湍流场中浮选颗粒-气泡脱附行为的尺寸效应研究

湍流诱发浮选颗粒-气泡脱附已达成广泛共识,但湍流场中颗粒的脱附行为机制仍未明晰。传统离心脱附理论认为当颗粒所受离心力大于毛细力时颗粒从气泡表面脱附,忽略了颗粒重力对浮选颗粒-气泡间稳定性的影响,且未考虑不同尺寸颗粒间的脱附行为差异。采用自制的微流体通道湍流槽探索了湍流涡中不同尺寸颗粒的脱附行为,运用Image-Pro Plus图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行测量分析。结果表明,粗颗粒(2.0 mm)质量大,颗粒在气絮体升浮阶段发生直接脱附;而中颗粒(1.0 mm)和细颗粒(0.5 mm)质量小,气泡会带动颗粒由湍流槽底部向湍流涡中心旋转迁移,同时颗粒在气泡表面高速旋转发生离心脱附。此外,颗粒稳定性分析表明传统邦德(B_O^*)模型并不能对湍流场中的颗粒-气泡气絮体稳定性进行准确判断,颗粒易受湍流涡加速或气泡振荡的影响,导致颗粒脱附时邦德数在1左右波动。     

浮选颗粒-气泡间脱附过程能量作用机制

浮选颗粒-气泡间稳定性分析是浮选领域内的研究重点,传统脱附理论认为当颗粒所受外 力大于颗粒-气泡间最大黏附力时颗粒从气泡表面脱附,忽略了颗粒-气泡间气液固三相润湿周边 滑动收缩的动态过程,未考虑脱附力作用时间对脱附过程的影响。 为了完善浮选颗粒-气泡间脱 附理论,以单颗粒、单气泡为研究对象,采用黏附力测量仪测量颗粒-气泡间脱附过程的临界脱附 力和脱附能,并借助颗粒-气泡振动脱附观测系统观察颗粒-气泡在脱附过程中三相润湿周边滑动 收缩规律,最后从热力学角度出发提出了一种基于能量分析的颗粒-气泡间稳定性评判方法。 结 果表明:随着颗粒接触角的增加颗粒-气泡间稳定性增强,发生脱附时需要的临界脱附力和脱附能 增大。 颗粒-气泡间脱附能由气泡拉伸变形阶段的形变能和三相润湿周边滑动收缩阶段的滑动能 两部分组成,两部分能量均随颗粒接触角的增加而增加。 颗粒从气泡表面脱附一方面要求外力大 于颗粒-气泡间最大黏附力,另一方面还需外力作用足够时间以保证气液固三相润湿周边完成滑 动收缩。 从能量角度来看,颗粒-气泡间不受外力时可看作是一个处于平衡状态的热力学系统,当 外力做功小于脱附能时颗粒-气泡间通过气液、液固和气固界面面积的变化维持稳定;但当外力做 功大于脱附能时颗粒与气泡分离。     

颗粒疏水性对浮选颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响

颗粒疏水性是影响浮选回收率的重要因素,为明晰颗粒疏水性对颗粒气泡涡旋脱附的影响机制,采用自制的浮选颗粒气泡受限湍流脱附测试平台探索了湍流涡中不同疏水性气絮体的脱附行为.结果表明,气絮体在进入壁腔后被涡旋捕获,随后在壁腔内做旋转离心运动.低、高疏水性颗粒在壁腔中的平均脱附时间分别为0.34 s和0.59 s,表明高疏水性颗粒有助于提升气絮体在涡旋中的稳定性.进一步研究了不同疏水性颗粒在涡旋中的脱附机制,创新性地将颗粒气泡气絮体在涡旋中的脱附行为分为流体剪切脱附和颗粒离心脱附.低疏水性颗粒主要在壁腔中心区域发生脱附,全部表现为因离心力过大而导致的离心脱附;对于高疏水性颗粒,虽然离心脱附仍为主导脱附机制,但气絮体有20％的概率会在壁腔顶端位置因受到强烈的湍流应力作用而发生剪切脱附.     

