煤颗粒与气泡的黏附和脱附性能及理论计算

Stable attachment of target mineral particle to air bubble is an essential step for a successful flotation, understanding of microscopic mechanism of particle-bubble attachment and detachment in a gas-liquid-solid three-phase system is the key scientific problem in the flotation process. This project will start from the study of the surface properties of coal particles with different metamorphism degree. In order to break through the conventional research methods, the equipment for attachment and detachment of coal particle to air bubble will be developed, and high-speed dynamic microscopic imaging technology will be used to visualize the attachment and detachment process of coal particle to air bubble. The micro-dynamic process of flotation will be analyzed by calculating the interaction between particle and bubble based on mechanical equilibrium or energy balance. The mechanism of interaction between particle and bubble will be obtained by analyzing the flotation process. This project would provide a theoretical basis for the research of new flotation technologies and new flotation machines.

目的矿物颗粒与气泡稳定黏附是泡沫浮选过程中的关键环节，在气-液-固三相体系下，揭示颗粒与气泡的黏附和脱附的微观作用机制是泡沫浮选过程中的关键科学问题。本项目将从不同变质程度煤颗粒的表界面性质研究入手，突破常规研究方法及测试手段，研制颗粒与气泡的黏附和脱附的测试设备，采用高速动态显微摄像技术来可视化研究颗粒与气泡的黏附和脱附过程，结合基于力学平衡和能量平衡计算颗粒与气泡间相互作用来分析浮选的微观动态过程，对现有浮选过程进行解析进而获得颗粒与气泡间相互作用机制本质上的认识，可为浮选新技术和新设备的研发提供理论基础。

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，从不同变质程度煤的表面性质入手，主要开展了固体表面与气泡黏附和脱附的界面行为，煤颗粒与气泡黏附的包覆角试验和诱导时间测量，煤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。