相互作用力及液膜排液动力学研究进展

颗粒气泡间相互作用力及液膜薄化破裂动力学是揭示浮选黏附机理的核心,也是近年来浮选胶体化学领域的研究热点。为深入明晰浮选黏附机理,对当前颗粒气泡间相互作用力及液膜排液动力学模型理论研究进展进行了系统综述。对于颗粒气泡间相互作用力,疏水引力可克服颗粒气泡间范德华力和静电斥力,诱发黏附。不同作用程范围内疏水力的来源机制不同:长程疏水力(20 nm)主要源于固液界面亚微米/纳米气泡桥接,而短程疏水力(20 nm)则主要源于固液界面水分子重排效应。由于疏水力强烈的吸引性和气液界面变形,颗粒气泡间疏水力的定量表征仍存在较大的挑战。对于颗粒气泡间液膜排液动力学模型,最具代表性的有Stefan-Reynolds平坦膜模型,Taylor模型和Stokes-Reynolds-Young-Laplace(SRYL)模型。Stefan-Reynolds及Taylor模型并未考虑排液过程中气泡表面曲率的变化,其应用存在着较大的局限性。SRYL模型则在描述液膜薄化速率的同时,兼顾了气泡表面在流体力和表面力等外力作用下的变形行为。在给定起始与边界条件下,SRYL模型通过数值迭代法与液膜排液试验测试结果对比,可以计算出颗粒气泡间的相互作用力信息;也可通过与相互作用力试验结果对比获得液膜排液数据。在今后的研究中,应重点将SRYL模型与试验测试相结合,对颗粒气泡间疏水力进行定量表征,揭示浮选黏附机理。     

微细粒矿物浮选综述：增大颗粒表观尺寸与减小气泡直径

微细粒矿物的浮选回收是世界性难题,增大颗粒表观直径与减小气泡尺寸为解决该难题的有效途径。论文综述了增大颗粒表观直径的四种方法：疏水絮凝浮选、载体浮选、选择性絮凝浮选和剪切絮凝浮选,详细阐述了其在矿物加工领域中的应用及机理,尤其是增大颗粒表观粒径过程中新药剂的最新研究进展及应用领域。从减小气泡尺寸角度出发,以微纳米气泡在矿物加工领域的应用研究为落脚点,阐述了微纳米气泡现有的稳定性机理,为后续微纳米气泡稳定性机理的深入研究提供参考;系统介绍了微纳米气泡在不同种类微细粒矿物浮选中的应用现状;从微纳米气泡与颗粒间界面作用机理出发,详细阐述了微纳米气泡在界面作用中的角色;举例介绍了微纳米气泡浮选设备的研究进展。提出微纳米气泡强化细粒浮选的机理需要进一步明确,基于微纳米气泡、矿浆精准可控的微纳米气泡浮选设备是微细粒矿物浮选的重要研究方向。     

微纳米气泡对典型细粒氧化矿物浮选的影响及机理

细粒浮选是一直以来困扰选矿工作者的一大难题,其研究热度与日俱增。针对典型的细粒氧化矿单 矿物锡石、黑钨、白钨、石英,采用微纳米气泡浮选法,拟通过引入微纳米气泡及控制固气界面性质强化细粒矿物的 浮选效果,找出气泡性质与细粒矿物浮选行为间的联系,并探讨其机理。结果表明,经微纳米气泡溶液预处理的细 粒矿物浮选回收率提高明显,四种矿物的回收率均有不同程度的提高（5~15 个百分点）;同时,相比传统浮选,适当 降低微纳米气泡浮选的捕收剂浓度也能获得相近甚至更好的回收效果。沉降试验表明微纳米气泡可使细粒矿物 发生团聚,体积增大,导致颗粒与气泡的碰撞概率提高。接触角及诱导时间测试结果表明微纳米气泡可增大矿物 表面的润湿性,经微纳米气泡溶液处理后的矿物表面接触角明显增大,且气泡与矿物的黏附成功概率也更高。这 一结果对通过控制微纳米气泡行为、强化细粒矿物浮选效果、降低药剂用量具有重要意义。     