粗颗粒浮选过程强化研究进展及展望

粗颗粒浮选不仅能够有效拓宽浮选粒度上限、减少碎磨能耗,而且对建设绿色矿山和提高资源利用率具有重要意义。目前,针对粗颗粒浮选过程强化,国内外学者做了大量相关研究并取得了显著成果。从粗颗粒的难浮机理出发,重点综述了当前粗颗粒浮选过程强化技术新进展,并分析了不同分选技术的作用机理、优势与不足,以期为粗颗粒浮选实践提供理论指导与技术借鉴。浮选矿浆的高紊流环境是造成粗颗粒难浮的根本原因,基于此,为了降低粗颗粒紊流效应,更多研究聚焦于高效粗颗粒浮选装备开发,如矿冶科技集团有限公司研制的CLF粗粒浮选机和美国Eriez公司设计的流态化浮选设备——水力浮选机。最后提出了未来粗颗粒浮选技术的新发展方向,主要包括低紊流高相含率的浮选环境下浓相流态化浮选机理、大型流态化浮选智能装备开发以及由此带来的新型浮选工艺开发设计。     

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。     

基于高速动态的颗粒气泡脱附过程动力学研究

通过颗粒气泡脱附高速动态测试系统,研究了颗粒气泡脱附过程动力学。运用Image-Pro Plus图像处理软件测量颗粒气泡间接触角、三相润湿周边,计算颗粒气泡间毛细黏附力随颗粒运动时间的变化。结果表明：颗粒从气泡表面脱附主要分为气泡拉伸变形接触角增大和气泡滑动三相润湿周边减小两个阶段。气泡拉伸阶段,三相润湿周边固定在颗粒表面,接触角由平衡接触角增大到前进接触角;气泡滑动阶段,接触角保持不变,三相润湿周边滑动减小。毛细黏附力在气泡脱附过程中随接触角增大而增大,随三相润湿周边滑动而减小,当外力超过颗粒气泡间临界黏附力时,颗粒从气泡表面脱附。     

气泡—矿粒脱附力与矿物浮选关系的研究

采用离心技术对方铅矿、石英的单矿物和混合矿的矿粒与气-黄药溶液界面的粘附强度进行了测定。对混合矿颗粒脱附和下沉时昕需的临界离心力与Nutt和Scheludko单个球粒模型的理论值进行了比较,研究了矿粒大小、初始捕收剂相分散剂浓度对粘附力和浮选效率的影响,并发现矿粒在气-液界面的粘附强度与浮选效率有密切关系。方铅矿-石英人工混合矿的脱附力测量和浮选试验的结果表明:方铅矿与石英矿粒的粒径比对方铅矿的脱附力和浮选选择性有重要影响,并发现力铅矿-石英体系的浮选选择性与混台矿中方铅矿颗粒在气-液界面的粘附强度有密切关系。     

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.     

浮选系统中粗颗粒与气泡的碰撞行为研究

浮选设备中气泡与颗粒的碰撞是一个复杂的力学过程,本文设计了一套电磁发射装置,将颗粒以可控的速度和角度射向水中的静止气泡,用以简化模拟真实的浮选现象。高速相机被用来监测这一碰撞过程,然后对图像进行分析,提取了颗粒的运动参数以及气泡的变形信息,研究了颗粒与气泡的作用时间与液膜排液规律,并推导了一个数学模型来预测碰撞现象的时间尺度并提出了黏附判据。     

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。     

低品质煤泥浮选过程强化研究进展及其思考

气泡是浮选过程中不可或缺的重要角色,其尺寸对颗粒-气泡间相互作用有着显著影响,然而气泡尺寸对粗颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响尚未清晰。为此,采用自制的颗粒-气泡受限湍流脱附测试平台探索了涡旋湍流中不同气泡尺寸的气絮体上颗粒的脱附行为,并运用Image-Pro Plus图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行了测量分析。结果表明：在确保气泡浮力的前提下,减小气泡尺寸能够显著提升粗颗粒-气泡的矿化气絮体在涡旋湍流中的稳定性;涡旋湍流中气絮体上颗粒的脱附主要表现为流体剪切、气泡振荡和颗粒离心三种脱附形式,方腔内涡旋结构的改变对气絮体上颗粒的脱附方式至关重要;区别于传统离心脱附理论,涡旋湍流驱使下颗粒并非单独在气泡表面做高速离心运动,而是与气泡一起做离心运动,且小气泡与颗粒在方腔内共同旋转时,位于气泡外缘的颗粒与气泡运动速度接近,相应气絮体稳定性高,颗粒不易发生离心脱附,而大气泡形成的气絮体中,气泡外缘的颗粒与气泡运动速度差异明显增大,颗粒相对于气泡旋转更快,从而使得颗粒所受离心力显著增强,增加了离心脱附的可能性。研究结果有望对涡旋湍流场中粗颗粒的脱附机制提供一个基本认识。

     

