王超等：浮选过程中颗粒-气泡黏附作用机理及研究进展 ·1431· 虑静电双电层作用势能和范德华作用势能外，再加 闪锌矿或黄铁矿 上疏水吸引能，进而提出了扩展的DLVO理论即 EDLVO理论.颗粒-气泡集合体所受黏附力有3 高速摄像机 光源 种：毛细作用力、液体静压力和浮力，静态环境中所 溶液 受脱附力为重力，湍流环境中所受脱附力有3种：重 气泡 用于闪锌矿 力、振动力和离心力. 试验的黄铁矿 (4)颗粒-气泡黏附作用过程相当复杂，研究学 电脑 针头 Y9☐ 者主要针对单气泡单颗粒、单气泡矿粒层等进行了 微量注射泵 试验研究，用自制振动装置模拟浮选机的湍流环境， 图8观察液膜排液和颗粒-气泡相互作用的试验装置示意图[侧] 对复杂的作用条件作了简化，与实际生产过程相差 Fig.8 Schematic of the experimental setup for monitoring the liquid 很远，目前的颗粒-气泡黏附作用理论不能满意地 film drainage and bubble-mineral surface contact interaction] 解释实际作用过程，因此需结合实际应用需求进行 更深层次、更全面的理论研究和试验研究. 定性试验，研究发现颗粒-气泡集合体的稳定性取 决于颗粒尺寸、平均接触角、介质的黏度以及振动频 率.颗粒从气泡表面脱附的脱附力随平均接触角的 参考文献 增加、介质黏度的增大而增大：当振动频率低时，准 [1]Drelich J,Miller J D.Improved flotation deinking of sorted office 静态环境模型可以比较准确地预测脱附力，但是，在 papers by flocculation of ink particles.Prog Pap Recycl,2001,11 此试验中振动频率高时，准静态环境模型并不能准 (1):38 确地预测脱附力 [2]Ejtemaei M,Gharabaghi M,Irannajad M.A review of zinc oxide Fosu等[]用振动装置研究颗粒-气泡的脱附， mineral beneficiation using flotation method.Adr Colloid Interface Sci,2014,206:68 当振动频率为50Hz,用颗粒从气泡上脱落的最大振 [3]Aghazadeh S,Mousavinezhad S K,Gharabaghi M.Chemical and 幅来计算颗粒的脱附力.研究表明，颗粒表面的疏 colloidal aspects of collectorless flotation behavior of sulfide and 水性改变或者接触角的变化对颗粒从气泡表面的脱 non-sulfide minerals.Ade Colloid Interface Sci,2015,225:203 落有很大影响，当颗粒尺寸相同时，接触角大的颗粒 [4]Wu Z J,Wang X M,Liu H N,et al.Some physicochemical as- 从气泡表面脱落时所需的脱附力要大于接触角小的 pects of water-soluble mineral flotation.Ady Colloid Interface Sci, 颗粒，黏附在气泡上的完全解离的颗粒的脱附力要 2016,235:190 [5]Cai X L,Chen JQ,Liu M L,et al.Numerical studies on dynam- 大于复合颗粒，不规则颗粒的脱附力大于圆形颗粒 ic characteristics of oil-water separation in loop flotation column 的脱附力 using a population balance model.Sep Purif Technol,2017,176: 134 5总结与展望 [6]Vashisth S,Bennington C PJ,Grace J R,et al.Column flotation 本文对颗粒-气泡黏附的概率模型、影响因素、 deinking:state-of-the-art and opportunities.Resour,Conserv Re- cc,2011,55(12):1154 EDLV0理论、颗粒-气泡集合体受力分析和最新研 [7]Wang B,Peng Y J.The effect of saline water on mineral flota- 究进展进行了分类归纳，从而系统地对颗粒-气泡 tion-a critical review.Miner Eng,2014,66-68:13 黏附作用理论及研究现状做出总结. [8]Yoon R H,Soni G,Huang K,et al.Development of a turbulent (1)基于接触时间、感应时间和基于能量势垒 flotation model from first principles and its validation.Int Miner Process,2016,156:43 的方法，从动力学和热力学的角度，把颗粒-气泡黏 [9] Nguyen A V,Schulze H J,Ralston J.Elementary steps in parti- 附概率模型分为动力学模型和热力学模型，动力学 cle-bubble attachment.Int Miner Process,1997,51(14):183 模型包括Dobby and Finch模型、Yoon and Luttrel [10]Jameson GJ.Physical factors affecting recovery rates in flotation. 等，热力学模型包括Yoon and Mao模型、Scheludko Miner Sci Eng,1977,9(3):103 模型等 [11]Schulze H J.Hydrodynamics of bubble-mineral particle colli (2)从动力学和热力学的角度解释了颗粒大 sions.Miner Process Extr Metall Re,1989,5(14):43 [12] 小、气泡大小、颗粒疏水性、颗粒表面粗糙度和溶液 Nguyen A V.Hydrodynamics of liquid flows around air bubbles in flotation:a review.Int J Miner Process,1999,56(14):165 pH对黏附概率的影响. [13] Nguyen A V,Ralston J.Schulze H J.On modelling of bubble- (3)浮选体系颗粒和气泡的黏附过程中除了考 particle attachment probability in flotation.Int Miner Process,王 超等: 浮选过程中颗粒鄄鄄气泡黏附作用机理及研究进展 图 8 观察液膜排液和颗粒鄄鄄气泡相互作用的试验装置示意图[69] Fig. 8 Schematic of the experimental setup for monitoring the liquid film drainage and bubble鄄mineral surface contact interaction [69] 定性试验,研究发现颗粒鄄鄄 气泡集合体的稳定性取 决于颗粒尺寸、平均接触角、介质的黏度以及振动频 率. 