Anionische versus niet-ionische polyacrylamidevlokmiddelen: toepassingen in de mijnbouw

ON 24 . Oct . 2025

1.1 Anionisch polyacrylamide

Anionisch polyacrylamide (PAM) is een in water oplosbaar polymeer dat een negatieve lading draagt. Het wordt vaak gebruikt in verschillende industriële toepassingen, zoals afvalwaterzuivering en papierproductie. De negatieve lading van het polymeer maakt het effectief bij het uitvlokken van positief geladen deeltjes, waardoor de verwijdering ervan uit waterige systemen wordt vergemakkelijkt.

1.1.1 Definitie en chemische structuur

Anionisch polyacrylamide wordt gemaakt door acrylamidemonomeren te polymeriseren in aanwezigheid van een geschikt anionisch comonomeer, zoals acrylzuur. Dit proces leidt tot de vorming van lange ketens met een overwegend negatieve lading. De chemische structuur bestaat uit zich herhalende acrylamide-eenheden, waarbij de anionische groepen aan de polymeerskelet zijn bevestigd. De negatieve lading ontstaat door de aanwezigheid van carboxylgroepen (-COOH) in de polymeerketen.

1.1.2 Eigenschappen van anionische PAM

Effectief in het binden aan positief geladen deeltjes, zoals klei, metalen en zwevende stoffen.
Hoog molecuulgewicht, wat de uitvlokking en de helderheid van het water helpt verbeteren.
Wateroplosbaar en kan in hoge concentraties gels vormen, waardoor het vermogen om verontreinigingen te verwijderen wordt vergroot.
Relatief stabiel in een breed pH-bereik (doorgaans pH 3-11), hoewel de prestaties kunnen worden beïnvloed door een hoog zoutgehalte.
Lage toxiciteit, waardoor het veilig is voor gebruik in verschillende milieutoepassingen.

1.1.3 Toepassingen: afvalwaterzuivering, papierproductie, enz.

Afvalwaterbehandeling: Anionische PAM wordt veel gebruikt bij de behandeling van gemeentelijk en industrieel afvalwater om zwevende stoffen, oliën en andere verontreinigingen te verwijderen. Het helpt bij het coaguleren en uitvlokken van deeltjes, zodat ze gemakkelijker kunnen worden verwijderd door bezinking of filtratie.
Papier maken: In de papierindustrie wordt anionisch PAM gebruikt als retentiehulpmiddel, waardoor de retentie van vezels en vulstoffen wordt verbeterd en de afvoersnelheid van papierpulp wordt verbeterd.
Mijnbouw: In de mijnbouw wordt anionisch PAM gebruikt voor het beheer van residuen, wat helpt bij het scheiden van vaste stoffen en vloeistoffen en het verbeteren van de algehele efficiëntie van mineraalverwerkingsactiviteiten.
Olie en gas: Het wordt in de olie- en gasindustrie gebruikt voor verbeterde oliewinningsprocessen, helpt olie van water te scheiden en verbetert de efficiëntie van booractiviteiten.

1.2 Niet-ionisch polyacrylamide

Niet-ionisch polyacrylamide (PAM) is een type polyacrylamide dat geen enkele lading draagt. Het is neutraal van aard en wordt vaak gebruikt in situaties waarin de ionische lading minder kritisch is. Niet-ionische PAM heeft brede toepassingen in industrieën zoals bodemconditionering, textielverwerking en mijnbouw, vanwege zijn veelzijdige aard en compatibiliteit met een breed scala aan waterchemie.

1.2.1 Definitie en chemische structuur

Niet-ionisch polyacrylamide wordt gesynthetiseerd uit acrylamidemonomeren zonder de opname van enige anionische of kationische groepen. De structuur bestaat uit een polymeerketen gemaakt van acrylamide-eenheden, die geen netto elektrische lading bezitten. Deze neutraliteit zorgt ervoor dat niet-ionische PAM stabieler is in systemen met variërende ionische omstandigheden, waardoor het ideaal is voor bepaalde industriële toepassingen.

