一、作用机理与技术基础

高粘聚丙烯酰胺（PAM）对矿粉成型性能的提高主要基于其独特的分子结构和化学特性。在成型过程中，PAM通过以下三种核心机制发挥作用：

吸附架桥效应

PAM分子链上的活性基团（如酰胺基、羧基）通过物理吸附或化学键合附着于矿粉颗粒表面。由于PAM分子量高达800万-2000万，其长链结构可在颗粒间形成三维网状结构

，将分散的矿粉颗粒桥联成致密团聚体。实验表明，当PAM添加量为0.8%-1.5%时，铁尾矿颗粒的团聚体粒径可从50μm增到200-300μm，显著提高成型坯体的密实度。

电荷中和作用

多数矿粉表面带有负电荷（如赤铁矿、磷灰石等），PAM的阳离子基团（如季铵盐基团）通过静电中和减少颗粒间排斥力。以云南某铜矿尾矿为例，添加阳离子度15%的

PAM后，矿浆Zeta电位从-25mV升到-12mV，颗粒碰撞概率提高40%，成型效率提高25%。

成膜包裹效应

PAM溶液在矿粉表面形成致密高分子膜，抑制水分迁移和颗粒离析。在煤矸石砖坯干燥过程中，PAM膜可减少内部毛细管作用导致的开裂，使坯体抗压强度从12MPa提高到

18MPa，同时干燥周期缩短30%。

二、关键性能提高表现

力学性能优化

抗压强度：金属矿粉成型坯体抗压强度提高50%-200%，如铁尾矿砖坯从8MPa增到18MPa

粘结强度：颗粒间结合力提高3-5倍，剪切强度可达1.2-2.5MPa

耐磨性：表面磨损率减少40%-60%，适用于高磨损工况的耐磨材料制备

成型工艺改善

流动性：矿粉休止角从45°降到30°-35°，流动性指数提高2个等级

成型密度：松装密度从1.2g/cm³增到1.6-1.8g/cm³

脱模效率：模具表面附着量减少50%，脱模周期缩短20%

环境适应性增强

耐水性：吸水率从15%降到5%以下，24小时浸泡后强度损失＜5%

热稳定性：热分解温度从200℃提高到250-280℃

抗冻融性：经50次冻融循环后质量损失率＜2%

三、影响因素与优化策略

矿粉特性适配

粒径分布：对D50＞200μm的粗颗粒矿粉（如铁矿砂），需选用分子量＞1500万的PAM；对D50＜50μm的细粉（如高岭土），分子量800-1200万更优

表面电位：根据Zeta电位选择对应离子度产品（阴离子型适用于pH＞7体系，阳离子型适用于pH＜6体系）

含水率控制：矿粉含水率需＜8%，过高时需预干燥到4%以下以保证PAM吸附效率

PAM参数优化

分子量选择：成型强度需求高时选1200-1800万分子量，流动性需求高时选800-1200万

水解度调节：水解度15%-25%时吸附容量zui大，25%-35%时成膜性zui佳

复合改性技术：接枝淀粉或纳mSiO₂可使粘结强度提高30%-50%

工艺参数控制

搅拌强度：吸附阶段需保持300-500rpm剪切力，时间控制在3-5分钟

干燥梯度：采用阶梯式干燥（25℃→60℃→80℃），避免应力开裂

添加剂协同：与0.1%-0.3%膨润土复配可使成型体抗压强度提高40%

四、工业化应用要点

选型验证体系

建立L9(3^4)正交实验模型，系统考察矿粉粒径、PAM类型、固含量三者的交互影响。某磷石膏基建材生产线通过该模型确定zui佳参数组合：阳离子PAM（离子度18%）+

粒径D50=120μm的矿粉+固含量18%，综合成本减少15%。

设备适配改造

输送系统：采用双螺旋送料器，转速匹配PAM吸附动力学曲线

成型模具：内壁增加0.5mm深纹理结构，脱模效率提高25%

在线监测：安装粘度-温度联控系统，实时调节PAM溶解度（维持25-35mPa·szui佳范围）

环保与经济性平衡

残单控制：选择单体残留＜0.03%的高纯度产品，符合GB/T 31888-2015标准

能耗优化：通过工艺改进使吨矿粉处理能耗从12kW·h降到8kW·h

固废利用：在煤矸石成型中替代30%-50%水泥，年减少CO₂排放1.2万吨/万吨级生产线

五、案例分析

云南某铜矿采用改性阳离子PAM（分子量1500万，离子度20%）处理氧化铜尾矿，成型后精矿含水率从12%降到6%，回收率从78%提高到89%，吨处理成本减少0.8元。该

工艺已成功推广到3个省级矿区，年处理尾矿量超500万吨。

高粘聚丙烯酰胺通过分子层面的相互作用显著改善矿粉成型性能，其应用需结合矿粉物性、工艺条件和环境要求进行系统优化。未来发展方向将聚焦于智能材料开发与多尺度

模拟技术的深度融合，推动矿粉资源的gao效利用与绿色加工。