颗粒从气泡表面脱附的脱附力随平均接触角的 增加、介质黏度的增大而增大;当振动频率低时,准 静态环境模型可以比较准确地预测脱附力,但是,在 此试验中振动频率高时,准静态环境模型并不能准 确地预测脱附力. Fosu 等[80]用振动装置研究颗粒鄄鄄 气泡的脱附, 当振动频率为 50 Hz,用颗粒从气泡上脱落的最大振 幅来计算颗粒的脱附力. 研究表明,颗粒表面的疏 水性改变或者接触角的变化对颗粒从气泡表面的脱 落有很大影响,当颗粒尺寸相同时,接触角大的颗粒 从气泡表面脱落时所需的脱附力要大于接触角小的 颗粒,黏附在气泡上的完全解离的颗粒的脱附力要 大于复合颗粒,不规则颗粒的脱附力大于圆形颗粒 的脱附力. 5 总结与展望 本文对颗粒鄄鄄气泡黏附的概率模型、影响因素、 EDLVO 理论、颗粒鄄鄄气泡集合体受力分析和最新研 究进展进行了分类归纳,从而系统地对颗粒鄄鄄 气泡 黏附作用理论及研究现状做出总结. (1)基于接触时间、感应时间和基于能量势垒 的方法,从动力学和热力学的角度,把颗粒鄄鄄气泡黏 附概率模型分为动力学模型和热力学模型,动力学 模型包括 Dobby and Finch 模型、Yoon and Luttrel 等,热力学模型包括 Yoon and Mao 模型、Scheludko 模型等. (2)从动力学和热力学的角度解释了颗粒大 小、气泡大小、颗粒疏水性、颗粒表面粗糙度和溶液 pH 对黏附概率的影响. (3)浮选体系颗粒和气泡的黏附过程中除了考 虑静电双电层作用势能和范德华作用势能外,再加 上疏水吸引能,进而提出了扩展的 DLVO 理论即 EDLVO 理论. 颗粒鄄鄄 气泡集合体所受黏附力有 3 种:毛细作用力、液体静压力和浮力,静态环境中所 受脱附力为重力,湍流环境中所受脱附力有 3 种:重 力、振动力和离心力. (4)颗粒鄄鄄气泡黏附作用过程相当复杂,研究学 者主要针对单气泡单颗粒、单气泡矿粒层等进行了 试验研究,用自制振动装置模拟浮选机的湍流环境, 对复杂的作用条件作了简化,与实际生产过程相差 很远,目前的颗粒鄄鄄 气泡黏附作用理论不能满意地 解释实际作用过程,因此需结合实际应用需求进行 更深层次、更全面的理论研究和试验研究. 参 考 文 献 [1] Drelich J, Miller J D. Improved flotation deinking of sorted office papers by flocculation of ink particles. Prog Pap Recycl, 2001, 11 (1): 38 [2] Ejtemaei M, Gharabaghi M, Irannajad M. A review of zinc oxide mineral beneficiation using flotation method. Adv Colloid Interface Sci, 2014, 206: 68 [3] Aghazadeh S, Mousavinezhad S K, Gharabaghi M. Chemical and colloidal aspects of collectorless flotation behavior of sulfide and non鄄sulfide minerals. Adv Colloid Interface Sci, 2015, 225: 203 [4] Wu Z J, Wang X M, Liu H N, et al. Some physicochemical as鄄 pects of water鄄soluble mineral flotation. Adv Colloid Interface Sci, 2016, 235: 190 [5] Cai X L, Chen J Q, Liu M L, et al. Numerical studies on dynam鄄 ic characteristics of oil鄄water separation in loop flotation column using a population balance model. Sep Purif Technol, 2017, 176: 134 [6] Vashisth S, Bennington C P J, Grace J R, et al. Column flotation deinking: state鄄of鄄the鄄art and opportunities. Resour, Conserv Re鄄 cycl, 2011, 55(12): 1154 [7] Wang B, Peng Y J. The effect of saline water on mineral flota鄄 tion—a critical review. Miner Eng, 2014, 66鄄68: 13 [8] Yoon R H, Soni G, Huang K, et al. Development of a turbulent flotation model from first principles and its validation. Int J Miner Process, 2016, 156: 43 [9] Nguyen A V, Schulze H J, Ralston J. Elementary steps in parti鄄 cle鄄bubble attachment. Int J Miner Process, 1997, 51(1鄄4): 183 [10] Jameson G J. Physical factors affecting recovery rates in flotation. Miner Sci Eng, 1977, 9(3): 103 [11] Schulze H J. Hydrodynamics of bubble鄄mineral particle colli鄄 sions. Miner Process Extr Metall Rev, 1989, 5(1鄄4): 43 [12] Nguyen A V. Hydrodynamics of liquid flows around air bubbles in flotation: a review. Int J Miner Process, 1999, 56(1鄄4): 165 [13] Nguyen A V, Ralston J, Schulze H J. On modelling of bubble鄄 particle attachment probability in flotation. Int J Miner Process, ·1431·