不同离子型PAM调控赤铁矿絮凝沉降的跨尺度机制研究

摘要

本研究围绕不同离子型聚丙烯酰胺(PAM)对-30μm超细赤铁矿颗粒絮凝沉降行为的调控作用，构建了“界面吸附-絮团结构-沉降性能”跨尺度响应模型，系统揭示了分子级吸附特性对宏观沉降性能的跨尺度影响机制.选取非离子型(NPAM)、阴离子型(APAM)、阳离子型(CPAM)和两性离子型(AmPAM)4种PAM类型，分别通过Zeta电位与吸附密度测试、傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线光电子能谱(XPS)表征、分子动力学模拟和扩展DLVO理论计算，分析其在吸附密度、吸附能及氢键形成等界面行为方面的差异.结果表明：APAM分子链伸展性强，界面结合最稳定，吸附能最低、氢键最多.进一步结合聚焦光束反射测量技术(FBRM)动态检测、扫描电子显微镜(SEM)形貌观察、分形维数与孔隙率分析，发现APAM体系形成的絮团平均弦长达519.5μm,分形维数为1.82,孔隙率仅为38.9%,结构致密性最优.在沉降阶段，APAM体系絮凝反应时间仅为1.01 s,上清液浊度为331 NTU,絮团浓度达51.9%,沉降性能显著优于其他体系.研究从分子、介观到宏观尺度定量阐明了PAM离子结构对赤铁矿絮凝过程的协同调控机制，为细粒矿浆絮凝剂的高效筛选与工艺优化提供了理论支撑.

关键词

絮凝沉降 / 聚丙烯酰胺 / 界面吸附 / 絮团结构 / 分子动力学模拟

基金资助

国家自然科学基金项目(51974066); 中央高校基本科研业务专项资金项目(N2201004)