1.2.2 Eigenschappen van niet-ionische PAM

Neutrale lading, waardoor het veelzijdiger en compatibeler is met een breder scala aan waterchemie.
Matig molecuulgewicht dat effectieve uitvlokking mogelijk maakt en overmatige gelvorming vermijdt.
Goede prestaties in water met een hoge hardheid of zoutgehalte, waar andere soorten PAM mogelijk niet zo effectief zijn.
Stabieler onder zure en alkalische omstandigheden vergeleken met andere PAM-typen.
Lage toxiciteit, waardoor het veilig is voor gebruik in milieutoepassingen zoals bodemconditionering en waterbehandeling.

1.2.3 Toepassingen: bodemverbetering, textielindustrie, mijnbouw

Bodemverbetering: Niet-ionische PAM wordt vaak gebruikt om de bodemstructuur en het vasthouden van water in de landbouw te verbeteren. Het helpt bodemerosie te voorkomen door bodemdeeltjes te binden en een betere waterinfiltratie te bevorderen.
Textielindustrie: In de textielindustrie wordt niet-ionische PAM gebruikt in verfprocessen om de efficiëntie van het watergebruik te verbeteren en om de herafzetting van kleurstoffen op stoffen te voorkomen.
Mijnbouw: Niet-ionische PAM wordt in de mijnbouw gebruikt voor de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen, vooral bij de verwerking van residuen en minerale slurries.
Waterbehandeling: Niet-ionische PAM wordt ook gebruikt bij de waterbehandeling om het zuiveringsproces te verbeteren, waarbij onzuiverheden worden verwijderd zonder extra ionische lading aan het systeem toe te voegen.

1.3 Kationisch polyacrylamide

Kationisch polyacrylamide (PAM) is een polymeer met een positief geladen ruggengraat. Het wordt vaak gebruikt voor toepassingen waarbij het nodig is negatief geladen deeltjes uit te vlokken. Het vermogen om te interageren met negatief geladen deeltjes zoals klei en organische materialen maakt het ideaal voor bepaalde waterbehandelingsprocessen, maar ook voor andere industriële toepassingen zoals het maken van papier en het ontwateren van slib.

1.3.1 Definitie en chemische structuur

Kationisch polyacrylamide wordt gemaakt door acrylamidemonomeren te polymeriseren met kationische comonomeren, zoals diallyldimethylammoniumchloride. Hierdoor krijgt de polymeerketen een positieve lading. De chemische structuur van kationisch PAM omvat dezelfde acrylamide-ruggengraat als andere PAM-typen, maar met de toegevoegde functionaliteit van positief geladen groepen, die het vermogen ervan om zich aan negatief geladen materialen te binden vergroten.

1.3.2 Eigenschappen van kationische PAM

Positief geladen, waardoor het zeer effectief is voor het uitvlokken van negatief geladen deeltjes.
Hoog molecuulgewicht, wat bijdraagt aan sterke vlokvorming en verbeterde waterhelderheid.
Effectiever in zure omstandigheden vergeleken met anionisch PAM, omdat het beter kan interageren met negatief geladen materialen.
Kan in hoge concentraties gels vormen, nuttig bij ontwateringstoepassingen.
Over het algemeen gevoeliger voor een hoog zoutgehalte en extreme pH-waarden, wat de prestaties kan beïnvloeden.

1.3.3 Toepassingen: waterbehandeling, slibontwatering, enz.

Waterbehandeling: Kationische PAM wordt vaak gebruikt bij gemeentelijke en industriële waterbehandeling om zwevende vaste stoffen en organische verontreinigingen te helpen verwijderen door uitvlokking en bezinking te bevorderen.
Slibontwatering: Het wordt vaak gebruikt bij slibontwateringsprocessen, waarbij het helpt om slibdeeltjes te agglomereren, waardoor het gemakkelijker wordt om ze van water te scheiden.
Pulp- en papierindustrie: Kationische PAM wordt in de papierindustrie gebruikt als retentie- en drainagehulpmiddel, waardoor de papiersterkte en kwaliteit worden verbeterd.
Olie- en gasindustrie: In de olie- en gasindustrie wordt het gebruikt in boorvloeistoffen om de viscositeit te verbeteren en te helpen bij het verwijderen van vaste stoffen.

