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。     

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     

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。     

气泡在煤炭表面的碰撞和粘附过程

煤泥浮选中,煤的可浮性与其表面润湿性质密切相关,选用表面润湿性差异较大的褐煤和焦煤为对象,研究气泡与煤炭表面碰撞过程中的三相接触周边的形成过程。分析了两种煤炭界面性质的差异,并采用I-SPEED 3高速动态摄像机记录并分析气泡与煤炭表面碰撞和黏附的微观过程。结果表明,在一定的碰撞速度条件下,气泡和煤炭表面要经过“接触-弹回-再接触”的数次碰撞过程,并最终形成气液固三相接触周边。焦煤表面与气泡经过2次碰撞后形成的铺展面积为8.2 mm2,而褐煤表面的三相接触周边形成之前经过了3次碰撞,且气泡在其表面的最终铺展面积为4.6 mm2。煤炭表面的接触角越大,三相接触周边形成的时间就越短,气泡在煤炭表面的铺展面积也越大,这从微观角度验证了浮选过程中煤炭表面疏水性对气泡矿化过程的影响。     

固-液界面纳米气泡稳定性及其强化浮选黏附机制研究进展

颗粒-气泡黏附是浮选核心作用单元,驱动其自发黏附的主要作用为疏水颗粒-气泡间疏水引力。作为长程疏水引力主要来源,界面纳米气泡对浮选界面调控有重要影响。从纳米气泡的基本性质、稳定性机理及浮选强化机制3个方面进行了系统讨论。纳米气泡异常稳定性和接触角一直是近20 a来的研究热点。经典物理学理论预测纳米气泡寿命在微秒尺度,而试验发现纳米气泡寿命通常可达数天以上。针对纳米气泡异常稳定性提出污染物层、动态平衡、三相线钉扎等假说,然而各假说均无法解释所有试验现象,其稳定性机理仍需要深入研究。纳米气泡接触角(气侧)远小于Young接触角,高密度气体导致的固-气界面能降低可能是接触角异常的主要原因。对纳米气泡强化浮选黏附机制进行了探讨,一方面界面纳米气泡可通过边界滑移促进颗粒-气泡碰撞过程中液膜排液,另一方面纳米气泡桥接使颗粒-气泡出现长程引力,同时颗粒-气泡间的DLVO力由排斥力转变为引力,从而促使颗粒-气泡黏附。目前已有试验表明纳米气泡在煤、磷酸盐、白钨矿及铁矿石等多种矿物的浮选中均有显著提升效果。在浮选日益精细化的背景下,纳米气泡强化技术可为浮选界面调控提供新的理论视角与技术手段,是未来浮选领域...     

浮选颗粒-气泡脱附机理研究进展及展望

浮选颗粒-气泡矿化包括碰撞、黏附以及矿化气絮体升浮3个子过程,部分目的矿物会在矿化气絮体升浮过程中发生脱附,降低目的矿物浮选回收率,这也是粗颗粒浮选效率较低的根本原因。深入理解颗粒-气泡的脱附机理一直是浮选领域的研究热点与难点,更是实现粗颗粒浮选强化的前提条件。围绕矿浆相、泡沫相以及矿浆-泡沫相界面区3个脱附区域,综述了颗粒-气泡脱附机理最新的研究进展,以期为粗颗粒浮选强化提供理论指导。湍流与气泡兼并脱附分别是颗粒在矿浆相和泡沫相中发生脱附的主要机制,而矿浆-泡沫相界面区颗粒脱附机理尚存在争议,一种观点认为矿化气絮体撞击界面时动能的改变导致脱附,另一种观点认为界面处气泡兼并引起的气泡振荡才是脱附的主要原因,该区域的脱附机理尚需进一步探索。最后提出了未来颗粒-气泡脱附机理研究的发展方向,包括矿浆相多种脱附机制协同作用、宽粒级物料的原位脱附过程及其粒度匹配效应、矿化气泡在相界面处碰撞及兼并脱附过程的能量演化竞争机制。     

气泡在煤炭表面的碰撞和黏附过程

煤泥浮选中,煤的可浮性与其表面润湿性质密切相关,选用表面润湿性差异较大的褐煤和焦煤为对象,研究气泡与煤炭表面碰撞过程中的三相接触周边的形成过程。分析了两种煤炭界面性质的差异,并采用I-SPEED 3高速动态摄像机记录并分析气泡与煤炭表面碰撞和黏附的微观过程。结果表明,在一定的碰撞速度条件下,气泡和煤炭表面要经过"接触—弹回—再接触"的数次碰撞过程,并最终形成气液固三相接触周边。焦煤表面与气泡经过2次碰撞后形成的铺展面积为8.2 mm~2,而褐煤表面的三相接触周边形成之前经过了3次碰撞,且气泡在其表面的最终铺展面积为4.6 mm~2。煤炭表面的接触角越大,三相接触周边形成的时间就越短,气泡在煤炭表面的铺展面积也越大,这从微观角度验证了浮选过程中煤炭表面疏水性对气泡矿化过程的影响。     

DTAB 对石英-气泡间相互作用力的影响研究

为了研究(十二烷基三甲基溴化铵)DTAB 对石英-气泡间相互作用的 影响,采用黏附/脱附测试系统、接 触角测量仪和表面张力仪对 DTAB 体系下亲水性石英玻璃基板与气泡间相 互作用力、表面接触角以及溶液表面张力 进行了测量。 结果表明:在 DTAB 体系中,石英玻璃基板与气泡间的黏附力 /脱附力随着 DTAB 浓度的增加先增加后 减小,在 DTAB 浓度为 1 mmol/L 时,脱附力达到最大,为 129. 9 μN; 石英玻璃基板表面接触角也呈现类似的变化规 律,在 DTAB 浓度为 4 mmol/L 时,接触角达到最大,为 51. 8°,较石英 玻璃基板与气泡间黏附力/脱附力而言,接触角的 变化具有一定的滞后性。 这是由于黏附力/脱附力受石英玻璃基板表面 接触角和表面张力协同支配,在 DTAB 存在体 系下,当接触角达到最大时,溶液表面张力已下降至 35. 95 mN/m,导致 石英玻璃基板与气泡间黏附力/脱附力提前出 现下降趋势。 进一步用浮选动力学试验加以验证,浮选结果表明,当浮选体 系中加入 1 mmol/L DTAB 时可以获得精 矿产率为 97. 10%的指标。 浮选结果与黏附力/脱附力曲线得到的结果 保持一致。     

基于图像处理技术的赤铁矿絮凝体-气泡矿化过程研究

为了探究赤铁矿絮凝体-气泡的矿化过程,在自制的观察装置中,以静止气泡为研究对象,通过高速 相机记录赤铁矿絮凝体在气泡表面的运动状态,得到赤铁矿絮凝体-气泡矿化过程。结果表明：气泡直径不变的条 件下,赤铁矿絮凝体粒径为 39.65 μm 时,絮凝体最先滑动至最大横向位置和最小纵向位置,瞬时滑动速度变化范围 小;赤铁矿絮凝体粒径不变的条件下,气泡直径为 636.16 μm 时,絮凝体滑动至最大横向位置和最小纵向位置的时 间最长,瞬时滑动速度变化范围大;絮凝体粒径和气泡直径不变的条件下,碰撞角度大于 60°时,絮凝体易从气泡表 面脱附。利用高速摄像仪探究并分析了絮凝体-气泡矿化规律,为指导絮凝浮选实践应用提供理论支撑。     

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。