颗粒气泡黏附科学:基于AFM和DWFA的颗粒气泡间疏水作用力研究

为探索颗粒气泡体系疏水力的长程及短程来源机制,分别采用原子力显微镜(AFM)和浮选动态润湿膜分析仪(DWFA)对气泡与同一疏水玻璃基板间的疏水力进行测试。AFM发现气泡与亲水性玻璃基板间的相互作用力为单调斥力作用,体系不存在诱发液膜失稳的引力作用项。疏水性颗粒气泡间的液膜是不稳定的,当AFM负载力到达19. 3 nN时,力曲线中观察到了明显的跳入黏附现象。疏水玻璃与气泡间的疏水力以3. 50 nm的衰减长度按单指数模型衰减,液膜在32. 96 nm临界破裂厚度处破裂。该疏水力倾向于一种短程力(50 nm),其源自界面的水分子重排熵效应。DWFA法同样发现亲水性玻璃基板与气泡间的液膜是稳定的,当总分离压力与气泡内部拉普拉斯压力相等时,液膜到达133 nm的平衡膜厚度。疏水性玻璃基板与气泡间的液膜是不稳定的,液膜发生快速薄化并分别在185 nm临界膜厚处破裂。对疏水力进行定量求解发现该力以47. 30 nm的衰减长度衰减,所获得的疏水力为一种长程作用力,该力源于固液界面纳米气泡空化效应。AFM和DWFA排液试验中所用的气泡尺寸分别为微米级及毫米级,疏水力受气泡本身的尺寸影响,与气泡表面的毛细波传播有关,在吸引力作用下大气泡表面会形成更强烈的毛细波震荡。由于疏水界面水分子的热力学不稳定性,这种界面波动会诱发疏水固液界面空化气泡的析出,增加了引力作用程。     

微纳米气泡对典型细粒氧化矿物浮选的影响及机理

细粒浮选是一直以来困扰选矿工作者的一大难题，其研究热度与日俱增。针对典型的细粒氧化矿单 矿物锡石、黑钨、白钨、石英，采用微纳米气泡浮选法，拟通过引入微纳米气泡及控制固气界面性质强化细粒矿物的 浮选效果，找出气泡性质与细粒矿物浮选行为间的联系，并探讨其机理。结果表明，经微纳米气泡溶液预处理的细 粒矿物浮选回收率提高明显，四种矿物的回收率均有不同程度的提高（5~15 个百分点）；同时，相比传统浮选，适当 降低微纳米气泡浮选的捕收剂浓度也能获得相近甚至更好的回收效果。沉降试验表明微纳米气泡可使细粒矿物 发生团聚，体积增大，导致颗粒与气泡的碰撞概率提高。接触角及诱导时间测试结果表明微纳米气泡可增大矿物 表面的润湿性，经微纳米气泡溶液处理后的矿物表面接触角明显增大，且气泡与矿物的黏附成功概率也更高。这 一结果对通过控制微纳米气泡行为、强化细粒矿物浮选效果、降低药剂用量具有重要意义。     

颗粒气泡黏附科学——宏观尺度下颗粒气泡黏附研究进展及困境

颗粒气泡黏附指从颗粒与气泡相遇开始到液膜发生薄化破裂最后至三相润湿周边铺展形成稳定矿化气絮体的过程,是浮选中的核心作用单元。然而浮选颗粒气泡黏附机理至今仍不明确。黏附过程主要受颗粒气泡的表面物理化学性质及溶液化学条件影响,表面力及流体作用力协同支配微纳尺度下颗粒气泡间液膜薄化破裂行为。排液过程中气液界面的变形效应进一步增加了系统复杂性,上述因素使得颗粒气泡黏附的理论研究及试验探索步履维艰。早期关于颗粒气泡黏附的研究主要聚焦于黏附概率,其中宏观尺度下的诱导时间测试占据主导地位,通过诱导时间结果计算黏附概率。对国内外宏观尺度下颗粒气泡黏附概率模型及研究技术手段进展展开全面综述,并对现有技术瓶颈及局限进行分析。诱导时间测量仪及高速动态摄影技术大大促进了浮选工作者对颗粒气泡黏附的理解,“诱导时间与实际浮选回收率具有着良好的相关关系”也已经被广泛证明。然而因微纳尺度下的表面力及液膜薄化动力学信息的缺失导致宏观诱导时间并不能从基础层面揭示颗粒气泡的黏附机理,微纳尺度下颗粒气泡间相互作用力及液膜薄化动力学的定量测试表征是技术发展的必然趋势,其可为浮选微观矿化反应过程提供新的理论视角,同时也为难浮煤及难选矿浮选过程强化提供理论支撑。     

