.1430 工程科学学报，第40卷，第12期 Wang等[)对玻璃球进行不同的表面处理后， (Gibbs inequality condition)对浮选颗粒的稳定性和 其自由下落与静止的气泡碰撞，高速摄像机拍摄记 脱附的影响，以不同角度去切球形颗粒顶端，然后用 录整个过程，然后逐帧分析.研究发现，疏水性颗粒 测力仪测试颗粒和液体接近时的力，然后结合理论 落在气泡的上半部分，在气泡表面滑动，气泡的滑动 模型计算，研究吉布斯不等式对颗粒稳定和脱附的 速度随着与气泡碰撞角度的增加而增加：疏水性颗 影响，试验装置如图7所示.他们发现当角度小时， 粒在气泡表面滑动并没有与气泡脱附：当角度为 吉布斯不等式不会影响颗粒的稳定性，经典理论仍 90~100°时，颗粒的滑动速度达到最大值，之后减 然适用，然而，当角度大时，吉布斯不等式决定着颗 速；疏水性颗粒的滑动速度小于亲水性颗粒：碰撞角 粒与气泡黏附的稳定性，经典理论不再适用，同时也 度增大时，黏附概率减小：向溶液中加入表面活性剂 确定了二者之间的临界角度 后，颗粒的疏水性减弱，甚至变为亲水性，因此黏附 测力仪 概率减小 颗粒 Spyridopoulos与Simonst研究了玻璃球和气 光源 泡之间的黏附力，研究发现表面疏水性对黏附力有 液体 电脑 很大的影响，疏水性越强，黏附力越大，溶液中表面 活性剂的存在会使黏附力减小，因为水中含有腐殖 质（天然表面活性剂），浮选法是饮用水净化处理的 方法之一，主要用于处理废水中靠自然沉降或上浮 难以去除的浮油或相对密度接近于1.0g·cm3的悬 图7钉扎效应试验装置示意图] 浮颗粒，因此，当用浮选法净化饮用水时，这项研究 Fig.7 Schematic of the experimental setup of pinning effect 对于预测浮选效率很有帮助. Feng和Nguyen!]用一种新方法测定了单个球 Xig等]研究发现小气泡有利于可浮性差的 形颗粒浮选时接触角的变化，因为颗粒表面的粗糙 颗粒的浮选回收，他们认为，在实际浮选中，要注意 性，接触角并非常数，而是在一个特定范围内变化， 气泡的尺寸，因为气泡的尺寸不仅影响气泡与颗粒 遵循正态分布，因此，浮选颗粒的稳定性和脱附理论 的碰撞概率而且也影响黏附行为 Nguyen与Evans[]用CCD高速摄像仪系统观 会受到挑战，他们认为未来的挑战是能够用统计学 的方法定量接触角，并且根据矿物颗粒的表面形态 察了气泡表面矿物颗粒的运动轨迹、疏水性颗粒和 和化学异质性能够给出明确的可以用于实际中的接 气泡表面润湿膜的破裂过程和随之发生的三相润湿 周边的形成过程，试验表明润湿膜破裂后表面力才 触角. 会对颗粒在气泡表面的运动起到作用，试验装置如 Ejtemaei和Nguyent69]利用高速摄影显微仪 图6所示，他们认为现有的理论不能满意地解释气 (high-speed video microscopy,HSVM)和X射线光 泡和颗粒的黏附作用 电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)研究了经硫酸铜活化后的闪锌矿、黄铁矿后与 给矿管 试验装置 气泡的黏附作用，利用X射线光电子能谱分析在闪 锌矿表面检测到有多硫化物的生成，闪锌矿变得疏 水，然而黄铁矿的亲水性不变，通过增加活化时间和 活化剂硫酸铜的浓度，闪锌矿颗粒与气泡的排液速 相机 光源 率和接触角均迅速增大，然而黄铁矿仍然保持不变， 试验装置如图8所示.如果闪锌矿与黄铁矿以表面 ·气体 积之比为1：1的比例同时用硫酸铜溶液活化，这时， 振动平台 闪锌矿的活化速率保持不变，但是当混合比例从1： 图6颗粒与气泡相互作用试验装置[6 3到1：6，闪锌矿的活化速率迅速下降，说明黄铁矿 Fig.6 Experimental apparatus of bubble-particle interaction) 的存在严重影响了硫酸铜对闪锌矿的活化，浮选给 矿时闪锌矿和黄铁矿在给矿中比例会不断变化，因 Feng与Nguyent]研究了带有颗粒尖角(shap 此这项研究对于工业应用非常重要， edge)的钉扎效应(pining)称之为吉布斯不等式 Xu等9]用振动装置做颗粒-气泡集合体的稳工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 Wang 等[73]对玻璃球进行不同的表面处理后, 其自由下落与静止的气泡碰撞,高速摄像机拍摄记 录整个过程,然后逐帧分析. 