如 > 2500 万时压模脱模困难）。

水解度调控：中性到弱碱性环境（pH 7-9）下，水解度 25%-35% 的 HPAM 静电斥力适中，桥接效率zui高。

2. 工艺参数协同优化

添加量控制：存在zui佳浓度（通常 0.1%-0.2%），过量导致球团粘性过强（如添加量 > 0.25% 时压模堵塞率增加 20%）。

水分 - HPAM 协同：冷压成型zui佳水分范围为 6%-8%，搭配 0.15% HPAM 可形成稳定水膜与分子桥。

压力 - 保压时间：高压（150 MPa）下 HPAM 分子链更易伸展，保压时间需≥30 秒以确保吸附层稳定。

3. 环境适应性改性

耐湿 HPAM：接枝疏水性单体（如甲基丙烯酸甲酯），在潮湿环境中保持粘结性能。实验显示，改性 HPAM 使球团在 90% 湿度下强度保持率从 50% 提高到 80%。

pH 响应型 HPAM：引入酸性基团（如 - COOH），在碱性矿浆（pH>10）中释放羧酸根，增强与带负电矿粉的吸附。

四、工程应用案例

铁精矿冷压球团

工艺：铁精矿（-200 目占 65%）添加 0.18% HPAM（分子量 1800 万，水解度 30%），水分 7%，冷压压力 120 MPa。

xiao果：生球抗压强度 1600 N / 个，落下强度 12 次 / 0.5 m，满足长途运输需求。

铜精矿冷压成型

挑战：铜精矿含硫高（>25%），表面疏水，冷压易开裂。

解决方案：使用疏水改性 HPAM（含 10% 甲基丙烯酸甲酯），添加量 0.2%，配合 0.3% 膨润土。

结果：生球抗裂指数从 0.6 提高到 0.9，吸湿率从 12% 降到 6%。

五、未来研究方向

智能响应型 HPAM：开发温度 / 湿度双响应材料，在冷压时增强粘结，高温冶炼时快速分解。

纳m复合强化：引入纳m Al₂O₃或碳纳m管，形成 “HPAM - 纳m颗粒 - 矿粉” 三元网络，提高机械强度。

无铬化替代：针对不锈钢冶炼球团，开发无铬 HPAM 基粘结剂，解决传统铬系粘结剂的毒性问题。

高粘聚丙烯酰胺通过桥接网络构建、界面摩擦调控及抗水改性，显著提高矿粉球团冷压成型质量。优化需结合矿粉特性（粒度、表面电荷）、工艺参数（压力、水分）及

 HPAM 分子设计（分子量、水解度），未来可通过智能材料与纳m技术进一步突破冷压球团的强度ji限与环境适应性。