颗粒气泡黏附科学——微纳尺度下颗粒气泡黏附试验研究进展

自20世纪30年代始,微纳尺度下的颗粒气泡黏附就引起了学者的广泛关注并逐渐涌现出一系列试验技术探索颗粒气泡黏附机理。在宏观尺度下颗粒气泡黏附研究进展的基础上,系统的对微纳尺度下颗粒气泡间相互作用力及液膜薄化破裂动力学试验技术研究进展进行综述。技术总体上可以分为两类:力测量法及排液法。排液法是通过光学显微干涉技术直接获得气液界面变形及排液动力学数据,通过耦合扩展DLVO理论及排液方程求解作用力信息,如单气泡撞板显微干涉技术、薄膜压力平衡技术及表面力分析仪等。力测量法则主要是借助胶体探针原子力显微镜(AFM)测试颗粒气泡间表面力及流体阻力,通过流体力学排液模型模拟液膜薄化破裂动力学行为。排液法和力测量法均发现疏水力是颗粒气泡间液膜快速薄化并破裂的根本原因,其中排液法所获得的疏水力倾向于一种长程作用力,而力测量法得到的疏水力为短程作用力,造成这种差异的原因仍不明确。随着AFM-反射干涉对比显微镜联用、变形体系力分析仪和薄液膜力分析仪等技术的问世,作用力和液膜排液的同步测试已经成为一种技术趋势,充分助力了浮选颗粒气泡黏附基础研究。基于现有研究进展应进一步开展颗粒气泡间疏水力的系统研究,通过借助不同检测技术的优势互补及分子动力学模拟等手段,有望从根本上阐明这一科学问题。     

微细鳞片石墨纳米气泡浮选与传统浮选的对比研究

微细鳞片石墨资源将是未来利用的主要石墨资源,为了实现微细鳞片石墨高效回收,探究了纳米气泡对微细鳞片石墨浮选强化行为的影响。通过浮选动力学、激光粒度分析仪、Zeta电位仪以及接触角分析仪研究了纳米气泡浮选和传统浮选行为的差异。结果表明,纳米气泡比传统浮选提前25 s完成微细鳞片石墨浮选。传统浮选精矿回收率和碳含量分别为87.89%和72.31%,纳米气泡浮选精矿回收率和碳含量分别为92.91%和73.40%,相比传统浮选精矿回收率高约5百分点,碳含量高约1百分点。纳米气泡可以有效团聚微细鳞片石墨,增大其表观尺寸,改善浮选效果。纳米气泡可以回收传统浮选不能有效回收的10μm以下微细鳞片石墨,进而提高了回收率。纳米气泡浮选精矿表面接触角比传统浮选精矿表面接触角高6.92°,有利于柴油在石墨表面的吸附,改善了石墨表面疏水性。纳米气泡降低了微细鳞片石墨颗粒间的静电斥力,有利于微细鳞片石墨疏水性团聚体的稳定结构,从而提高浮选概率。     

疏水引力在煤泥浮选过程中的作用机理及应用

为了分析疏水引力在煤泥浮选过程中的作用机理,将-0.074mm的不同密度细粒煤泥混入粗粒煤泥中进行浮选试验,研究不同密度细粒煤泥对可燃体回收率的影响;进行了EDLVO理论计算,分析各作用能的作用效果和疏水引力的成因。结果表明:1.3～1.4 g/cm~3密度级细粒煤泥容易罩盖于粗粒精煤表面疏水部分;水中两个相互接近的疏水表面间的作用以疏水作用为主,疏水引力的产生是由于水中疏水表面相互接近到一定距离时自发形成了纳米气泡桥;浮选调浆的强度应适中,在破坏煤泥颗粒间疏水引力的同时而不破坏煤泥与气泡的附着。     