2. Belangrijkste verschillen tussen anionisch en niet-ionisch polyacrylamide

2.1 Kosten en de betekenis ervan

Het belangrijkste verschil tussen anionisch en niet-ionisch polyacrylamide ligt in hun ladingseigenschappen. Anionisch polyacrylamide heeft een negatieve lading, waardoor het geschikt is om zich te binden met positief geladen deeltjes in water, zoals zware metalen of zwevende stoffen. Niet-ionisch polyacrylamide daarentegen heeft geen lading en is effectiever in neutrale of licht alkalische omstandigheden, waar het kan uitvlokken zonder dat elektrostatische interacties nodig zijn. Dit maakt niet-ionische PAM ideaal voor processen zoals bodemconditionering, waarbij het primaire doel het verbeteren van de waterretentie is zonder de ionenbalans van het systeem te beïnvloeden.

2.2 Prestaties in verschillende wateromstandigheden

De prestaties van polyacrylamide-flocculanten kunnen aanzienlijk variëren, afhankelijk van de wateromstandigheden zoals pH, zoutgehalte en temperatuur. Anionische PAM werkt het beste in omgevingen met een lichtzure tot neutrale pH, waar de negatieve lading behouden kan blijven. In omstandigheden met een hoog zoutgehalte kan de effectiviteit van anionische PAM echter afnemen als gevolg van ladingscreeningseffecten, die het uitvlokvermogen verminderen.

Niet-ionische PAM, die ladingsneutraal is, wordt minder beïnvloed door veranderingen in de pH of het zoutgehalte en kan goed presteren in een breed scala aan waterchemie. Dit maakt hem veelzijdiger voor industriële toepassingen, vooral in omgevingen met fluctuerende of hoge zoutgehaltes.

2.3 Vlokgrootte en stabiliteit

Vlokgrootte en stabiliteit zijn cruciale factoren voor de effectiviteit van polyacrylamide-vlokmiddelen. Anionisch polyacrylamide produceert doorgaans grotere, stabielere vlokken vanwege de negatieve lading, die positief geladen deeltjes in water aantrekt. Deze grotere vlokken zijn ideaal voor toepassingen zoals afvalwaterzuivering, waarbij een snelle scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen vereist is.

Niet-ionisch polyacrylamide vormt daarentegen kleinere vlokken die minder stabiel zijn maar zeer effectief in omstandigheden waarin aggregatie van fijne deeltjes noodzakelijk is. De kleinere vlokken maken het geschikt voor gebruik in toepassingen waar een meer geleidelijke scheiding de voorkeur heeft, zoals in de textielindustrie, waar textielkleurstoffen en andere kleine deeltjes moeten worden verwijderd zonder te klonteren.

2.4 Doserings- en kostenoverwegingen

Als het om de dosering gaat, vereist anionische PAM over het algemeen een lagere concentratie om effectieve uitvlokking te bereiken in vergelijking met niet-ionische PAM, vooral in omgevingen met een hoge ionsterkte. Dit kan anionische PAM kosteneffectiever maken in toepassingen waarbij grote hoeveelheden vlokmiddel nodig zijn.

Voor niet-ionische PAM zijn mogelijk hogere doseringen nodig om vergelijkbare uitvlokkingsprestaties te bereiken, wat in de loop van de tijd tot hogere kosten kan leiden. De bredere toepasbaarheid ervan in verschillende wateromstandigheden kan het echter een meer economische keuze maken in industrieën met variabele operationele omstandigheden, zoals mijnbouw of bodemconditionering.

