液膜特异性离子效应及其在浮选气泡融合中的调控机理

The properties and distribution of bubbles have important influence on the flotation process, however, the regulation of its specificity is still in its infancy. This project aims at high efficiency tailoring of bubble coalescence within flotation, using liquid film between bubbles as research object, would apply multi-angle and multi-scale methodology with modelling, experimental measurement as well as theoretical advancement. State-of-art polarizable many-body molecular dynamics (MD) simulations and liquid film measurements would be performed, to quantitatively study the rupture behaviour and surface force in terms of ion specific effect. The properties of liquid film and corresponding specific rupture behaviour would be interpreted with molecular components (e.g. water-ion/surfactant) and their interactions. By bubble pairing and bubble column experiments, ion specific coalescence between two bubbles and among bubble group would be examined in air-liquid solution, which would then be extended to real flotation environment within air-liquid-solid system, to investigate the ion specific effect on bubble tailoring mechanism. This research would provide important theoretical guidance and practical value for the optimization of the bubble control and the improvement of flotation performance.

气泡性质及分布特征对浮选过程有重要影响，然而对其特异性的调控还处于起步阶段。本项目以高效调控浮选气泡融合为目标，选取气泡间液膜为研究对象，多角度、多尺度、集模拟手段、实验测定与理论发展为一体，研究特异性离子效应对液膜稳定性、气泡融合的作用与机制。采用先进的极化多体势-分子动力学模拟与液膜实验，定量研究液膜破裂行为及表面力的特异性离子效应规律，明确液膜的组成成分（例如水-离子/表面活性剂）及其分子作用力，与液膜性质、液膜破裂的特异性离子行为的关系；通过气泡对（Bubble pairing）、鼓泡塔实验，研究离子效应对气液两相二个气泡、气泡群的融合影响，并拓展到实际浮选环境气-液-固三相气泡融合行为，探讨特异性离子在浮选气泡融合调控机制。该研究将对浮选过程中气泡调控优化、提高浮选指标等具有重要的理论指导作用和实际价值。

浮选作为矿物加工领域一个重要手段，在许多细微粒难选矿物及可溶性盐矿资源利用方面不可或缺。浮选利用矿物表面物理化学性质的差异，在固-液-气三相界面利用气泡有选择性地富集目的物料，从而达到与废弃物料分离的一种选别技术，对于任何浮选过程，气泡性质及其分布（大小、厚度等特征）都会影响最终宏观指标。液相两个气泡之间会形成一层液膜，液膜稳定性决定了气泡是否融合，当液膜破裂两个气泡就会融合。所以，液膜稳定性是气泡融合调控的关键。传统起泡剂或消泡剂的加入虽然可以调节气泡的破裂行为，但其自身成分可能会起拮抗作用，从而可能严重影响浮选指标。.本研究主要内容采用理论模型、模拟手段与实验测定的多方位方法，通过多尺度、多角度探讨液膜离子效应的行为与作用机理，研究了离子组合在浮选气泡融合的调控机制。本项目利用了分子模拟方法描述纳米液膜的气液界面和破裂过程，为从根本上理解纳米尺度现象提供了重要依据。离子对气泡聚结和液膜稳定性的特殊影响对许多工业都很重要，并且由于一些尚未解决的问题而成为理论发展的一个有趣领域。例如，在矿业中，浮选效率受到气泡融合的强烈影响，而浮选效率则取决于气泡的数量和大小分布。为了控制气泡的表面性质，需要了解空气-水界面的分子机制。本项目使用分子动力学模拟研究水溶液界面和含有无机盐的液膜。具体来说，它的目的是研究分子尺度的汽-水界面和液膜的现象，这些现象包括有助于稳定或破裂的液膜。.本项目成果有助于探明特异性离子效应的内在分子机制与气泡融合机理，发现了新的物理现象、修正了传统DLVO理论在纳米尺度的局限性，研究内容深入分子间作用力的微观机理模型，涉及分子动力学、界面化学等前沿，对解决浮选气泡调控过程优化，具有重要的理论指导作用和实际价值，同时在一定程度上对海水（缺水地区或海洋附近）浮选、可溶性矿（盐矿）浮选中气泡融合有参考价值。