颗粒-气泡的附着

颗粒向气泡选择性的附着,是所有浮选分离中至关重要的一个阶段。附着表示固-液-气三相接触的形成。当疏水平面与液滴形成接触角时,由于三相发生接触,该可量度的接触角的形成,被认为是浮选所必需的先决条件。逐渐变得明显的是,接触角的大     

纳米气泡在鞍山式铁矿反浮选中效果探索

纳米气泡已被大量研究证实可有效提高微细颗粒尤其是难浮微细颗粒矿物的浮选效果。但是，以往 的纳米气泡浮选研究主要集中在正浮选（泡沫产品为有价矿物）作业上，为考察纳米气泡对反浮选的影响，探索了 纳米气泡对鞍山式铁矿反浮选（泡沫产品为脉石矿物石英）的影响。针对鞍钢集团鞍千选矿厂的浮选给矿，进行了 实验室纳米气泡浮选与常规浮选的比较试验研究，详细考察了不同浮选条件下，尤其是多种不同药剂用量时纳米 气泡对浮选效果的影响。结果表明：纳米气泡浮选可显著提高精矿 Fe 品位和回收率，同时降低药剂消耗量，改进 的效果取决于药剂用量条件。典型指标是纳米气泡浮选与常规浮选相比在精矿铁品位为 67% 时一段浮选可将铁 回收率从 68% 提高至 84%。讨论了纳米气泡强化浮选的机理，提出空化产生的纳米气泡在疏水性石英颗粒表面优 先生成并引发的疏水性团聚是改善微细粒矿物分选的主要途径。     

纳米气泡的制备方法及其强化微细颗粒矿物浮选机理的研究进展

综述了近年来纳米气泡的制备方法以及对矿物浮选行为影响的研究现状,包括体相纳米气泡的产生、界面纳米气泡的制备,总结了纳米气泡对微细颗粒浮选概率、颗粒表面性质差异以及颗粒回收粒度的影响。在此基础上,阐述了纳米气泡强化细颗粒浮选的机理,为纳米气泡浮选技术的基础研究和应用提供了研究方向。     

基于微气泡残留的疏水性颗粒—气泡脱附新机制研究

脱附是导致粗颗粒浮选回收率低的重要原因。为了探究疏水性颗粒-气泡间脱附行为机理,利用自 制的浮选颗粒-气泡脱附测试系统对不同疏水性颗粒的脱附过程进行观测,借助 Image-Pro Plus 图像处理软件对颗 粒-气泡间接触角、三相润湿周边变化进行测量。结果表明：颗粒脱附过程中接触角并非保持不变,而是存在明显 的接触角滞后,接触角为 67.0°、83.9°和 98.7°的 3 种疏水性颗粒在达到前进接触角 106.7°、119.3°和 128.3°后三相润 湿周边开始滑动收缩。区别于传统三相润湿周边滑动脱附机制,发现在三相润湿周边滑动阶段为了保证颗粒前进 接触角不变,不可避免地会在颗粒表面形成反向毛细颈部,且反向毛细颈部处曲率随着三相润湿周边的收缩而快 速增加,并最终在拉普拉斯压力作用下发生断裂脱附,在颗粒表面留下微气泡。同时由于三相润湿周边滑移速度 随着颗粒疏水性的增加而降低,因此反向毛细颈部处曲率增加速率随颗粒疏水性的增加而增加,导致最终颗粒表 面残留微气泡大小也随颗粒疏水性的增加而增加。     

疏水化、疏水作用、疏水影响和异相凝聚及其在矿物加工中的重要性

有关固体界面性质以及表面改性和表面性质测量等知识都是与矿物加工密切相关的.在本文中,叙述了固体表面的润湿性及影响表面润湿性的因素,对润湿现象做了一些解释,叙述了一些模型的建立.在矿物加工中,固体表面适当的疏水性是需要的,一般是通过表面活性剂吸附来实现其表面疏水化.在极性和非极性药剂吸附的能量平衡中,除了极性基与固体表面作用外,吸附在固体表面上的非极性基的缔合作用也是相当重要的.近年来,广泛的研究工作都是集中在水溶液中疏水固体表面之间的长距离引力作用.从现在提出的结果可以发现,附着在固体表面上的纳米气泡发生碰撞和兼并,形成了气桥,而这个气桥的毛细管力在固体表面之间产生了长距离引力作用.在疏水颗粒与大气泡碰撞时,也就是在浮选条件下,纳米气泡对颗粒向气泡固着起着决定作用.浮选过程中的流体力学也起着重要作用.     