浮选过程中颗粒–气泡黏附作用机理及研究进展

矿物表面粗糙度是影响浮选效果的重要因素。表面粗糙度会影响矿物的疏水性、药剂的吸附以及颗粒–气泡间液膜的破裂,对颗粒–气泡相互作用过程产生显著影响。然而,目前缺乏关于粗糙度影响颗粒–气泡相互作用过程相关研究工作的系统评述。为此,首先梳理了表面粗糙化修饰技术及粗糙度测试方法。其次,从浮选动力学、接触角、三相接触线形成时间、颗粒–气泡相互作用力4个方面系统地论述了粗糙度对颗粒–气泡相互作用过程的影响,明确了粗糙度尺度这一概念对于颗粒–气泡相互作用研究的重要性;基于粗糙度尺度与矿物表面疏水性在颗粒–气泡相互作用过程中的耦合机制,提出了矿物表面润湿状态在粗糙表面与气泡相互作用过程的重要性,并分析讨论了目前粗糙度对接触角、浮选效果的影响研究结论不一致的原因。最后,通过批判性分析和综述文献研究结果得出结论,并对未来的研究发展方向进行了展望。有助于更好地理解矿物表面粗糙度对浮选过程的影响,可以为调控矿物表面粗糙度创造有利的浮选条件,提高浮选的效率和选择性提供理论支撑。

     

在浮选泡沫中颗粒—气泡附着的问题

在浮选过程中，由于气泡的结合、破裂及泡沫过载而使泡沫相中的疏水颗粒从气泡上脱落。当某些脱落的颗粒返回到矿浆中时，另有一部分颗粒可能会选择性地再附着于从泡沫中上升的气泡上。这样可能形成泡沫中品位变化的特性。虽然这过程未经详细研究，但定性的数据表明，这种现象出现在较深的、载荷小的泡沫中，正如浮选柱过程所出现的情况那样。已研究出一种描述上述过程的数学模型，这种模型考虑了气泡表面被可浮颗粒复盖的程度以及随     

浮选气泡矿化机理研究

简要阐述了浮选过程中气泡矿化的形式及阶段,解析了气泡和矿粒表面的粘附机理以及其过程中受热力学、动力学和时间分布等因素的影响,深入地了解气泡在三相体系中的矿化机理,为今后对浮选工艺的改进提供了基本依据.     

界面化学在气泡-颗粒俘获中的重要作用

界面化学在气泡一颗粒俘获中起着关键的作用，因为它控制着附着是否发生。表面不均匀性、表面疏水程度、气核及其相关现象均影响颗粒与正接近的气泡之间的水润湿膜的稳定性。如果要发生俘获，则水润湿膜一定不稳定。描述了各种可用于量化这种界面化学控制行为的技术。     

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。     

气泡尺寸变化对微细粒浮选效果的研究

分析研究了气泡尺寸的变化在微细粒浮选中对浮选速率、浮选回收率以及气泡与矿粒的碰撞概率等三个方面指标的影响作用,指出在微细粒浮选中减小气泡尺寸是提高浮选效率的强有效措施。该研究结果对浮选设备的研制有重要的指导作用。     

基于离散元法的颗粒-气泡间相互作用行为模拟研究

颗粒-气泡间相互作用行为的研究对理解浮选原理至关重要。在颗粒-气泡间力学理论的基础上采用离散元法(Discrete Element Method, DEM)构建了颗粒-气泡间相互作用行为的模拟系统,模拟了粒度为0.1 mm,密度级分别为-1.3、1.3~1.4、1.4~1.5、1.5~1.6、1.6~1.7、+1.7 g/cm³的球形煤颗粒与固定气泡在静止水环境中的相互作用行为。研究了颗粒-气泡间相互作用行为的各阶段以及各阶段颗粒速度变化规律、颗粒密度与颗粒-气泡间临界碰撞角的关系、颗粒密度与颗粒捕获概率的关系。模拟结果表明,颗粒-气泡间相互作用行为可分为5个阶段:自由沉降阶段、绕流运动阶段、颗粒在液膜上滑动阶段、液膜破裂并形成三相接触线(TPC)阶段、伴随TPC滑动阶段。颗粒以自由沉降末速接近气泡,在临近气泡表面时会做绕流运动,运动轨迹发生改变。当颗粒与气泡发生碰撞时,其速度降至最小值。碰撞后颗粒随即在气泡表面滑动,滑动速度先逐渐增加,然后急剧下降,再继续增加,在气泡“赤道”位置附近时其速度达到最大值,越过“赤道”后速度开始逐渐降低,最终停留在气泡底部。颗粒在气泡表面的滑动速度近似关于气泡“赤道”对称。当颗粒的密度级从-1.3 g/cm³增加至+1.7 g/cm³时,颗粒-气泡间临界碰撞角从50.77°降低至31.93°,气泡对颗粒的捕获概率从51.74%降低至22.04%。