3. Niet-ionisch polyacrylamide in mijnbouwtoepassingen

3.1 Specifieke toepassingen in de mijnbouw

3.1.1 Beheer van residuen

Niet-ionisch polyacrylamide (PAM) wordt veel gebruikt in de mijnbouw voor het beheer van residuen, die bijproducten zijn van de winning van mineralen. Tailings zijn vaak een mix van fijne deeltjes, water en chemicaliën, waardoor effectief beheer vereist is om milieuschade te voorkomen. Niet-ionische PAM helpt bij het uitvlokkingsproces, waarbij fijne deeltjes agglomereren tot grotere vlokken, waardoor ze gemakkelijker van water te scheiden zijn. Dit vermindert de hoeveelheid residuen aanzienlijk en verbetert de helderheid van het water dat weer in het milieu terechtkomt.

3.1.2 Minerale verwerking

Bij de verwerking van mineralen wordt niet-ionische PAM gebruikt om de efficiëntie van de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen te verbeteren. Het helpt bij het flotatieproces, waarbij waardevolle mineralen worden gescheiden van ganggesteentematerialen. Door de vorming van grote, stabiele vlokken te bevorderen, helpt niet-ionische PAM bij het verwijderen van onzuiverheden en verbetert het de algehele opbrengst aan geëxtraheerde mineralen. Bovendien zorgt de neutrale lading ervoor dat het de chemische reacties die optreden tijdens de verwerking van mineralen niet verstoort, waardoor het in deze context een betrouwbare keuze is.

3.1.3 Stofbeheersing

Niet-ionische PAM wordt ook gebruikt voor stofbeheersing bij mijnbouwactiviteiten, vooral in dagbouwmijnen. De toepassing van PAM op wegen en voorraden helpt stofdeeltjes aan elkaar te binden, waardoor stofdeeltjes in de lucht worden verminderd en de luchtkwaliteit wordt verbeterd. Dit is vooral belangrijk voor de veiligheid van werknemers en voor het voldoen aan de milieuvoorschriften. Het vermogen van niet-ionische PAM om vocht vast te houden, helpt ook bij het handhaven van stofonderdrukking gedurende langere perioden, zelfs in droge omstandigheden.

3.2 Voordelen van niet-ionische PAM in de mijnbouw

3.2.1 Verbeterde scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen

Een van de belangrijkste voordelen van niet-ionische PAM in de mijnbouw is het vermogen ervan om de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen te verbeteren. Door fijne deeltjes samen te voegen tot grotere vlokken, vergemakkelijkt niet-ionische PAM een snellere bezinking en gemakkelijker verwijdering van vaste stoffen uit de vloeibare fase. Dit is van cruciaal belang bij processen als het beheer van residuen en de behandeling van afvalwater, waarbij de scheiding van water en vast afval een cruciale stap is. De verbeterde efficiëntie van dit proces vermindert de milieu-impact van mijnbouwactiviteiten en helpt water te recyclen voor hergebruik.

3.2.2 Verminderd waterverbruik

Een ander voordeel van het gebruik van niet-ionische PAM in de mijnbouw is het potentieel om het waterverbruik te verminderen. Door de scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen te verbeteren, wordt een betere waterterugwinning mogelijk gemaakt, waardoor de behoefte aan zoet water bij mijnbouwprocessen wordt verminderd. Dit is vooral waardevol in gebieden waar waterbronnen schaars zijn of waar milieuregelgeving de vermindering van het waterverbruik bij industriële activiteiten verplicht stelt. De rol van niet-ionische PAM bij het vergroten van de efficiëntie van waterbehandelings- en terugwinningssystemen draagt rechtstreeks bij aan duurzamere mijnbouwpraktijken.

3.2.3 Verbeterde milieunaleving

Niet-ionische PAM helpt mijnbouwbedrijven ook te voldoen aan de milieuvoorschriften door de kwaliteit van het water dat vrijkomt in omliggende ecosystemen te verbeteren. Door te helpen bij de verwijdering van fijne deeltjes en chemicaliën uit afvalwater, zorgt niet-ionische PAM ervoor dat het effluent voldoet aan de strenge normen van regelgevende instanties. Dit is vooral belangrijk bij het minimaliseren van de impact van mijnbouwactiviteiten op lokale waterbronnen, het behoud van aquatische ecosystemen en het handhaven van de gezondheid van omliggende gemeenschappen.

