高粘聚丙烯酰胺（HPAM）对铁矿粉球团抗压性能的强化是一个涉及分子吸附、颗粒桥联、界面改性及结构调控的多尺度协同过程，其核心机制有以下四个wei度：

一、分子吸附与颗粒桥联机制：构建跨颗粒连接网络

HPAM 分子链含大量酰胺基（-CONH₂）和羧基（-COO⁻），在水溶液中因极性基团水化作用呈舒展状态，其长链结构（分子量通常 1500-2000 万）可同时吸附多个铁矿粉

颗粒表面的活性位点：

多重吸附作用力：

静电作用：铁矿粉（如赤铁矿、磁铁矿）表面在中性到弱碱性条件下带负电荷，HPAM 分子链上的羧基离解后带负电，二者通过 “电荷补丁” 效应局部中和表面电荷，促进

吸附；

氢键与配位键：酰胺基与铁矿粉表面羟基（-OH）或 Fe³+/Fe²+ 离子形成氢键或配位键（如 Fe³+ 与酰胺基 N 原子的孤对电子结合），单分子吸附能达 20-30 kJ/mol，显

著增强界面结合稳定性。

跨颗粒桥联效应：

单个 HPAM 分子可吸附 3-5 个铁矿粉颗粒（平均粒径 50-100 μm），形成 “颗粒 - 聚合物 - 颗粒” 桥联结构，将分散颗粒连接成三维网络。这种桥联作用使颗粒间有效接

触面积增加 30% 以上，单位体积内连接点密度提高，从而将外部压力均匀分散到整个网络，减少局部应力集中，显著提高球团的抗压缩能力。

二、界面结合力增强：吸附层的力学强化作用

在球团成型过程中，HPAM 在铁矿粉颗粒界面形成厚度 50-100 nm 的吸附层，通过以下方式强化界面性能：

减少界面能与促进颗粒融合：

吸附层减少颗粒间界面能，促使细颗粒（<45 μm 占比高时）更易相互靠近并融合，减少孔隙缺陷。同时，分子链的缠绕和化学键合作用（如酰胺基与铁矿物表面的共价键倾

向）使颗粒间界面剪切强度提高 40% 以上，有效抑制颗粒相对滑动。

弹性与刚性协同缓冲应力：

HPAM 分子链兼具弹性与刚性特征：弹性段（如未离解的酰胺基链段）在受压时发生可逆形变，吸收应力能量；刚性段（如离解的羧基富集区）提供结构支撑，阻碍裂纹扩

展。这种 “刚柔并济” 的界面层使球团在承受载荷时，裂纹萌生与扩展的临界应力值显著提高。

三、水分调控与结构致密化：优化颗粒堆积状态

HPAM 的高粘性和保水能力对铁矿粉颗粒的水分分布和排列方式产生关键影响：

水分均匀化与毛细管力增强：

HPAM 溶液的高粘度（1000-1500 mPa・s）延缓水分迁移，使矿粉含水率波动控制在 ±0.5% 以内，避免因局部水分流失导致的干裂或因水分过多引发的颗粒滑移。同时，

吸附层中的亲水基团（如羧基）固定水分子，形成稳定水膜（厚度 2-5 nm），增强颗粒间毛细管力，促进细颗粒紧密堆积，生球孔隙率从 40% 降到 32%，单位体积颗粒接

触点数增加 20%，为抗压强度奠定结构基础。

颗粒重排与絮团致密化：

在搅拌或成型压力作用下，HPAM 分子链的桥联作用引导颗粒定向重排，形成 “核 - 壳” 结构絮团（粗颗粒为核，细颗粒与聚合物为壳），絮团密度从 1.8 g/cm³ 提高到 

2.1 g/cm³，生球抗压强度随絮团密度呈线性增长（每增加 0.1 g/cm³，强度提高约 300 N / 个）。

四、焙烧过程协同作用：孔隙与晶相结构优化

HPAM 在球团焙烧阶段（800-1200℃）的分解行为对zui终抗压性能产生双重影响：

孔隙结构调控：

高温下 HPAM 分子链断裂，释放 CO₂、H₂O 等气体，形成微米级连通孔（孔径 1-5 μm）。这些孔隙均匀分布于球团内部，既避免气体滞留导致的内部应力集中，又为还原

气体（如 CO、H₂）提供扩散通道，促进铁矿物还原。同时，孔隙的存在使裂纹扩展路径复杂化，抗裂纹扩展能力提高 30% 以上。

晶相转化与固相烧结促进：

HPAM 分解残留的碳基基团（约 0.1%-0.3%）作为还原剂，减少 Fe³+ 迁移活hua能，加速 Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO 的还原反应，促进铁橄榄石（Fe₂SiO₄）等低熔点矿物生成

，填充颗粒间隙并增强晶界结合。焙烧后球团的晶界强度从 150 MPa 提高到 220 MPa，zui终抗压强度可达 2500-3000 N / 个，较未添加组提高 40%-60%。

五、机制协同效应与关键影响因素

上述机制并非独立作用，而是通过以下协同路径强化抗压性能：

分子吸附→桥联成网→结构致密化：从微观吸附到宏观网络构建，形成跨尺度强度支撑；

水分调控→界面稳定→应力缓冲：通过水分管理优化颗粒排列，减少缺陷并提高界面韧性；

焙烧分解→孔隙优化→晶相固结：在高温阶段通过物理化学变化进一步增强整体结构。

其中，HPAM 的分子量（1600-1800 万时桥联效率zui佳）、添加量（zui佳 0.1%-0.2%，过量导致链缠绕削弱强度）及矿粉粒度（细粒级需更高吸附位点覆盖）是影响机制

发挥的关键参数。通过调控这些因素，可实现从分子链构象到球团宏观强度的精准优化。

高粘聚丙烯酰胺对铁矿粉球团抗压性能的强化，本质是通过分子链的吸附桥联、界面层的力学缓冲、水分分布的均匀化及焙烧过程的结构调控，形成多wei度协同增强xiao应

。这一机制既提高了生球的初始强度，又通过高温阶段的物理化学变化优化了zui终冶金结构，为铁矿粉球团的高强度制备提供了理论与技术支撑。未来研究可结合原位观测

技术，进一步揭示 HPAM 分子链在球团成型与焙烧过程中的动态演化规律，推动强化机制的精准解析与工艺优化。