浮选三相体系中颗粒与气泡黏附和脱附性能的显微可视化研究

20220105

采矿业

一、基于本项目研制的设备“诱导时间测试仪”填补了国内空白，于2019年为武汉工程大学定制一台。诱导时间测试仪是用于矿物浮选过程中颗粒与气泡诱导时间测定的仪器，适用于平面或颗粒在液体环境中与气泡间作用，精确测量诱导时间，可以实现气泡大小可控、接触时间可控、速度大小可控等多项功能。自带的Induction Timer软件集气泡控制、图像采集、视频录像于一体，界面简洁实用，便于操作。 技术指标如下： 1、可以用于测试单个气泡与矿物颗粒的诱导时间，测试范围为12000 ms，测试精度为1ms。 2、气泡运动速度可控，运动速度范围为08 cm/s。 3、气泡大小可控，气泡直径范围为0.62 mm。 4、通过摄像头对观察到图像进行记录。 二、依托项目研制的颗粒气泡动态力学测试仪，是用于矿物浮选过程中颗粒与气泡间作用力测定的仪器，适用于平面或颗粒在液体环境中与气泡间作用，精确测量其作用力，可以实现颗粒与气泡间微牛级作用力的测定。自带的软件集作用力测定、气泡运动控制、图像采集、视频录像于一体，界面简洁实用，便于操作。 技术指标如下： 1、可以用于测试气泡与矿物颗粒\平面的之间的作用力，作用力测试范围为11000 ??N，测试精度为1 ??N； 2、球形颗粒直径范围为0.12 mm，矿物平面最小尺寸为0.5 mm×0.5 mm； 3、气泡直径范围为0.62 mm； 4、保存图像尺寸：640×480像素。

诱导时间测试仪是用于矿物浮选过程中颗粒与气泡诱导时间测定的仪器，适用于平面或颗粒在液体环境中与气泡间作用，精确测量诱导时间，可以实现气泡大小可控、接触时间可控、速度大小可控等多项功能。自带的Induction Timer软件集气泡控制、图像采集、视频录像于一体，界面简洁实用，便于操作。 颗粒气泡动态力学测试仪是用于矿物浮选过程中颗粒与气泡间作用力测定的仪器，适用于平面或颗粒在液体环境中与气泡间作用，精确测量其作用力，可以实现颗粒与气泡间微牛级作用力的测定。自带的软件集作用力测定、气泡运动控制、图像采集、视频录像于一体，界面简洁实用，便于操作。 上述设备可通过自行投资实施转化、合作生产转化或技术转让等形式开展合作，该设备适用于矿物浮选、消防、石油、化工等领域从事气泡或泡沫的研究，合作企业希望是从事显微镜制造等科研设备制造企业，合作企业需要注册资金在500万以上，有科研设备生产销售业绩。目前该设备在国内处于空白阶段，希望感兴趣的企业开展合作实现该设备在矿物浮选、消防、石油、化工等科研领域的普及，也希望有需求的企业提出类似设备的功能要求，本课题组在气泡研究领域具有长期的研究和设备开发经验，可提供合作研发新设备。

可国（境）内外转让

诱导时间测试仪是用于矿物浮选过程中颗粒与气泡诱导时间测定的仪器，适用于平面或颗粒在液体环境中与气泡间作用，精确测量诱导时间，可以实现气泡大小可控、接触时间可控、速度大小可控等多项功能。自带的Induction Timer软件集气泡控制、图像采集、视频录像于一体，界面简洁实用，便于操作。 颗粒气泡动态力学测试仪是用于矿物浮选过程中颗粒与气泡间作用力测定的仪器，适用于平面或颗粒在液体环境中与气泡间作用，精确测量其作用力，可以实现颗粒与气泡间微牛级作用力的测定。自带的软件集作用力测定、气泡运动控制、图像采集、视频录像于一体，界面简洁实用，便于操作。 浮选是实现微细粒物料中不同组分分离富集的有效分选方法，矿物颗粒与气泡的黏附和脱附作用是泡沫浮选的关键，传统的浮选研究无法准确地在气–液–固三相的浮选环境下揭示颗粒与气泡间的微观作用机制。上述两个设备用于研究矿物浮选过程中颗粒与气泡的黏附和脱附性能，为矿物浮选过程中条件参数的优化调整提供理论支撑，对浮选新技术和新设备的研发具有重要的理论意义和实践价值。 该设备的投入使用，通过基础研究来优化矿物浮选工艺参数，可有效提高我国矿产资源的回收利用率，产生经济效益显著。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

浮选是实现微细粒物料中不同组分分离富集的有效分选方法，矿物颗粒与气泡的黏附和脱附作用是泡沫浮选的关键，传统的浮选研究无法准确地在气–液–固三相的浮选环境下揭示颗粒与气泡间的微观作用机制。本项目结合电声技术及高速显微摄像技术研制了颗粒与气泡的黏附和脱附测试设备，从不同矿物的表面性质入手，主要开展了固体表面与气泡黏附和脱附的界面行为，颗粒与气泡黏附的诱导时间测量试验，颗粒与气泡的脱附试验，颗粒与气泡的黏附和脱附过程的理论计算，以及浮选实验验证等内容的研究。得到以下结果：1）观测了固体表面与气泡黏附和脱附的界面行为，揭示了黏附和脱附过程中动态接触角、三相接触线和三相界面形状的行为规律，为颗粒与气泡黏附和脱附的微观研究打下了基础。2）探究了颗粒表面疏水性、接触时间、碰撞速度、颗粒粒度、颗粒密度及气泡大小与黏附性能的关系，揭示了颗粒与气泡黏附的微观作用机制。3）提出用临界脱附力来量化评价颗粒与气泡的脱附性能，研究颗粒表面疏水性、颗粒粒度、振动频率等因素对脱附性能的影响，揭示了颗粒与气泡脱附的作用机制。4）通过力学平衡和能量平衡计算颗粒与气泡间的相互作用，计算了黏附过程的作用势能和碰撞动能以及脱附动态过程的受力，建立了临界脱附力模型，修正了颗粒与气泡的黏附和脱附概率模型，并通过浮选实验分析了浮选回收率与黏附概率和脱附概率的相关性，验证黏附和脱附概率的测试结果。本项目揭示了颗粒与气泡黏附和脱附的微观作用机制，为预测颗粒与气泡的黏附和脱附性能提供了可能，为矿物浮选过程中条件参数的优化调整提供理论支撑，对浮选新技术和新设备的研发具有重要的理论意义和实践价值。