研究发现,疏水性颗粒 落在气泡的上半部分,在气泡表面滑动,气泡的滑动 速度随着与气泡碰撞角度的增加而增加;疏水性颗 粒在气泡表面滑动并没有与气泡脱附;当角度为 90 ~ 100毅时,颗粒的滑动速度达到最大值,之后减 速;疏水性颗粒的滑动速度小于亲水性颗粒;碰撞角 度增大时,黏附概率减小;向溶液中加入表面活性剂 后,颗粒的疏水性减弱,甚至变为亲水性,因此黏附 概率减小. Spyridopoulos 与 Simons [74] 研究了玻璃球和气 泡之间的黏附力,研究发现表面疏水性对黏附力有 很大的影响,疏水性越强,黏附力越大,溶液中表面 活性剂的存在会使黏附力减小,因为水中含有腐殖 质(天然表面活性剂),浮选法是饮用水净化处理的 方法之一,主要用于处理废水中靠自然沉降或上浮 难以去除的浮油或相对密度接近于 1郾 0 g·cm - 3的悬 浮颗粒,因此,当用浮选法净化饮用水时,这项研究 对于预测浮选效率很有帮助. Xing 等[75]研究发现小气泡有利于可浮性差的 颗粒的浮选回收,他们认为,在实际浮选中,要注意 气泡的尺寸,因为气泡的尺寸不仅影响气泡与颗粒 的碰撞概率而且也影响黏附行为. Nguyen 与 Evans [76] 用 CCD 高速摄像仪系统观 察了气泡表面矿物颗粒的运动轨迹、疏水性颗粒和 气泡表面润湿膜的破裂过程和随之发生的三相润湿 周边的形成过程,试验表明润湿膜破裂后表面力才 会对颗粒在气泡表面的运动起到作用,试验装置如 图 6 所示,他们认为现有的理论不能满意地解释气 泡和颗粒的黏附作用. 图 6 颗粒与气泡相互作用试验装置[76] Fig. 6 Experimental apparatus of bubble鄄particle interaction [76] Feng 与 Nguyen [77] 研究了带有颗粒尖角( sharp edge)的钉扎效应 ( pining) 称之为吉布斯不等式 (Gibbs inequality condition)对浮选颗粒的稳定性和 脱附的影响,以不同角度去切球形颗粒顶端,然后用 测力仪测试颗粒和液体接近时的力,然后结合理论 模型计算,研究吉布斯不等式对颗粒稳定和脱附的 影响,试验装置如图 7 所示. 他们发现当角度小时, 吉布斯不等式不会影响颗粒的稳定性,经典理论仍 然适用,然而,当角度大时,吉布斯不等式决定着颗 粒与气泡黏附的稳定性,经典理论不再适用,同时也 确定了二者之间的临界角度. 图 7 钉扎效应试验装置示意图[77] Fig. 7 Schematic of the experimental setup of pinning effect [77] Feng 和 Nguyen [78] 用一种新方法测定了单个球 形颗粒浮选时接触角的变化,因为颗粒表面的粗糙 性,接触角并非常数,而是在一个特定范围内变化, 遵循正态分布,因此,浮选颗粒的稳定性和脱附理论 会受到挑战,他们认为未来的挑战是能够用统计学 的方法定量接触角,并且根据矿物颗粒的表面形态 和化学异质性能够给出明确的可以用于实际中的接 触角. Ejtemaei 和 Nguyen [69] 利 用 高 速 摄 影 显 微 仪 (high鄄speed video microscopy, HSVM) 和 X 射线光 电子 能 谱 分 析 ( X鄄ray photoelectron spectroscopy, XPS)研究了经硫酸铜活化后的闪锌矿、黄铁矿后与 气泡的黏附作用,利用 X 射线光电子能谱分析在闪 锌矿表面检测到有多硫化物的生成,闪锌矿变得疏 水,然而黄铁矿的亲水性不变,通过增加活化时间和 活化剂硫酸铜的浓度,闪锌矿颗粒与气泡的排液速 率和接触角均迅速增大,然而黄铁矿仍然保持不变, 试验装置如图 8 所示. 如果闪锌矿与黄铁矿以表面 积之比为 1颐 1的比例同时用硫酸铜溶液活化,这时, 闪锌矿的活化速率保持不变,但是当混合比例从 1颐 3到 1颐 6,闪锌矿的活化速率迅速下降,说明黄铁矿 的存在严重影响了硫酸铜对闪锌矿的活化,浮选给 矿时闪锌矿和黄铁矿在给矿中比例会不断变化,因 此这项研究对于工业应用非常重要. Xu 等[79]用振动装置做颗粒鄄鄄 气泡集合体的稳 ·1430·