4. Overwegingen bij het selecteren van een vlokmiddel in de mijnbouw

4.1 Waterchemie (pH, TDS, enz.)

De waterchemie is een van de meest kritische factoren bij het selecteren van een vlokmiddel voor mijnbouwprocessen. Parameters zoals pH, totaal opgeloste vaste stoffen (TDS) en ionsterkte kunnen de prestaties van het vlokmiddel beïnvloeden. Inzicht in de chemische samenstelling van het water helpt bij het bepalen van het meest effectieve type vlokmiddel voor een optimale scheiding van vaste stoffen en vloeistoffen.

- Een omgeving met een hoge pH kan de ladingsverdeling op het polymeer beïnvloeden, waardoor het vermogen om deeltjes efficiënt te aggregeren verandert. - Voor water met een hoog TDS of zoutgehalte kan niet-ionisch polyacrylamide de voorkeur verdienen, omdat dit beter presteert in zoute omstandigheden. - De aanwezigheid van bepaalde mineralen kan de effectiviteit van het vlokmiddel beïnvloeden, waardoor een aanpak op maat nodig is, gebaseerd op de chemische samenstelling van het water.

4.2 Erts- en gangsteenmaterialen

Het type erts en de ganggesteentematerialen die aanwezig zijn in het mijnbouwproces hebben een aanzienlijke invloed op de keuze van een vlokmiddel. Verschillende ertsen hebben verschillende oppervlakteladingen, afmetingen en minerale samenstellingen, die allemaal verschillend reageren op vlokmiddelen. De aard van het ganggesteentemateriaal kan de bezinkingssnelheid van de vlokken en de algehele efficiëntie van het scheidingsproces beïnvloeden.

Als er bijvoorbeeld met sulfide-ertsen wordt gewerkt, kan een kationisch polyacrylamide de voorkeur verdienen vanwege zijn vermogen om zich te binden aan de negatief geladen oppervlakken van de ertsdeeltjes. Omgekeerd zou voor silicaatertsen een anionisch vlokmiddel beter kunnen werken.

4.3 Gewenste vlokgrootte en bezinkingssnelheid

De vereiste vlokgrootte en bezinkingssnelheid zijn essentiële factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij de keuze van een vlokmiddel. De vlokgrootte bepaalt de efficiëntie van het vast-vloeistofscheidingsproces, terwijl de bezinkingssnelheid van invloed is op de snelheid waarmee de vlokken uit het water kunnen worden verwijderd.

- Voor slurries met een hoge dichtheid of verdikte staarten zijn doorgaans grotere vlokken nodig voor een efficiënte scheiding. - In toepassingen waarbij een snelle bezinking cruciaal is, worden vlokmiddelen aanbevolen die grotere, compactere vlokken produceren. - Voor fijne deeltjes of verdunde slurries kunnen kleinere vlokken met een groter oppervlak nuttig zijn om het ontwateringsproces te optimaliseren.

4.4 Regelgevende vereisten

Naleving van de regelgeving is een andere belangrijke factor bij het kiezen van een vlokmiddel voor mijnbouwtoepassingen. Veel regio's hebben strenge milieuregels met betrekking tot de lozing van afvalwater en het gebruik van bepaalde chemicaliën. Daarom is het selecteren van een vlokmiddel dat voldoet aan de lokale regelgevingsnormen cruciaal voor zowel operationeel succes als milieubescherming.

- Niet-giftige en biologisch afbreekbare vlokmiddelen hebben vaak de voorkeur in industrieën waar de impact op het milieu een probleem is. - Het is essentieel om te verifiëren dat het geselecteerde vlokmiddel geen beperkte chemicaliën bevat en voldoet aan internationale normen, zoals REACH- of EPA-regelgeving.