低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间研究

为表征低阶煤颗粒-气/油泡间矿化过程的差异,通过Sutherland理论下固体颗粒进入泡沫产品的总概率(E)和浮选速率常数(k)之间关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验,求得了低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间。浮选实验研究表明,在相同的捕收剂消耗量下低阶煤-油泡浮选产率均高于低阶煤-气泡浮选产率。诱导时间测试表明,低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间(35 ms)要明显低于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间(93 ms)。上述实验结果表明,油泡表面的疏水性要强于传统浮选气泡表面的疏水性。然而,进一步利用Sutherland理论中固体颗粒进入泡沫产品的总概率和浮选速率常数之间的数学关系,并结合低阶煤颗粒-气/油泡的浮选速率试验求得的低阶煤颗粒-气/油泡间的诱导时间分别为9.67和8.46 ms,其与诱导时间测试仪分别测量的诱导时间差异很大。这主要是由于在实际浮选过程中气/油泡的上升速度分别为23.26和22.68 cm/s,其远高于2015EZ型诱导时间仪测试过程中气/油泡碰撞速度(2.0 cm/s)。因此,诱导时间理论计算表明气泡-颗粒间的碰撞速度对颗粒-气泡间的诱导时间影响很大。上述研究结果表明油泡浮选效果优于传统浮选的内在原因在于低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间小于低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间。     

纳米气泡浮选细粒煤的效果及机理

这是一篇矿物加工工程领域的论文。本研究通过改变浮选捕收剂的用量、起泡剂的用量、给矿速度和充气量等可控因素,针对细粒煤在有纳米气泡和常规气泡条件下进行了浮选柱对比实验研究。在此基础上,阐述了纳米气泡对细粒煤的回收机理。实验结果表明：纳米气泡能够有效提高超细煤颗粒的回收率,保持产品灰分相同的情况下可节省约1/2药剂的用量。此外,较低的充气量条件下,浮选体系中引入纳米气泡依然能够获得较好的分选指标。纳米气泡能够优先吸附在疏水颗粒表面使得细颗粒煤团聚成较大的颗粒,增强了气泡与煤颗粒的碰撞概率从而达到强化浮选的效果。     

纳米煤制备及其改善煤泥浮选的机理研究

为了探究普通浮选药剂里加入纳米级煤对煤泥浮选的影响,采用冷冻研磨的方法制备了纳米级超纯煤,并对其表面特性进行了分析.在煤浮选捕收剂正十二烷中加入纳米煤,制备液固混合浮选捕收剂用于煤泥浮选.通过X射线光电子能谱(XPS)结合润湿性分析表明,纳米煤颗粒主要以C元素为主,表面官能团以疏水性基团C-C和C=C为主,具有极强的疏水性.研究了正十二烷和纳米煤—正十二烷混合捕收剂对煤泥浮选的效果,并且通过扫描电子显微镜(SEM)对2种捕收剂作用后的精煤颗粒表面形貌进行分析表征.结果 表明使用纳米煤-正十二烷混配的新型捕收剂得到的精煤颗粒表面微纳颗粒显著增加,说明纳米煤颗粒在浮选过程中能够粘附于煤颗粒表面,从而增强煤的疏水性,并且增加了煤表面的固体凸起点.在浮选过程中,当气泡粘附煤颗粒时,这些微纳颗粒能够加速水化膜的破裂,促进煤颗粒和气泡的黏附效率,提高煤泥浮选效率.     

