1.背景介紹
浮選實質(zhì)是在多相流場作用下基于顆粒物理化學(xué)性質(zhì)差異誘導(dǎo)的運(yùn)動差異而實現(xiàn)的分離過程。作為一種高效的界面分選技術(shù)，其已廣泛用于礦物加工、廢水處理、紙質(zhì)脫墨、油砂萃取、塑料回收等工業(yè)過程中。浮選過程中，分散的氣泡和顆粒在水力學(xué)作用下相互碰撞， 當(dāng)氣泡和顆粒間液膜薄化破裂后二者黏附形成顆粒-氣泡氣絮體，并在浮力作用下上浮至泡沫層成為精礦產(chǎn)品，或顆粒氣泡界面不穩(wěn)而發(fā)生脫附現(xiàn)象。理論上，顆粒被捕獲的概率主要取決于顆粒-氣泡的碰撞概率、粘附概率和脫附概率。由此可見，研究氣泡和顆粒間相互作用對強(qiáng)化浮選過程至關(guān)重要。
圖1 浮選原理
2.研究內(nèi)容
中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院江老師科研團(tuán)隊用千眼狼高速攝像機(jī)追蹤氣泡在均質(zhì)固體以及非均質(zhì)固體表面的鋪展過程，借助掃描電鏡（SEM）、紅外光譜儀和接觸角測量儀分析了固體表面物理化學(xué)結(jié)構(gòu)特性，并運(yùn)用MATLAB軟件探究了均質(zhì)與非均質(zhì)固體表面三相線鋪展機(jī)理和氣液界面形態(tài)演變規(guī)律。
為精確觀測單個氣泡在固體表面上的動態(tài)鋪展過程,搭建如圖2所示實驗系統(tǒng).圖像采集部分由千眼狼高速攝像機(jī)(5F01,1280X1024@2000fps)和計算機(jī)連接組成。通過精密 XYZ 位移調(diào)節(jié)器保證觀測區(qū)位于千眼狼高速攝像機(jī)拍攝范圍內(nèi)，確保實驗穩(wěn)定性和可靠性。
圖2 實驗系統(tǒng)示意圖
實驗測試裝置氣密性良好后，向觀測槽內(nèi)加入去離子水，調(diào)試光源與高速攝像機(jī)使氣泡位于固體表面正下方且在計算機(jī)采集窗口中清晰顯示。通過控制針頭與固體表面的距離盡量保持氣泡鋪展的初始形狀和大小一致。通過千眼狼高速攝像機(jī)記錄氣泡鋪展全過程，采集速度為 9200fps，曝光率 100μs，每組實驗至少重復(fù)三次。
3.研究結(jié)論
氣泡鋪展實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三相潤濕周邊主要經(jīng)歷快速鋪展和慢速鋪展兩個階段，快速鋪展階段三相線時空演化呈現(xiàn)普遍的自相似行為特征，而慢速鋪展階段三相線運(yùn)動特性與固體界面性質(zhì)密切相關(guān)。
基于固體表面物化結(jié)構(gòu)分析得出，均質(zhì)/非均質(zhì)固體表面疏水性越好，對氣泡吸引力越大，其三相線鋪展長度越長；固體表面越不規(guī)則，孔隙/溝壑越多，對鋪展過程三相線長度、氣泡最大寬度及其對應(yīng)位置影響越大；總之，顆粒氣泡粘附過程中三相線鋪展行為與固體表面物理化學(xué)結(jié)構(gòu)及其均勻性密切相關(guān)。
4.行業(yè)應(yīng)用總結(jié)
高速攝像機(jī)一直是氣泡領(lǐng)域研究的神器，千眼狼的X系列和M系列高速相機(jī)，在空化氣泡、氣泡動力學(xué)、流體機(jī)械氣泡、多相流氣泡、氣泡生成潰滅機(jī)理等方面的研究有著豐富的案例經(jīng)驗，可以為您提供專業(yè)的解決方案，歡迎您的咨詢！（文章摘自：江曉鳳等的《基于高速動態(tài)的氣泡鋪展過程動力學(xué)行為研究》文章發(fā)表于《煤炭學(xué)報》《Chemical Engineering Science》期刊）。
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