淀粉分子结构对钛铁矿与浮选气泡间相互作用的影响研究

淀粉是由糖苷键结合的多糖聚合物,可作为调整剂运用于钛铁矿反浮选脱硅。矿物颗粒与浮选气泡 的相互作用是决定矿物浮选效率的关键因素,而不同的淀粉由于分子结构的差异对其有重要影响。研究了在不同 玉米淀粉作用下的钛铁矿颗粒与气泡的碰撞及黏附过程。采用自行搭建的颗粒-气泡相互作用观测装置,发现不 同淀粉组分对钛铁矿颗粒与气泡的碰撞概率及黏附概率有重要影响。结合接触角检测和激光粒度测试试验推测 支链淀粉含量越高的淀粉分子更容易团聚矿物颗粒从而增大其与气泡的碰撞概率,且其更容易减小钛铁矿疏水性 从而降低其与气泡的黏附力。最后基于试验结果和前人理论,建立了颗粒与气泡碰撞及黏附过程的数学模型,并 讨论了淀粉分子结构在模型中的作用。     

淀粉分子结构对钛铁矿与浮选气泡间相互作用的影响研究

淀粉是由糖苷键结合的多糖聚合物，可作为调整剂运用于钛铁矿反浮选脱硅。矿物颗粒与浮选气泡 的相互作用是决定矿物浮选效率的关键因素，而不同的淀粉由于分子结构的差异对其有重要影响。研究了在不同 玉米淀粉作用下的钛铁矿颗粒与气泡的碰撞及黏附过程。采用自行搭建的颗粒-气泡相互作用观测装置，发现不 同淀粉组分对钛铁矿颗粒与气泡的碰撞概率及黏附概率有重要影响。结合接触角检测和激光粒度测试试验推测 支链淀粉含量越高的淀粉分子更容易团聚矿物颗粒从而增大其与气泡的碰撞概率，且其更容易减小钛铁矿疏水性 从而降低其与气泡的黏附力。最后基于试验结果和前人理论，建立了颗粒与气泡碰撞及黏附过程的数学模型，并 讨论了淀粉分子结构在模型中的作用。     

浮选中颗粒-气泡间相对运动研究进展

颗粒-气泡间相对运动的研究对浮选机理的认知至关重要,对新型浮选机的开发和提高浮选效率均具有指导意义,本文系统综述了颗粒-气泡间相对运动的研究进展。早期研究过程中,研究者忽略了颗粒和气泡性质的影响,将颗粒视为随流线运动的点,气泡视为刚性球体,利用流线方程对颗粒-气泡间的相对运动展开研究;随着认知过程的不断深入,颗粒和气泡物理化学性质的影响逐步得到了关注,研究者分别从颗粒惯性力、重力、形状和粗糙度以及气泡表面流动性等方面并展开了大量研究;颗粒-气泡间相对运动的试验研究多通过颗粒沉降法进行,研究对象由单个玻璃微珠发展为大量矿物颗粒,且出现了关于运动玻璃球与上升气泡之间相对运动的研究。研究表明,当颗粒粒度较细、密度较小时,利用流线方程对颗粒-气泡间相对运动的研究具有一定的适用性;当颗粒粒度较粗、密度较大时,需考虑正负惯性力、重力等因素对颗粒-气泡间相对运动的影响。此外,颗粒形状的不规则性会影响颗粒周围液体对颗粒的作用力,导致临界碰撞半径减小,且颗粒表面不规则的凸起会促进颗粒-气泡间水化膜的破裂,减少诱导时间,增大颗粒表面粗糙度有助于增强颗粒-气泡间的黏附强度。气泡表面的流动性可采用"滞留帽"模型进行分析,具有较好的适用性。对于颗粒-气泡间相对运动的试验研究主要采用颗粒沉降法,亲水玻璃微珠只能在气泡上半球滑行,到达气泡赤道位置附近后便离开气泡,疏水玻璃微珠会刺破颗粒-气泡间的水化膜,越过气泡赤道后会继续沿气泡表面滑行并最终黏附在气泡底部,煤颗粒与气泡的黏附效率随碰撞角和密度的增大而减小。然而目前的试验研究多集中于静水领域,对于浮选流场中颗粒-气泡间相对运动的试验研究尚需进一步探索。